CN114976612B - 一种高增益小尺寸毫米波阵列天线及雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明属于雷达天线技术领域，公开了一种高增益小尺寸毫米波阵列天线及雷达，阵列天线包括介质板、接地板、高增益阵列天线阵元、阵列馈线，高增益阵列天线阵元由多个阵元组成，每个阵元之间的间距相同，每个阵元由两个近似V形组成，每个近似V形包括第一端、第二端和第三端，其中，第二端与阵列馈线垂直，第一端和第三端分别与第二端以倾斜角度连接，两个近似V形通过连接端连接，连接端与阵列馈线垂直，且连接端的中点经过阵列馈线。本发明在保持高增益同时，天线尺寸大幅缩小，对电路布局设计、雷达产品小型化和成本均有正向作用。

Description

一种高增益小尺寸毫米波阵列天线及雷达
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，尤其涉及一种高增益小尺寸毫米波阵列天线及雷达。
背景技术
民用毫米波雷达作为目前蓬勃发展的高新产业，对比激光雷达和视频取像技术，在成本和实用性上具备较大的优势。其中车载毫米波雷达就是应用比较广泛之一。目前多数中远距毫米波雷达均使用板载微带天线，如图1所示，其中1和2为两个发射天线，3的中间4个是接收天线，其中最左和最右的天线接地，4为介质板，5为处理芯片。这种雷达的天线部分尺寸为31.8mm，最大增益值为15dBi,可实现最远探测距离200m。该种天线形式为保证探测距离，则需要用较大尺寸来达到相对应的增益值，同时，较大的天线面积虽然能保证雷达较强增益，但由于天线周边存在的金属器件或结构件会对天线性能造成影响，因此雷达板上预留给***电路接口或者摆放其他通讯模块的空间有限，这可能延长雷达的开发周期和了限制雷达其他的通讯功能，比如蓝牙、4G通讯等。加大板材以增加布局空间虽然能解决以上问题，但不利于雷达小型化设计，成本也随之上升。
发明内容
有鉴于此，本发明基于罗杰斯4830型号高频板材(介电常数为3.2，损耗正切值为0.0033，厚度为0.127mm)，提出了一款高增益小尺寸毫米波阵列天线。针对特定增益要求的毫米波雷达天线，通过使用新型阵元布阵，并优化了阵元参数如间距、线宽和阵元夹角等，在保持高增益的前提下，天线尺寸大幅缩小，为雷达前期电路设计提供了较大的空间。
本发明第一方面公开的一种高增益小尺寸毫米波阵列天线，包括介质板(4)和接地板(7)，其特征在于，还包括阵列馈线(8)、连接到阵列馈线(8)的多个高增益阵列天线阵元(6)，每个阵元之间的间距相同，每个阵元包括两个近似V形，每个近似V形包括第一端(10)、第二端(11)和第三端(12)，其中，所述第二端(11)位于阵列馈线(8)一侧，且与所述阵列馈线(8)垂直，所述第一端(10)和第三端(12)分别与所述第二端(11)以倾斜角度连接，两个近似V形对称设置于阵列馈线(8)两侧，其各自的第三端的一端与连接端(13)连接，所述连接端(13)与所述阵列馈线(8)垂直，且连接端(13)的中点经过所述阵列馈线(8)。
这种结构的好处在于可以调整尺寸，使得电流零点设置在结构顶点处，相邻两个折线的电流反向，可以增加辐射。
进一步的，所述高增益阵列天线阵元(6)的阵元线宽w＝0.3mm，馈线线宽f＝0.18mm，阵元间距为d＝2.4mm。
进一步的，所述高频介质材料为罗杰斯4830型号高频板材。
进一步的，其中介质板(4)的介电常数和损耗角分别为3.2和0.0033，厚度为0.127mm。
进一步的，所述接地板(7)的长宽高分别为50mm，50mm和0.025mm。
本发明第二方面公开的一种高增益小尺寸毫米波雷达，包括如上所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线。
本发明的有益效果如下：
本发明在保持高增益同时，天线尺寸大幅缩小，对电路布局设计、雷达产品小型化和成本均有正向作用。
附图说明
图1现有技术中天线阵列的详细结构图；
图2本发明天线阵列的详细结构正视图；
图3本发明天线阵列的详细结构侧视图；
图4本发明天线阵列的尺寸示意图；
图5本发明阵列天线的S参数；
图6同等增益强度下本发明的新型天线阵列和现有的常规天线阵列的天线本体尺寸对比图；
图7本发明的新型天线阵列和现有的常规天线阵列的二维方向图E_Plane和H_Plane在79GHz的对比图。
图中：1-发射天线1，2-发射天线2，3-接收天线，4-介质板，5-处理芯片，6-高增益阵列天线阵元，7-接地板，8-阵列馈线，9-天线馈电点，10-第一端、11-第二端，12-第三端，13-连接端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。本发明天线阵列的详细结构如图2、图3和图4所示，阵列天线包括有高增益阵列天线阵元6，介质板4和接地板7，阵列馈线8。阵元线宽为w，馈线线宽为f，阵元间距为d。其中介质板4采用的高频介质材料，介电常数和损耗角分别为3.2和0.0033，厚度为0.127mm；接地板7的长宽高分别为50mm,50mm和0.025mm。
高增益阵列天线阵元6由多个阵元组成，每个阵元之间的间距相同，每个阵元由两个近似V形组成，每个近似V形包括第一端10、第二端11和第三端12，其中，第二端11与阵列馈线8垂直，第一端10和第三端12分别与第二端11以倾斜角度连接，本发明对倾斜角度没有限制，在一些实施例中，倾斜角度为135度。两个近似V形通过连接端13连接，连接端13与阵列馈线8垂直，且连接端13的中点经过阵列馈线8。阵列馈线的一端为天线馈电点9，另一端为一个阵元。这种结构的好处在于可以调整尺寸，使得电流零点设置在结构顶点处，相邻两个折线的电流反向，可以增加辐射。
图4中有6个阵元，本实施例对阵元个数没有限制，根据天线的实际大小，阵元个数可以多于6个或少于6个。
参考图4，本发明的阵元线宽w＝0.3mm，阵元间距d＝2.4mm，馈线线宽f＝0.18mm。
图5为阵列天线的S参数，图形横坐标为频率，单位为GHz。纵坐标为S参数值，单位为dB。本发明的非对称天线在77GHz-81GHz带宽内，具备良好的工作能力。
参考图6，同等增益强度下本发明的新型天线阵列和现有的常规天线阵列的天线本体尺寸对比：常规天线阵列尺寸为31.86mm，本发明的新型阵列天线长度为13.84mm，减小约56％。
参考图7的两种阵列的二维方向图E_Plane和H_Plane在79GHz的对比图，图形横坐标代表不同的角度，纵坐标为增益值，单位dBi，不同曲线代表不同的频点。两种天线的峰值增益均在15dBi左右，说明本发明的天性尺寸减小后，天线的高增益性能没有变化。
本发明还公开一种高增益小尺寸毫米波雷达，包括如上所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线。
本发明的有益效果如下：
本发明在保持高增益同时，天线尺寸大幅缩小，对电路布局设计、雷达产品小型化和成本均有正向作用。
本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或***，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高增益小尺寸毫米波阵列天线，包括介质板(4)和接地板(7)，其特征在于，还包括阵列馈线(8)、连接到阵列馈线(8)的多个高增益阵列天线阵元(6)，每个阵元之间的间距相同，每个阵元包括两个近似V形，每个近似V形包括第一端(10)、第二端(11)和第三端(12)，其中，所述第二端(11)位于阵列馈线(8)一侧，且与所述阵列馈线(8)垂直，所述第一端(10)和第三端(12)分别与所述第二端(11)以倾斜角度连接，两个近似V形对称设置于阵列馈线(8)两侧，其各自的第三端的一端与连接端(13)连接，所述连接端(13)与所述阵列馈线(8)垂直，且连接端(13)的中点经过所述阵列馈线(8)。
2.基于权利要求1所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线，其特征在于，所述高增益阵列天线阵元(6)的阵元线宽w＝0.3mm，馈线线宽f＝0.18mm，阵元间距为d＝2.4mm。
3.基于权利要求1所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线，其特征在于，所述介质板(4)的高频介质材料为罗杰斯4830型号高频板材。
4.基于权利要求1所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线，其特征在于，其中介质板(4)的介电常数和损耗角分别为3.2和0.0033，厚度为0.127mm。
5.基于权利要求1所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线，其特征在于，所述接地板(7)的长宽高分别为50mm，50mm和0.025mm。
6.基于权利要求1所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线，其特征在于，多个高增益阵列天线阵元沿馈线延伸的总长度为13.84mm。
7.一种高增益小尺寸毫米波雷达，包括如权利要求1-6任一所述的高增益小尺寸毫米波阵列天线。
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