CN219626892U - 一种毫米波天线，雷达及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种毫米波天线，雷达及汽车；所述毫米波天线至少包括天线元件，所述天线元件包括从上到下依次排列的辐射槽组，空心波导腔和馈电波导口；所述辐射槽组包括N个沿空心波导腔的长边方向共线排布的第一辐射槽；所述空心波导腔设有与各第一辐射槽对应且交错排布的矩形块；所述馈电波导口在空间上设于所述辐射槽组的横向对称轴上，使得能量通过所述馈电波导口进入空心波导腔，并通过所述辐射槽组射出；所述毫米波天线还包括设于所述辐射槽组两侧的第二辐射槽，以提升天线的最大增益。本实用新型提供的毫米波天线具有高效率，低成本，易加工，低副瓣，宽扫面角和低剖面等显著优点。

Description

一种毫米波天线，雷达及汽车

技术领域

本实用新型涉及车载天线技术领域，特别涉及一种毫米波天线，雷达及汽车。

背景技术

由于毫米波雷达有较高的分辨率和测量精度，并且能够在雨、雪、雾等恶劣环境中稳定工作，所以毫米波雷达得到广泛的发展和应用。77GHz毫米波雷达具有很高的测量精度和更小的体积，是目前发展的主流产品。

目前主流毫米波雷达多采用平面印刷天线和平面波导天线。其中平面波导天线又分为SIW(Substrate Integrated Waveguide，基片集成波导)天线、空心波导天线和间隙波导天线。

现有技术中的平面印刷天线和平面波导天线存在效率低，天线结构复杂，加工精度要求高，制造成本高等缺点，具体如下：

平面印刷天线和SIW天线的传输线损耗取决于基板，效率普遍较低。而间隙波导天线和空心波导天线多为交错型开缝的缝隙天线，为了达到谐振效果，需要对缝隙的长度和宽度进行精细控制，因此对加工精度要求较高，增加了制作成本。此外，为了控制每个缝隙的辐射强度，需要通过控制每个缝隙与波导纵向中轴线的偏移距离来控制每个缝隙的辐射强度的幅值。当缝隙偏移中轴线的垂直距离较大时，天线在工作时会在主平面外产生其他较高的栅瓣，这时最高副瓣电平就难以定位和控制。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供一种毫米波天线，雷达及汽车；通过设置从上到下依次排列的辐射槽组、空心波导腔和馈电波导口，以及在所述辐射槽组的两侧设置寄生辐射槽，来实现对俯仰面副瓣电平的调节和提升天线增益。

具体的，本实用新型提供一种毫米波天线，至少包括天线元件，所述天线元件包括从上到下依次排列的辐射层，第一波导层和第二波导层，各相邻层之间无缝贴合。

所述辐射层设有辐射槽组，所述辐射槽组包括N个共线排布的第一辐射槽，N≥2。

所述第一波导层设有空心波导腔，在所述空心波导腔设有与各第一辐射槽对应的矩形块。

所述第二波导层设有馈电波导口，所述馈电波导口在空间上位于所述辐射槽组的横向对称轴上，使得能量通过所述馈电波导口进入空心波导腔，并通过所述辐射槽组射出。

所述第一辐射槽为从所述辐射层一面穿至另一面的第一通心结构，所述第一通心结构为圆角长方体结构；该圆角长方体结构与所述空心波导腔连通。

所述第一辐射槽沿空心波导腔的长边方向共线排布在所述空心波导腔的纵向中轴线上；各第一辐射槽的尺寸相等；且任2个相邻第一辐射槽之间的距离为半个波导波长。

所述空心波导腔为从所述第一波导层一面穿至另一面的第二通心结构，所述第二通心结构为长方体结构；在该长方体结构的两侧长边上分别向内开槽，以形成与各第一辐射槽对应，且交错排布的矩形块；任2个纵向相邻的矩形块在空间上呈中心对称。

位于所述长方体结构同一侧的矩形块的尺寸相等，且各矩形块的尺寸均小于所述第一辐射槽的尺寸；所述矩形块与其对应的第一辐射槽的距离可以自适应设置。

所述辐射槽组的横向长度与所述空心波导腔的长边的长度相等；所述辐射槽组的纵向长度和所述馈电波导口的纵向长度均不超过所述空心波导腔的短边的长度，且所述馈电波导口的纵向长度大于所述辐射槽组的纵向长度。

在所述辐射槽组的两侧可以分别设置第二辐射槽，所述第二辐射槽为在所述辐射层表面开设的矩形凹槽；各第二辐射槽的尺寸相等，且所述第二辐射槽的长度大于所述空心波导腔的长度，使得所述空心波导腔位于两侧第二辐射槽的中心位置处。

基于同一构思，本实用新型还提供一种雷达，所述雷达至少包括电路板和所述毫米波天线；所述电路板设于所述毫米波天线一侧，并与所述第二波导层相互贴合。

基于同一构思，本实用新型还提供一种汽车，包括所述雷达，所述雷达安装于汽车中的任意处。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型中的馈电波导口设在辐射槽组的横向对称轴上，当能量从馈电波导口进入到空心波导腔后，会分别流向空心波导腔的两侧，能量经过矩形块时会受到矩形块的阻挡，由于矩形块的尺寸不同，第一辐射槽会形成不同的辐射强度，通过调节矩形块相对所述第一辐射槽的偏置距离、矩形块的长度和宽度可以控制每个第一辐射槽的辐射强度的幅值，使辐射槽组上的电流分布符合切比雪夫加权分布，从而来调节俯仰面副瓣电平的大小。

因此，相较于传统的缝隙天线，其辐射缝隙具有更大的设计容差，即所述第一辐射槽的辐射性能对槽的长宽相对不敏感，具有相对较低的加工精度要求和加工成本。

此外，本实用新型还增加了寄生辐射槽，即所述第二辐射槽，使得能量经过寄生辐射槽时被所述寄生辐射槽再次切割，发生路径弯折，从而发生寄生辐射，产生副波束；通过调节寄生辐射槽到所述第一辐射槽的距离，使得能量经过辐射槽组产生的主波束和所述副波束叠加在天线的最大辐射方向上，以此提升天线的最大增益。

通过辐射槽组、矩形块、馈电波导口和寄生辐射槽的结合，本实用新型提供的毫米波天线具有高效率、低成本、易加工、低副瓣、宽扫面角和低剖面等显著优点。

附图说明

图1为本实用新型所述的毫米波天线的结构示意图。

图2为本实用新型所述的毫米波天线的结构主视图。

图3为本实用新型实施例提供的毫米波天线的回波损耗。

图4为本实用新型实施例提供的毫米波天线的在76GHz频点的H面和E面方向图。

图5为本实用新型实施例提供的毫米波天线的在78.5GHz频点的H面和E面方向图。

附图标记说明：

1-天线元件；11-辐射层；111-辐射槽组；112-第一辐射槽；12-第一波导层；121-空心波导腔；122-矩形块；13-第二波导层；131-馈电波导口；2-第二辐射槽。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种毫米波天线，雷达及汽车，以解决现有技术中的天线效率低、结构复杂、加工精度要求高及制造成本高的技术问题。

本实用新型实施例提供一种毫米波天线，总体思路如下：

所述毫米波天线至少包括天线元件1，所述天线元件1包括从上到下依次排列的辐射槽组111，空心波导腔121和馈电波导口131；所述辐射槽组111包括N个沿空心波导腔121的长边方向共线排布的第一辐射槽112；所述空心波导腔121设有与各第一辐射槽112对应且交错排布的矩形块122；所述馈电波导口131在空间上设于所述辐射槽组111的横向对称轴上，使得能量通过所述馈电波导口131进入空心波导腔121，并通过所述辐射槽组11射出；所述毫米波天线还包括设于所述辐射槽组111两侧的第二辐射槽2，以提升天线的最大增益。

下面结合具体实施例及附图对本实用新型的一种毫米波天线，雷达及汽车，作进一步详细描述。

具体的，本实用新型实施例提供一种毫米波天线，至少包括天线元件1，所述天线元件1包括从上到下依次排列的辐射层11，第一波导层12和第二波导层13，各相邻层之间无缝贴合。

所述辐射层11设有辐射槽组111，所述第一波导层12设有空心波导腔121。

在一种可行的实施例中，请参见图1和图2，所述辐射槽组111包括4个沿空心波导腔121的长边方向共线排布在所述空心波导腔121的纵向中轴线上的第一辐射槽112。

所述第一辐射槽112为从所述辐射层11一面穿至另一面的第一通心结构，所述第一通心结构为圆角长方体结构；该圆角长方体结构与所述空心波导腔121连通。

各第一辐射槽112的尺寸相等，所述第一辐射槽112的长宽分别为2.1mm和1.4mm，高度为1.5mm；且任2个相邻第一辐射槽112之间的距离为半个波导波长。

在所述空心波导腔121设有与各第一辐射槽112对应的矩形块122；所述矩形块122的数量也为4个。

所述空心波导腔121为从所述第一波导层12一面穿至另一面的第二通心结构，所述第二通心结构为长方体结构，该长方体结构的长宽分别为11.7mm和3.4mm，高度为1.1mm。

在所述长方体结构的两侧长边上分别向内开槽，以形成与各第一辐射槽112对应，且交错排布的矩形块122；任2个纵向相邻的矩形块122在空间上呈中心对称。

位于所述长方体结构同一侧的矩形块122的尺寸相等，且各矩形块122的尺寸均小于所述第一辐射槽112的尺寸。

一侧矩形块122的长宽分别为1.6mm和0.6mm，另一侧矩形块122的长宽分别为1.5mm和0.75mm。

需要说明的是，所述第一辐射槽，空心波导腔和矩形块的尺寸均可以根据实际需求进行设定，并不是只限制于上述中的尺寸。

所述第二波导层13设有馈电波导口131，所述馈电波导口131在空间上位于所述辐射槽组111的横向对称轴上，使得能量通过所述馈电波导口131进入空心波导腔121，并通过所述辐射槽组111射出。

所述辐射槽组111的横向长度与所述空心波导腔121的长边的长度相等；所述辐射槽组111的纵向长度和所述馈电波导口131的纵向长度均不超过所述空心波导腔121的短边的长度，且所述馈电波导口131的纵向长度大于所述辐射槽组111的纵向长度。

所述矩形块122与其对应的第一辐射槽112的距离可以自适应设置。当信号从馈电波导口131进入到空心波导腔121后会分别流向空心波导腔121的两侧，能量在经过矩形块121时会受到矩形块122的阻挡，由于矩形块122的尺寸不同，第一辐射槽112会形成不同的辐射强度，通过调节矩形块122相对第一辐射槽112的偏置距离，矩形块122的长度和宽度可以控制每个第一辐射槽112的辐射强度的幅值，使辐射槽组11上的电流分布符合切比雪夫加权分布，从而来调节俯仰面副瓣电平的大小。

得益于上述设置方式，所述第一辐射槽112相比与传统的缝隙天线的辐射缝隙具有更大的设计容差，即所述第一辐射槽112的辐射性能对槽的宽度和长度相对不敏感，因此具有相对较低的加工精度要求和加工成本。

波导缝隙天线的辐射原理是在矩形波导壁上开谐振缝隙，这些缝隙会切割内壁上被传输的电磁波所感应出来的表面电流，使其部分以位移电流的形式跨过缝隙从而形成了向外部空间的电磁能量辐射。在本实用新型实施例中，辐射槽组111起到切割空心波导腔121内壁表面电流的作用，形成电磁能量辐射。

此外，为提升天线的增益，在所述辐射槽组111的两侧可以分别设置第二辐射槽2，所述第二辐射槽2为在所述辐射层11表面开设的矩形凹槽；各第二辐射槽2的尺寸相等，且所述第二辐射槽2的长度大于所述空心波导腔121的长度，使得所述空心波导腔121位于两侧第二辐射槽2的中心位置处。

所述第二辐射槽2可以认为是寄生辐射槽，寄生辐射槽通过切割所述辐射层11的电流产生辐射信号，所述寄生辐射槽的辐射信号与所述辐射槽组111的辐射信号在最大辐射方向上叠加，以提高所述毫米波天线的增益。

需要说明的是，能量进入到空心波导腔121后，辐射槽组111会切割空心波导腔121内壁表面电流，进入到空心波导腔121的大部分能量通过辐射槽组11辐射出来，形成主波束，少部分能量会流向辐射槽组111两侧的辐射层11，形成感应电流，感应电流在经过寄生辐射槽时会被寄生辐射槽再次切割，发生路径弯折，从而发生寄生辐射，产生副波束。通过调节寄生辐射槽到第一辐射槽112的距离，使主体波束和副波束叠加在天线的最大辐射方向上，这样便可以提升波导天线的最大增益。

基于同一构思，本实用新型还提供一种雷达，所述雷达至少包括电路板和所述毫米波天线；所述电路板设于所述毫米波天线一侧，并与所述第二波导层13相互贴合。

需要说明的是，所述电路板为射频电路板，所述毫米波天线设于所述射频电路板上并与所述射频电路板电连接；所述电路板通过与所述毫米波天线电连接，从而实现对所述毫米波天线控制，以使所述毫米波天线接收或发送信号；通过射频电路板和本实用新型中的毫米波天线结合的雷达，其探测距离远，进一步提高了用户体验。

基于同一构思，本实用新型还提供一种汽车，包括所述雷达，所述雷达安装于汽车中的任意处。

为了进一步说明所述毫米波天线带来的有益效果，对本实用新型实施例中的毫米波天线进行了仿真实验验证，可以获得如图3，图4和图5所示的测试结果，接下来分别进行说明。

具体的，图3为本实用新型实施例提供的毫米波天线的回波损耗的仿真结果，其横坐标表示频率，纵坐标表示回波损耗|S11|。

回波损耗表示天线与阻抗为50Ω的传输线的匹配程度，回波损耗越大，则匹配效果越好；如果回波损耗≥10dB，即S11≤-10dB，回波损耗便足够大。

可见，在75.5～78.8GHz范围内，回波损耗|S11|优于10dB，具有较优的匹配效果。

而图4和图5则为本实用新型实施例提供的毫米波天线分别工作在76GHz、78.5GHz的H面和E面方向图。

由图4和图5可知，E面方向图副瓣电平低于-25dB，实现了较好的副瓣抑制效果；在76GHz～78.5GHz的带内增益范围为15.5dBi～15.7dBi。

从仿真结果可以看出，本实用新型提供的毫米波天线具有宽带宽、低副瓣、宽波束、高增益等显著优点。

综上所述，本实用新型提供一种毫米波天线，雷达及汽车；通过设置从上到下依次排列的辐射槽组、空心波导腔和馈电波导口，以及在所述辐射槽组的两侧设置寄生辐射槽，来实现对俯仰面副瓣电平的调节和提升天线增益。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种毫米波天线，其特征在于，至少包括天线元件（1），所述天线元件（1）包括从上到下依次排列的辐射层（11），第一波导层（12）和第二波导层（13），各相邻层之间无缝贴合；

所述辐射层（11）设有辐射槽组（111），所述辐射槽组（111）包括N个共线排布的第一辐射槽（112），N≥2；

所述第一波导层（12）设有空心波导腔（121），在所述空心波导腔（121）设有与各第一辐射槽（112）对应的矩形块（122）；

所述第二波导层（13）设有馈电波导口（131），所述馈电波导口（131）在空间上位于所述辐射槽组（111）的横向对称轴上，使得能量通过所述馈电波导口（131）进入空心波导腔（121），并通过所述辐射槽组（111）射出。

2.根据权利要求1所述的毫米波天线，其特征在于，所述第一辐射槽（112）为从所述辐射层（11）一面穿至另一面的第一通心结构，所述第一通心结构为圆角长方体结构；

该圆角长方体结构与所述空心波导腔（121）连通。

3.根据权利要求2所述的毫米波天线，其特征在于，所述第一辐射槽（112）沿空心波导腔（121）的长边方向共线排布在所述空心波导腔（121）的纵向中轴线上；

各第一辐射槽（112）的尺寸相等；

且任2个相邻第一辐射槽（112）之间的距离为半个波导波长。

4.根据权利要求3所述的毫米波天线，其特征在于，所述空心波导腔（121）为从所述第一波导层（12）一面穿至另一面的第二通心结构，所述第二通心结构为长方体结构；

在该长方体结构的两侧长边上分别向内开槽，以形成与各第一辐射槽（112）对应，且交错排布的矩形块（122）；

任2个纵向相邻的矩形块（122）在空间上呈中心对称。

5.根据权利要求4所述的毫米波天线，其特征在于，位于所述长方体结构同一侧的矩形块（122）的尺寸相等，且各矩形块（122）的尺寸均小于所述第一辐射槽（112）的尺寸；所述矩形块（122）与其对应的第一辐射槽（112）的距离可以自适应设置。

6.根据权利要求5所述的毫米波天线，其特征在于，所述辐射槽组（111）的横向长度与所述空心波导腔（121）的长边的长度相等；

所述辐射槽组（111）的纵向长度和所述馈电波导口（131）的纵向长度均不超过所述空心波导腔（121）的短边的长度，且所述馈电波导口（131）的纵向长度大于所述辐射槽组（111）的纵向长度。

7.根据权利要求6所述的毫米波天线，其特征在于，在所述辐射槽组（111）的两侧可以分别设置第二辐射槽（2），所述第二辐射槽（2）为在所述辐射层（11）表面开设的矩形凹槽。

8.根据权利要求7所述的毫米波天线，其特征在于，各第二辐射槽（2）的尺寸相等，且所述第二辐射槽（2）的长度大于所述空心波导腔（121）的长度，使得所述空心波导腔（121）位于两侧第二辐射槽（2）的中心位置处。

9.一种雷达，其特征在于，所述雷达至少包括电路板和如权利要求1-8中任一项所述的毫米波天线；

所述电路板设于所述毫米波天线一侧，并与所述第二波导层（13）相互贴合。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的雷达，所述雷达安装于汽车中的任意处。