一种宽带宽波束天线的制作方法

1.本实用新型涉及天线，尤其涉及一种宽带宽波束天线。


背景技术：

2.为了保证智能驾驶系统的感知需求，安装在汽车四角的毫米波雷达通常需要在方位面有足够大的视场角，这就要求雷达天线方位面在大角度有一定高的增益。
3.传统的天线方位面增益在雷达法向最大，而随着角度增大迅速下降，不能够满足大角度的增益要求，难以保证雷达方位面的视场角，不能够满足角雷达大角度的探测需求，给汽车驾驶安全带来了隐患。
4.如图1所示，现有技术中的天线在馈线两侧均部署有辐射贴片，这样的天线方位面的波束宽度过窄，方位面大角度上的增益得不到保证。现有技术中还使用图2所示的微带功分器对缝隙天线进行馈电。该功分器的本质是一个微带t 型结，但仅为等幅同相功分，没有对各输出端口的幅度和相位进行调节，不利于天线方位面的波束赋形。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种宽带宽波束天线，可以减小天线的辐射口径，展宽天线方位面的波束宽度，实现大角度上的增益提升。
6.为了达到上述申请的目的，本技术提供了一种宽带宽波束天线，该宽带宽波束天线包括：
7.功分器、第一馈线、第二馈线和多个辐射贴片，所述多个辐射贴片包括至少一个第一辐射贴片和至少一个第二辐射贴片，所述功分器包括第一输出端和第二输出端；
8.所述第一输出端与所述第一馈线连接，所述第二输出端与所述第二馈线连接，所述第一馈线与所述至少一个第一辐射贴片连接形成第一梳状天线，所述第二馈线与所述至少一个第二辐射贴片连接形成第二梳状天线；
9.所述第一梳状天线上的所述第一辐射贴片与所述第二梳状天线上的所述第二辐射贴片相对。
10.具体的，功分器还包括馈线段、匹配段、第一分支和第二分支；
11.所述馈线段、所述匹配段、所述第一分支和所述第一输出端依次连接；
12.所述匹配段还与所述第二分支和所述第二输出端依次连接；
13.所述第一分支和所述第二分支呈v型结构连接。
14.具体的，所述第一输出端和第二输出端的幅度比由所述第一分支和所述第二分支的阻抗决定，所述第一输出端和所述第二输出端的相位差由所述第一分支和所述第二分支的长度决定。
15.具体的，所述第一分支和所述第二分支关于所述馈线段所在的中心线对称；
16.或者所述第一分支与所述馈线段所在的直线形成的夹角，和所述第二分支与所述馈线段所在的直线形成的夹角不等，所述第一分支和所述第二分支的线宽分别为预设第一
馈线段，140-匹配段，151-第一分支，152-第二分支，510
‑ꢀ
第一梳状天线，520-第二梳状天线，10-天线层，20-介质层，30-金属地层。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
40.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.为了实现本技术的技术方案，让更多的工程技术工作者容易了解和应用本技术，将结合具体的实施例，进一步阐述本技术的工作原理。
42.本技术可应用于汽车四角的毫米波雷达，通过设置功分器的第一输出端与第一馈线连接，第二输出端与第二馈线连接，所述第一馈线与至少一个第一辐射贴片连接形成第一梳状天线，所述第二馈线与至少一个第二辐射贴片连接形成第二梳状天线，所述第一梳状天线上的所述第一辐射贴片与所述第二梳状天线上的所述第二辐射贴片相对，形成紧凑型梳状天线，可以减小天线的辐射口径，从而展宽方位面的波束宽度，实现大角度上的增益提升。
43.下面以具体的例子详细说明本技术实施例的具体实现。
44.以下首先介绍本技术一种宽带波束天线的截面构造，图3示出了一种宽带宽波束天线的侧视图，天线层10附在介质层20的一面上。
45.具体的，介质层20可以包括聚四氟乙烯玻璃纤维压层或环氧树脂。
46.具体的，如图3所示，介质层20另一面附有金属地层30。
47.以下介绍本技术一种宽带宽波束天线的实施例。结合附图4，该宽带宽波束天线可以包括：
48.功分器100、第一馈线200、第二馈线300和多个辐射贴片400，多个辐射贴片400包括至少一个第一辐射贴片410和至少一个第二辐射贴片420，功分器 100包括第一输出端110和第二输出端120。功分器100也称功率分配器，用于将输入信号分成两路输出信号，第一馈线200、第二馈线300用于将电磁能量贯穿传输至多个辐射贴片400。
49.第一输出端110与第一馈线200连接，第二输出端120与第二馈线300连接，第一馈线200与至少一个第一辐射贴片410连接形成第一梳状天线510，第二馈线300与至少一个第二辐射贴片420连接形成第二梳状天线520。
50.如图5所示，第一梳状天线510上的第一辐射贴片410与第二梳状天线520 上的第
二辐射贴片420相对。
51.具体的，如图6所示，功分器100还可以包括馈线段130、匹配段140、第一分支151和第二分支152。馈线段130、匹配段140、第一分支151和第一输出端110依次连接，匹配段140还与第二分支152和第二输出端120依次连接。第一分支和第二分支呈v型结构连接。
52.在一些实施例中，第一分支151和第二分支152关于馈线段130所在的中心线对称，如图6所示的功分器为一分二等幅同相功分器。匹配段140为四分之一波长阻抗匹配结构，通过调节匹配段140的长和宽可以实现馈线段130、第一分支151和第二分支152以及天线之间的阻抗匹配。第一分支151和第二分支152采用v型结构，当采用v型结构时，由于分支线长缩短，可以减小能量损耗。第一输出端110和第二输出端120的幅度比主要由第一分支151和第二分支152的阻抗决定，微带线的特性阻抗可利用下述公式计算：
[0053][0054]
其中，w为微带线，即第一分支151和第二分支152的线宽，d和εr分别为介质板的厚度和相对介电常数。第一输出端110和第二输出端120的相位差主要由第一分支151和第二分支152的长度决定，具体可根据下述公式计算：
[0055][0056]
其中，为自由空间中的波数，l1为第一分支151的长度，l2为第二分支152的长度。
[0057]
在另外的实施例中，图7给出了幅度比为2:1，相位差为90
°
的功分器的结构示意图。如图7所示，该功分器为非对称结构，第一分支151与馈线段130 所在的直线形成的夹角α，和第二分支152与馈线段130所在的直线形成的夹角β不等。根据调整第一分支151和第二分支152的线宽和长度，使第一输出端110和第二输出端120的幅度比为2:1，相位差为90
°
。
[0058]
上述两个实施例提供通过对第一分支151和第二分支152进行线长和线宽的设置，以及对第一分支151与馈线段130所在的直线形成的夹角，第二分支 152与馈线段130所在的直线形成的夹角的设置，从而实现不同的方位面方向图。
[0059]
具体的，多个辐射贴片400可以包括多个第一辐射贴片410和多个第二辐射贴片420，每个辐射贴片形成对应梳状天线上的梳齿，例如，第一辐射贴片 410数量和第二辐射贴片的数量均为六个，该六个第一辐射贴片410和六个第二辐射贴片420可以形成两个梳状天线上的12个梳齿。
[0060]
具体的，第一辐射贴片410和第二辐射贴片420间隔设置。
[0061]
通过调节每个辐射贴片400的长度和宽度，可以实现更宽的驻波带宽和更低的副瓣电平。辐射贴片400、第一馈线200和第二馈线300构成梳齿状结构，具体的，如图8所示，多个第一辐射贴片的贴片宽度由中央向两侧减小，多个第一辐射贴片的贴片长度由中央向两
侧增大。多个第二辐射贴片的贴片宽度由中央向两侧减小，多个第二辐射贴片的贴片长度由中央向两侧增大，以匹配不同梳齿宽度对应的谐振长度，从而展宽驻波和增益带宽。
[0062]
具体的，第一馈线200和第二馈线300的距离大于任意一个辐射贴片400 的长度，并且小于天线的工作中心频点对应的空气波长的一半，因此在方位面方向更为紧凑，辐射口径得以减小，从而展宽波束。工作中心频点是指工作频率段的中心，例如工作频率段有第1频率至第125个频率，中间频率为76.5ghz；那么工作中心频点对应空气波长的一半，为该天线在工作频率为76.5ghz时对应的空气波长的一半。
[0063]
具体的，任意相邻的第一辐射贴片410和第二辐射贴片420之间的距离为天线的工作中心频点对应的介质波长的一半。
[0064]
具体的，多个辐射贴片400的长度为天线的工作中心频点对应的介质波长的一半。
[0065]
在一些实施例中，功分器100、第一馈线200、第二馈线300和多个辐射贴片400为利用光刻天线层10得到的天线元件。
[0066]
上述的实施例可以看出，本技术通过设置功分器100的第一输出端110与第一馈线200连接，第二输出端120与第二馈线300连接，所述第一馈线200 与至少一个第一辐射贴片410连接形成第一梳状天线510，所述第二馈线300与至少一个第二辐射贴片420连接形成第二梳状天线，所述第一梳状天线上的所述第一辐射贴片与所述第二梳状天线上的所述第二辐射贴片520相对，形成紧型梳状天线，可以减小天线的辐射口径，从而展宽方位面的波束宽度，实现大角度上的增益提升。
[0067]
通过采用本技术的宽带宽波束天线，可以实现更宽的驻波带宽和更低的副瓣电平，以12单元新型梳状天线，即按照本实用新型中的结构设置的天线为例，如图9所示，其中1为12单元新型梳状天线76.5ghz的辐射方向图，2为传统梳状天线76.5ghz的辐射方向图，由图9可见，在方位面
±
40
°
以外，12单元新型梳状天线的增益明显高于传统梳状天线的增益。该实施例中，如图10所示， 3为方位面80
°
，12单元新型梳状天线74-78ghz内的增益，4为方位面80
°
，传统梳状天线74-78ghz内的增益，5为方位面-80
°
12单元新型梳状天线 74-78ghz内的增益，6为方位面-80
°
传统梳状天线74-78ghz内的增益，由图 10可知，方位面
±
80
°
，12单元新型梳状天线在74-78ghz内的增益相比于传统梳状天线均提高了至少3db。该实施例还给出了不同功分器馈电时12单元新型梳状天线76.5ghz的方位面方向图，如图11所示，7为功分器的两个输出是等幅等相，8为功分器的两个输出幅度相同，相位相差60
°
，由图11可知，当设计需求不同时，可以通过采用不同功分器，实现要求的方位面方向图。该实施例还提供12单元新型梳状天线和传统梳状天线驻波图，如图12所示，9为 12单元新型梳状天线驻波，10为传统梳状天线驻波，传统梳状天线在 75.8-77.3ghz内驻波小于1.5，12单元新型梳状天线在74.5-77.6ghz内驻波小于1.5，相比于传统梳状天线，12单元新型梳状天线驻波小于1.5的带宽提升了106％。由此可见，采用本实用新型中的结构设置的天线，可以实现宽的驻波带宽和方位面波束宽度，降低天线的副瓣电平，提高天线在更大角度时的增益。
[0068]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0069]
类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多
个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如本实用新型的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
[0070]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0071]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本实用新型的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0072]
本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(如计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，也可以在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0073]
应该注意的是，上述实施例是对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或者步骤等。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。