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CN211957899U - 宽波束天线、天线阵以及应用该天线阵雷达 - Google Patents

宽波束天线、天线阵以及应用该天线阵雷达 Download PDF

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CN211957899U
CN211957899U CN201921846490.1U CN201921846490U CN211957899U CN 211957899 U CN211957899 U CN 211957899U CN 201921846490 U CN201921846490 U CN 201921846490U CN 211957899 U CN211957899 U CN 211957899U
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electromagnetic wave
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CN201921846490.1U
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何月
李旭阳
王俊涛
于璇
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Zongmu Technology Shanghai Co Ltd
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Xiamen Yunchen Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供一种宽波束天线、天线阵以及应用该天线阵的雷达,包括:辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号;馈送线路,所述馈送线路包括:馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度。本发明可以不增加面积的情况下实现较宽的频带响应,减小馈送线路中电流的反射。

Description

宽波束天线、天线阵以及应用该天线阵雷达
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域,特别是涉及一种基于宽波束天线天线、天线阵以及应用该天线阵的雷达。
背景技术
天线阵是雷达系统中应用最为常见的发射和接收机制了,目前使用在毫米波雷达中的天线多为串联馈电式天线阵。
如图1-图2所示,电磁波信号从辐射体1处片耦合接收,同时通过材料3的慢波作用,接地6的反射作用,从而使得高频电流通过馈送线路2传输至辐射体1中的各个节点,辐射体1中通过不同的电流强度的设计实现天线的低副瓣效果,高频电流再经过阻抗变换段4,经过阻抗变换段使得传输的能量最大。此过程的逆过程同样适用。
如图3-图4所示,再次基础上实现较为短的物理长度,实现同样大功率强度,电磁波信号从辐射体1处耦合接收,同时通过材料3的慢波作用,接地6的反射作用,从而使得高频电流通过馈送线路2传输至辐射体1中的各个节点,通过调整相邻两个辐射体距离实现,比如调整辐射体1至辐射体1之间距离可以实现天线不同波束的指向以及展宽缩窄的特性,辐射体1和馈送线路2通过弯折角度调整为90°设计,不会产生耦合干扰。末端辐射体5通过调节其长度来较少反射,从而可以得到较为优越的天线参数。辐射体1中通过不同的电流强度的设计实现天线的低副瓣效果,高频电流再经过阻抗变换段4,经过阻抗变换段使得传输的能量最大。此过程的逆过程同样适用,所以方案二也不是好的设计方案。
综上所述,目前对于提升天线波束的方式要么需要占用较大的面积,要么就是实现不了较宽的波束数值。
发明内容
为了解决上述的以及其他潜在的技术问题,本发明提供了一种宽波束天线、天线阵以及应用该天线阵的雷达,可以不增加面积的情况下实现较宽的频带响应。
宽波束天线,包括:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
馈送线路,所述馈送线路包括:
馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;
连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;
所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;
所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度。
进一步地,还包括阻抗变换段,若天线阵与系统的阻抗不匹配时,即增加阻抗匹配段,所述阻抗匹配单元的个数为一个或多个。
进一步地,所述阻抗匹配单元的转换参数为1/4波长微带线,阻抗变换公式如下所示
Figure BDA0002254153850000021
进一步地,还包括接地端,所述接地端用于给辐射单元做参考平面。
进一步地,所述相邻辐射单元之间的相位差不相等:
辐射单元的电场的相位角或电流的相位角与相邻辐射单元之间的相位角之和为360度。
进一步地,所述相邻辐射单元之间沿馈送线路方向的间隔不相等:
对于靠近末端的辐射单元,其相邻馈送线路之间的间隔长度小于远离末端的辐射单元其相邻馈送线路之间的间隔长度。
进一步地,所述相邻辐射单元之间沿馈送线路方向的间隔不相等:
对于靠近末端的辐射单元,其相邻馈送线路之间的间隔长度大于远离末端的辐射单元其相邻馈送线路之间的间隔长度。
进一步地,所述相邻辐射单元之间垂直于馈送线路方向上的投影相互重叠:
相邻辐射单元的中心点在垂直于馈送线路方向上的距离D小于辐射单元长度的一半,相邻辐射单元的中心点在垂直于馈送线路方向上的距离D大于零。
进一步地,所述辐射单元尺寸不同:
辐射单元靠近系统处的厚度尺寸小于馈送线路中部辐射单元厚度尺寸;
辐射单元靠近末端处的厚度尺寸小于馈送线路中部辐射单元厚度尺寸。
进一步地,所述馈送线端延伸方向与辐射单元的长度方向垂直,所述馈送线端的长度包裹辐射单元宽度,所述馈送线端两端分别与向上延伸/下延伸的连接线相连接。
进一步地,所述馈送线端与连接线相连接处设置有缓冲部,所述馈送线端与连接线通过缓冲部相连接,所述缓冲部的作用是在电磁波信号经过馈送线端进入连接线时,减小由于馈送线端与连接线之间的弯折弧度导致的电磁波信号反射、消减。
进一步地,所述缓冲部的形状为弧形或直线型。
进一步地,当缓冲部的形状为直线型时,所述直线型缓冲部以馈送线端所属直线和连接线所属直线相交的交点和夹角为基础做切除该交点和夹角的直线,该直线一端可连接馈送线端,直线另一端可连接连接线。
进一步地,当缓冲部的形状为弧形时,所述弧形缓冲部以馈送线端所属直线和连接线所属直线为切线做圆,以该圆形部分连接馈送线端与连接线端。
宽波束天线阵,包括:
一个或多个宽波束天线,
所述宽波束天线包括辐射单元和馈送线路:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
所述馈送线路包括:馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度。
所述宽波束天线在相同高度上并排设置,使得相邻宽波束天线沿馈送线路上相同尺寸辐射单元的位置相同;
所述馈送线端与连接线相连接处设置有缓冲部,所述馈送线端与连接线通过缓冲部相连接,所述缓冲部的作用是在电磁波信号经过馈送线端进入连接线时,减小由于馈送线端与连接线之间的弯折弧度导致的电磁波信号反射、消减。
一种使用该天线阵制成的雷达,包括:
一个或多个宽波束天线阵、雷达芯片、接线端,所述宽波束天线阵与雷达芯片电连接,所述雷达芯片与接线端电连接;
宽波束天线阵包括一个或多个宽波束天线,所述宽波束天线包括辐射单元和馈送线路:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
所述馈送线路包括:馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度。
所述宽波束天线在相同高度上并排设置,使得相邻宽波束天线沿馈送线路上相同尺寸辐射单元的位置相同;
所述馈送线端与连接线相连接处设置有缓冲部,所述馈送线端与连接线通过缓冲部相连接,所述缓冲部的作用是在电磁波信号经过馈送线端进入连接线时,减小由于馈送线端与连接线之间的弯折弧度导致的电磁波信号反射、消减。
如上所述,本发明的具有以下有益效果:
(1)本发明可以大幅度减少天线的物理尺寸可以使得天线的波束增加或者减少,调整较为灵活,因为此天线合成方式采用较近距离的半波长或者更短的方式合成,普通天线则一般需要一个波长以上或者更多的尺寸。所以此天线可以减少PCB使用的面积,降低成本,达到同样的电气性能。
(2)本发明可以不增加大幅度面积的情况下实现较宽的频带响应,因为可以设计使得每个辐射体的谐振频率都是不一样,达到展宽带宽的目的,从而可以有效的使用通信和雷达系统,同时可以降低成本。
(3)本发明天线可以使用辐射单元不限于水平极化天线,同样适用垂直极化天线、各种斜极化天线,包括各种圆极化和椭圆极化天线等等,都可以使用此方式调整天线阵参数。
(4)本发明天线同时末端反射枝节的调整,不仅仅限制调整末端辐射贴片长度,一切可以实现较少末端电流的方式都是适用的,实现方式不限,只要能够消除末端带来的反射即可,同时调整末端状态可以改变天线波束指向和频带特性,此方式都是本发明权利特性。
(5)本发明天线外形是两边或者数边的形状不固定,可以是任意形状,可以达到天线阵合成的目的都属于权利范围。
(6)本发明天线和馈线的夹角可以是任意值,调整参数多数集中在波束宽度等,但是调整角度不是唯一途径,可以是各种形状的方式连接两点的方式实现,同时包含以上所有权利要求。
(7)本发明天线同样适用多列天线的合成,多列天线可以是水平、垂直以及上下3D空间的组合,都可以使用此类似方式实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1显示为设计方案一传统天线的示意图。
图2显示为设计方案一传统天线后视图。
图3显示为设计方案二传统天线的示意图。
图4显示为设计方案二传统天线后视图。
图5显示为本发明宽波束天线的示意图。
图6显示为本发明宽波束天线阵在应用在系统中其中一实施例的示意图。
图7显示为本发明天线阵在理想环境下E面和H面的方向图。
图8显示为本发明天线阵在实际检测时E面和H面的方向图。
图9显示为本发明天线阵在理想环境下的相位图。
图10显示为本发明天线阵在理想环境下的相位图。
在图中:
1-辐射单元;2-馈送线路;21-馈送线路端组;22-连接线组;3-材料;4-阻抗变换段;5-末端辐射单元;6-接地端;101-天线阵。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
参见图5~图10,
宽波束天线,包括:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
馈送线路,所述馈送线路包括:
馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;
连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;
所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;
所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度。
进一步地,还包括阻抗变换段,若天线阵与系统的阻抗不匹配时,即增加阻抗匹配段,所述阻抗匹配单元的个数为一个或多个。
进一步地,所述阻抗匹配单元的转换参数为1/4波长微带线,阻抗变换公式如下所示
Figure BDA0002254153850000061
进一步地,还包括接地端,所述接地端用于给辐射单元做参考平面。
进一步地,所述相邻辐射单元之间的相位差不相等:
辐射单元的电场的相位角或电流的相位角与相邻辐射单元之间的相位角之和为360度。
进一步地,所述相邻辐射单元之间沿馈送线路方向的间隔不相等:
对于靠近末端的辐射单元,其相邻馈送线路之间的间隔长度小于远离末端的辐射单元其相邻馈送线路之间的间隔长度。
进一步地,所述相邻辐射单元之间沿馈送线路方向的间隔不相等:
对于靠近末端的辐射单元,其相邻馈送线路之间的间隔长度大于远离末端的辐射单元其相邻馈送线路之间的间隔长度。
进一步地,所述相邻辐射单元之间垂直于馈送线路方向上的投影相互重叠:
相邻辐射单元的中心点在垂直于馈送线路方向上的距离D小于辐射单元长度的一半,相邻辐射单元的中心点在垂直于馈送线路方向上的距离D大于零。
进一步地,所述辐射单元尺寸不同:
辐射单元靠近系统处的厚度尺寸小于馈送线路中部辐射单元厚度尺寸;
辐射单元靠近末端处的厚度尺寸小于馈送线路中部辐射单元厚度尺寸。
进一步地,所述馈送线端延伸方向与辐射单元的长度方向垂直,所述馈送线端的长度包裹辐射单元宽度,所述馈送线端两端分别与向上延伸/下延伸的连接线相连接。
进一步地,所述馈送线端与连接线相连接处设置有缓冲部,所述馈送线端与连接线通过缓冲部相连接,所述缓冲部的作用是在电磁波信号经过馈送线端进入连接线时,减小由于馈送线端与连接线之间的弯折弧度导致的电磁波信号反射、消减。
进一步地,所述缓冲部的形状为弧形或直线型。
进一步地,当缓冲部的形状为直线型时,所述直线型缓冲部以馈送线端所属直线和连接线所属直线相交的交点和夹角为基础做切除该交点和夹角的直线,该直线一端可连接馈送线端,直线另一端可连接连接线。
进一步地,当缓冲部的形状为弧形时,所述弧形缓冲部以馈送线端所属直线和连接线所属直线为切线做圆,以该圆形部分连接馈送线端与连接线端。
宽波束天线阵,包括:
一个或多个宽波束天线,
所述宽波束天线包括辐射单元和馈送线路:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
所述馈送线路包括:馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度。
所述宽波束天线在相同高度上并排设置,使得相邻宽波束天线沿馈送线路上相同尺寸辐射单元的位置相同。
一种使用该天线阵制成的雷达,包括:
一个或多个宽波束天线阵、雷达芯片、接线端,所述宽波束天线阵与雷达芯片电连接,所述雷达芯片与接线端电连接;
宽波束天线阵包括一个或多个宽波束天线,所述宽波束天线包括辐射单元和馈送线路:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
所述馈送线路包括:馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度。
所述宽波束天线在相同高度上并排设置,使得相邻宽波束天线沿馈送线路上相同尺寸辐射单元的位置相同。
此外,虽然本文已经描述了说明性实施例,但是具有等效元件,修改,省略,组合(例如,跨各种实施例的方面),改编和/或改变的任何和所有实施例的范围,如本领域技术人员将理解的。基于本公开的技术。权利要求中的限制应基于权利要求中采用的语言广义地解释,并且不限于本说明书中描述的示例或者在申请的起诉期间。这些例子应被解释为非排他性的。此外,可以以任何方式修改所公开方法的步骤,包括通过重新排序步骤和/或插入或删除步骤。因此,意图是说明书和实施例仅被认为是说明性的,真正的范围和精神由所附权利要求及其等同物的全部范围表示。

Claims (8)

1.宽波束天线,其特征在于,包括:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
馈送线路,所述馈送线路包括:
馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;
连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;
所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;
所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度;
辐射单元靠近系统处的厚度尺寸小于馈送线路中部辐射单元厚度尺寸;
辐射单元靠近末端处的厚度尺寸小于馈送线路中部辐射单元厚度尺寸。
2.根据权利要求1所述宽波束天线,其特征在于,所述馈送线端延伸方向与辐射单元的长度方向垂直,所述馈送线端的长度包裹辐射单元宽度,所述馈送线端两端分别与向上延伸/下延伸的连接线相连接。
3.根据权利要求2所述宽波束天线,其特征在于,所述馈送线端与连接线相连接处设置有缓冲部,所述馈送线端与连接线通过缓冲部相连接,所述缓冲部的作用是在电磁波信号经过馈送线端进入连接线时,减小由于馈送线端与连接线之间的弯折弧度导致的电磁波信号反射、消减。
4.根据权利要求3所述宽波束天线,其特征在于,所述缓冲部的形状为弧形或直线型。
5.根据权利要求4所述宽波束天线,其特征在于,当缓冲部的形状为直线型时,所述直线型缓冲部以馈送线端所属直线和连接线所属直线相交的交点和夹角为基础做切除该交点和夹角的直线,该直线一端可连接馈送线端,直线另一端可连接连接线。
6.根据权利要求5所述宽波束天线,其特征在于,当缓冲部的形状为弧形时,所述弧形缓冲部以馈送线端所属直线和连接线所属直线为切线做圆,以该圆形部分连接馈送线端与连接线端。
7.宽波束天线阵,其特征在于,包括:
一个或多个宽波束天线,
所述宽波束天线包括辐射单元和馈送线路:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
所述馈送线路包括:馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度;
所述宽波束天线在相同高度上并排设置,使得相邻宽波束天线沿馈送线路上相同尺寸辐射单元的位置相同;
所述馈送线端与连接线相连接处设置有缓冲部,所述馈送线端与连接线通过缓冲部相连接,所述缓冲部的作用是在电磁波信号经过馈送线端进入连接线时,减小由于馈送线端与连接线之间的弯折弧度导致的电磁波信号反射、消减。
8.一种使用该天线阵制成的雷达,其特征在于,包括:
一个或多个宽波束天线阵、雷达芯片、接线端,所述宽波束天线阵与雷达芯片电连接,所述雷达芯片与接线端电连接;
宽波束天线阵包括一个或多个宽波束天线,所述宽波束天线包括辐射单元和馈送线路:
辐射单元,所述辐射单元用于发射/接收电磁波信号,并通过馈送线路耦合各个辐射单元发射/接收的电磁波信号,所述辐射单元分布在馈送线路的两侧,馈送线路同侧相邻两个辐射单元之间设置有一个异侧的辐射单元;
所述馈送线路包括:馈送线路端组,其包括多个馈送线端,每个所述馈送线端设置在与辐射单元接触的位置,用于连接辐射单元和馈送线路;连接线组,其包括多个连接线,每个所述连接线用于连接相邻的两个馈送线路端;所述馈送线路端与连接线之间相对角度为非垂直设置和/或非水平设置;所述连接线的长度长于所述相邻馈送线路端之间的间隔长度;
所述宽波束天线在相同高度上并排设置,使得相邻宽波束天线沿馈送线路上相同尺寸辐射单元的位置相同;
所述馈送线端与连接线相连接处设置有缓冲部,所述馈送线端与连接线通过缓冲部相连接,所述缓冲部的作用是在电磁波信号经过馈送线端进入连接线时,减小由于馈送线端与连接线之间的弯折弧度导致的电磁波信号反射、消减。
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