双极化天线、双极化阵列天线及雷达系统的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其是涉及一种双极化天线、双极化阵列天线及雷达系统。


背景技术：

2.毫米波雷达由于其具有体积小、重量轻、受天气影响小等特点，被广泛应用于汽车的高级辅助驾驶系统。然而，现有的车载毫米波雷达应用较多的都是单极化串馈天线，而单极化天线通常只能获取到某个维度的极化信息，识别能力不够强，可能会遗漏某些目标。虽然也有部分毫米波雷达采用双极化天线，但是常见的双极化毫米波阵列天线均是采用并联馈电形式，因此需要较长的馈线及复杂的馈电结构，这会导致天线的辐射效率较低。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种双极化天线，垂直极化和水平极化的馈电方式均为串联馈电方式，既简化了天线的结构，又提高了天线的辐射效率。
4.本实用新型还提出了一种双极化阵列天线。
5.本实用新型还提出了一种具有上述双极化阵列天线的雷达系统。
6.根据本实用新型第一方面实施例的双极化天线，包括第一介质层、多个相互串联的辐射贴片和基片集成波导结构；所述辐射贴片设置于所述第一介质层的上表面，每相邻两个所述辐射贴片通过垂直极化馈线连接；所述基片集成波导结构设置于所述第一介质层的下端，所述基片集成波导结构上开设有多个耦合缝隙，所述基片集成波导结构用于通过所述耦合缝隙将电磁波耦合至所述辐射贴片，以使所述辐射贴片辐射水平极化电磁波。
7.根据本实用新型实施例的双极化天线，至少具有如下有益效果：垂直极化馈线通过串联的方式对辐射贴片进行馈电，垂直极化馈线接收到馈源的电磁能量后，在辐射贴片上产生垂直方向上的电流，从而使辐射贴片向外辐射垂直极化电磁波能量；而基片集成波导结构则通过耦合缝隙将高频电磁波能量耦合至辐射贴片，使辐射贴片上产生水平方向上的感应电流，从而使辐射贴片向外辐射水平极化电磁波能量；两种极化的馈电方式均是串联馈电形式，无需较长的馈线及复杂的馈电结构，有利于简化天线结构，并提高天线的辐射效率；此外，当该双极化天线应用于车载雷达时，相比于常规的单极化毫米波车载雷达，能够提供多一个维度的极化信息，更有利于雷达识别目标，从而提升雷达的目标识别能力。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述基片集成波导结构包括第一金属层、第二介质层和第二金属层，所述第一金属层设置于所述第一介质层的下表面，所述第一金属层上开设有多个所述耦合缝隙；所述第二介质层设置于所述第一金属层的下表面，所述第二介质层上间隔设置有多个金属化孔；所述第二金属层设置于所述第二介质层的下表面，所述第二金属层通过所述金属化孔与所述第一金属层电性连接。
9.根据本实用新型的一些实施例，多个所述辐射贴片并排分布于所述第一介质层的
上表面。
10.根据本实用新型的一些实施例，每相邻两个所述辐射贴片的间距为所述第一介质层的一个波导波长。
11.根据本实用新型的一些实施例，多个所述耦合缝隙沿多个所述辐射贴片的排布方向，依次交错分布于多个所述辐射贴片的对称轴线的两侧，每个所述辐射贴片分别对应一个所述耦合缝隙。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述耦合缝隙为矩形结构，所述耦合缝隙的长度方向与多个所述辐射贴片的排布方向相同。
13.根据本实用新型的一些实施例，每相邻两个所述金属化孔的间距小于所述金属化孔的直径的两倍。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述垂直极化馈线的输入端连接有阻抗变换器。
15.根据本实用新型第二方面实施例的双极化阵列天线，包括相互电性连接的多个发射天线和多个接收天线，所述发射天线及所述接收天线采用如本实用新型上述第一方面实施例所述的双极化天线。
16.根据本实用新型实施例的双极化阵列天线，至少具有如下有益效果：通过采用上述双极化天线，有利于简化天线结构，并提高天线的辐射效率。
17.根据本实用新型第三方面实施例的雷达系统，包括如本实用新型上述第二方面实施例所述的双极化阵列天线。
18.根据本实用新型实施例的雷达系统，至少具有如下有益效果：通过采用上述双极化阵列天线，能够获得多个维度的极化信息，有利于提升雷达对目标的识别能力。
19.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为本实用新型实施例的双极化天线的结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例的双极化天线的爆炸示意图；
23.图3为本实用新型实施例的双极化天线的主视图；
24.图4为本实用新型实施例的双极化天线的俯视图；
25.图5为本实用新型实施例的双极化阵列天线的俯视图；
26.附图标记：
27.第一介质层100、辐射贴片200、垂直极化馈线300、基片集成波导结构400、第一金属层410、耦合缝隙411、转换器412、第二介质层420、金属化孔421、第二金属层430、阻抗变换器500。
具体实施方式
28.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本
实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
31.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
32.参照图1至图3，根据本实用新型第一方面实施例的双极化天线，包括第一介质层100、多个相互串联的辐射贴片200和基片集成波导结构400；其中，辐射贴片200设置于第一介质层100的上表面，每相邻两个辐射贴片200通过垂直极化馈线300连接；基片集成波导结构400设置于第一介质层100的下端，基片集成波导结构400上开设有多个耦合缝隙411，基片集成波导结构400用于通过耦合缝隙411将电磁波耦合至辐射贴片200，以使辐射贴片200辐射水平极化电磁波。
33.根据本实用新型实施例的双极化天线，垂直极化馈线300通过串联的方式对辐射贴片200进行馈电，垂直极化馈线300接收到馈源的电磁能量后，在辐射贴片200上产生垂直方向上的电流，从而使辐射贴片200向外辐射垂直极化电磁波能量；而基片集成波导结构400则通过耦合缝隙411将高频电磁波能量耦合至辐射贴片200，使辐射贴片200上产生水平方向上的感应电流，从而使辐射贴片200向外辐射水平极化电磁波能量；两种极化的馈电方式均是串联馈电形式，无需较长的馈线及复杂的馈电结构，有利于简化天线结构，并提高天线的辐射效率。此外，当该双极化天线应用于车载雷达时，相比于常规的单极化毫米波车载雷达，能够提供多一个维度的极化信息，更有利于雷达识别目标，从而提升雷达的检测能力。
34.具体地，请参照图2至图4，在本实用新型的一些实施例中，基片集成波导结构400包括第一金属层410、第二介质层420和第二金属层430；其中，第一金属层410设置于第一介质层100的下表面，第一金属层410上开设有多个耦合缝隙411；第二介质层420设置于第一金属层410的下表面，第二介质层420上间隔设置有多个金属化孔421；第二金属层430设置于第二介质层420的下表面，第二金属层430通过金属化孔421与第一金属层410电性连接。具体地，第一金属层410既作为垂直极化馈线300的地板，与垂直极化馈线300构成微带线结构，又作为基片集成波导结构400的上层地板，而第二金属层430则作为基片集成波导结构400的底层地板；第一金属层410上所开设的耦合缝隙411用于耦合能量至辐射贴片200。在本实用新型中，通过基片集成波导结构400实现了电磁波能量的水平极化，基片集成波导结构400具有小型化、易于集成、传输损耗小等优点。
35.如图2和图4所示，在本实用新型的一些实施例中，多个辐射贴片200并排分布于第
一介质层100的上表面。具体地，如图4所示，多个辐射贴片200沿着第一介质层100的前后方向平行排布，辐射贴片200为矩形或正方形结构。在实际应用中，辐射贴片200的长和宽约为第一介质层100的二分之一波导波长，每相邻两个辐射贴片200的间距为第一介质层100的一个波导波长，相邻辐射贴片200间的垂直极化馈线300的长度接近一个波导波长，从而保证辐射贴片200上的电流同相。
36.如图2和图4所示，在本实用新型的一些实施例中，多个耦合缝隙411沿多个辐射贴片200的排布方向，依次交错分布于多个辐射贴片200的对称轴线的两侧，每个辐射贴片200分别对应一个耦合缝隙411。具体地，在本实用新型中，耦合缝隙411为矩形结构，耦合缝隙411的长度方向与多个辐射贴片200的排列方向相同。通过将耦合缝隙411依次交错分布于轴线左右两侧，能够对相邻的耦合缝隙411引入180度相差，从而使得耦合缝隙411所耦合的电磁波是同相的。
37.在本实用新型的一些实施例中，每相邻两个金属化孔421的间距小于金属化孔421的直径的两倍。通过这样的设置，能够更好地保证基片集成波导结构400的电磁屏蔽性能。如图4所示，在辐射贴片200的左右两侧各有一列金属化孔421，这两列金属化孔421的间距应大于二分之一工作波长。在实际应用中，要求基片集成波导结构400中的电磁波主模的波导波长为第一层介质100的波导波长的两倍，因此相邻辐射贴片300的间距应为半个基片集成波导结构400的波导波长。
38.如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，垂直极化馈线300的输入端连接有阻抗变换器500。阻抗变换器500一般采用四分之一波长阻抗变换器，功能是将天线的输入阻抗转换至与馈源相同的阻抗，从而达到阻抗匹配的效果。
39.如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，第一金属层410的时输入端连接有转换器412。该转换器412用于将电磁波由微带线/带状线的电磁波模式转换成基片集成波导结构400中的波导模式，同时将垂直极化端的输入阻抗转换至与馈源相同，从而提高双极化天线的适用性。
40.如图5所示，根据本实用新型第二方面实施例的双极化阵列天线，包括相互电性连接的多个发射天线和多个接收天线，发射天线及接收天线采用如本实用新型上述第一方面实施例所述的双极化天线。具体地，如图5所示，在本实用新型中，双极化阵列天线包括两个发射天线tx1和tx2、四个接收天线rx1～rx4，当然，发射天线和接收天线的也可以是别的数量，具体数量并不受限定。为了满足雷达系统信号处理算法的要求，每相邻两个接收天线的间距为二分之一工作波长d，每相邻两个发射天线的间距为两倍工作波长4d，形成虚拟的一发八收的天线阵列，从而实现雷达多目标识别的功能，实现高精度、无模糊测角的效果。
41.根据本实用新型第三方面实施例的雷达系统，通过采用上述双极化阵列天线，能够获得多个维度的极化信息，并实现高精度、无模糊测角的效果，有利于提升雷达对目标的识别能力。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
43.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。