毫米波天线的制作方法

1.本实用新型涉及通信领域，具体一种毫米波天线。


背景技术：

2.77ghz毫米波雷达因其体积小，质量轻，分辨率高，可在白天、夜晚、雪天、雨天、雾天和扬尘天气等环境下全天候工作，可全面满足aeb、acc、bsd、lca、pds、fcw等多项adas功能需求等特点，成为自动驾驶中所需的核心传感器。为了高集成化，77ghz毫米波雷达通常采用基片集成波导（siw, substrate integrated waveguide）缝隙波导天线作为辐射单元。然而基于基片集成波导缝隙波导天线的辐射单元匹配是一个难题。现有技术中的匹配单元一般都在馈线端，导致天线整体体积变大，辐射效率难以提升。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供提高辐射效率的毫米波天线。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
5.一种毫米波天线，包括由电介质衬底及两排金属化通孔构成的介质基片波导，在介质基片波导的一端为馈电端口，其特征在于：在介质基片波导远离馈电端口的位置设置有至少一个第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，所述第一辐射单元由一个辐射槽和一个导电柱构成，所述导电柱用于抑制所述辐射槽的反射；所述第二辐射单元由两个辐射槽构成；所述第一辐射单元设置在耦合量大于第二阈值的位置，所述第二辐射单元设置在耦合量小于第一阈值的位置，第二阈值大于等于第一阈值。
6.与现有技术相比，本实用新型的有效果是：
7.本实用新型毫米波天线，第二辐射单元形成于辐射单元的耦合量小于阈值的位置，而第一辐射单元形成于辐射单元的耦合量大于阈值的位置，这样，无论辐射单元的耦合量如何，都可以适当地抑制来自辐射单元的反射，从而提高天线的辐射效率，改善天线特性。
8.第一辐射单元中导电柱在电介质衬底横向上的距离不是固定的，而是由第一辐射单元所处位置的耦合量决定，从而进一步抑制来自辐射单元的反射，从而提高天线的辐射效率。
附图说明
9.图1为本技术的毫米波天线的结构示意图；
10.图2为本技术的毫米波天线辐射单元的辐射功率；
11.图3是电介质衬底的部分示意图；
12.图4是电介质衬底的部分示意图；
13.图5为第一辐射单元的耦合量；
14.图6为第二辐射单元的耦合量。
具体实施方式
15.本技术的毫米波天线100，如图1所示，包括一个由电介质衬底101和两排金属化通孔109构成的基片集成波导。在基片集成波导上设置有一个馈电端口103、至少一个第一辐射单元107和至少一个第二辐射单元108。
16.电介质衬底101可以是由特氟隆形成的电介质，其两面都覆盖有导体，如铜箔。
17.金属化通孔109是通过将导体密封在孔中形成的，例如通过在穿过电介质衬底101的孔的内壁上电镀金属，并将电介质衬底101的第一表面和与第一表面相对的第二表面电性连接起来。通过以第一间距排列多个通孔109而形成的通孔行110以第二间距平行排列成两行。这使得毫米波天线100能够发挥波导管壁的作用。换句话说，第二个间距成为波导的管宽a。构成后壁的通孔的第一间距，即构成通孔行110的相邻通孔109中心之间的距离h，应该是通孔109直径的两倍左右。通孔109之间的间隔可以缩小，以减少电磁波从通孔109之间的间隙泄漏。
18.在第一表面上被两个具有第二间距的通孔行110夹住的导体区域中，在辐射单元的耦合量高于阈值的位置上形成第一辐射单元107，而在辐射单元的耦合量低于阈值的位置上形成第二辐射单元108。
19.第一槽104、第二槽105和第三槽106可以通过将电介质衬底101表面上的导体切割成矩形而形成，而导电柱102可以以与通孔109相同的方式形成。第一槽104和导电柱102作为一个辐射单元，定义为第一辐射单元107。而第二槽105和第三槽106称为第二辐射单元108。第一槽104、第二槽105和第三槽106中使用的槽可以是纵向分流槽，其中槽平行于纵向轴，也就是波导的中心线，或者横向分流槽，即槽垂直于波导的纵向轴。 槽也可以相对于纵向轴倾斜。
20.导电柱102是用于抑制来自第一槽104的反射的元件，由电介质衬底101内部的导体形成。 导电柱102的形状穿透电介质衬底101，高度与通孔109相同。
21.馈电端口103是一个连接到电介质衬底101的开口，以便为电介质衬底101供电。 电介质衬底101作为缝隙阵列天线运行，通过从馈电端口103馈电，从多个槽中辐射出电磁波。
22.在耦合量小于阈值的位置形成第二辐射单元，并在耦合量大于阈值的位置形成第一辐射单元，可将具有在电介质衬底中形成的通孔的后壁波导用作后壁波导缝隙阵列天线，无论辐射单元的耦合量如何，都可抑制辐射单元的反射，并可改进天线特性。
23.如图2所示，波导缝隙阵列天线，也就是本技术中的毫米波天线100，有两种工作类型：一种是驻波激励型，其中每个辐射单元的反射在馈电点被调整并被激励，另一种是行波激励型，其中每个辐射单元的反射被抑制的同时被激励。
24.在具有n个辐射单元的一维槽形阵列中（其中n是5或更多的正整数），在离馈电点最近的第n个辐射单元201处，产生输送到第n个辐射单元的功率的1/n（下文中，分数表示为1/n）。 剩余的(n-1)/n功率被发送到下一个(n-1)/n辐射单元202。 在下一个(n-1)个辐射单元202，输送到(n-1)个辐射单元202的功率的1/(n-1)从辐射单元202辐射出去，剩余的(n-2)/(n-1)功率被送到下一个(n-2)个辐射单元203。
25.功率的传递不断重复，最后，在波导后部的辐射单元204处，输送到辐射单元204的一半功率从辐射单元204中辐射出来，一半的功率被送到辐射单元205。 在辐射单元205中，所有收到的功率都从辐射单元205中辐射出来。
26.通过以这种方式控制辐射单元的辐射功率，可以确保所有辐射单元激发的功率处于同一水平。
27.从每个辐射单元辐射的电磁波的相位可以通过阵列间距来调整，辐射单元的间距是辐射单元之间的距离。这样，当所有辐射单元激发的功率为同一水平，所有辐射单元激发的电磁波相位相同时，称为均匀激发分布，可获得最高的天线增益。
28.除了均匀的激励分布外，考虑到天线的指向性，也可以采用泰勒分布来降低副瓣水平。
29.图3是电介质衬底101的部分示意图，显示了形成第一辐射单元107的第一槽104和导电柱102的排列实例。第一槽104是根据使用频率对应的管内波长在电介质衬底101的表面上形成的，而导电柱102相对于第一槽104定位，以抑制来自第一槽104的反射。
30.导电柱102定位在波导的纵向轴线上时，反射量最大，当它接近波导侧壁时，反射量减少。 槽的反射随着槽的耦合量增加而增加。 耦合量是一个表示提供给辐射单元的功率和从辐射单元辐射出来的电磁波功率之间的比率。 因此，当第一槽104的耦合量大时，导电柱102应更靠近电介质衬底101的纵向轴线，而当第一槽104的耦合量小时，导电柱102应更靠近电介质衬底101的管壁放置。
31.第一槽104和导电柱102之间的间距e应该是大约1/4波长的间距，以抵消第一槽104的反射。 图3显示了一个例子，其中导电柱102被放置在相对于第一槽104的电源馈电侧。
32.图4是电介质衬底101的部分示意图，显示了第二槽105和第三槽106形成第二辐射单元108的排列实例。 如图5所示，第二槽105和第三槽106在波导的纵向轴方向上以成对的槽距d形成。成对的槽间距d应使第二槽105和第三槽106中彼此的槽的反射被抑制，例如，大约四分之一波导波长间距。 第二和第三槽105和106的槽长是相应设置的，如果从槽中发出的电磁波的耦合度较大，则槽长较长，如果耦合度较小，则槽长较短。 第二槽105的槽长和第三槽106的槽长略有不同，以抑制反射。
33.图5的纵轴是图3所示的导电柱102到管壁的距离b除以管道宽度a，横轴是第一辐射单元107的耦合量。
34.在行波激励波导缝隙阵列中，如第一实施方案中所示的天线系统100，第n个辐射单元的耦合量为1/n。 在均匀激励分布中，离馈电103最近的阵列元件的耦合量最小，而位于离馈电103最远一端的阵列元件的耦合量为100%。 因此，如图5所示，从导电柱102到管壁的距离随着耦合量的变小而变近。 换句话说，对于具有小耦合量的辐射单元来说，导电柱102和管壁靠得太近，不会造成物理干扰。
35.图6的纵轴是通过将对槽间距d除以电介质衬底101的管宽a得到的数值，横轴是第二辐射单元108的耦合量。
36.如图6所示，当第二辐射单元108的耦合量较小时，槽距d约为1/4管波长，但随着第二辐射单元108的耦合量增加，对槽距d接近。 当第二辐射单元108的耦合度很大时，反射不能被抑制，直到它们比槽宽更近，第二和第三槽在物理上相互干扰。
37.从上面来看，通过在辐射单元耦合量小于阈值的位置使用第二辐射单元108，以及在阵元耦合量大于阈值的位置使用第一辐射单元107，可以改善天线特性。 具体来说，例如，参照图5和图6，第二辐射单元108形成于耦合量小于5%的位置(耦合量范围501和601)，而第二辐射单元108形成于耦合量大于5%的位置(耦合量范围502、耦合量范围503、耦合量范围602和耦合量范围603)。 在耦合量为5%或以上的位置（耦合量范围502，耦合量范围503，耦合量范围602和耦合量范围603），应形成第一辐射单元107。
38.此外，可以设置两步阈值（第一阈值《第二阈值），在这种情况下，当第一阈值大于或等于第二阈值时，第一辐射单元107和第二辐射单元108都可以形成。
39.具体来说，例如，在耦合量小于5%的位置(耦合量范围501和耦合量范围601)，形成第二辐射单元108，而在耦合量在5%和20%之间的位置(耦合量范围502和耦合量范围602)，形成第一辐射单元107或第二辐射单元108。 在耦合量在5%和小于20%之间的位置（耦合量范围502和602），应形成第一辐射单元107或第二辐射单元108，在耦合量为20%或以上的位置（耦合量范围503和603），应形成第一辐射单元107。 通过这种方式，第一辐射单元107和第二辐射单元108可以分别适当地抑制反射，而不会出现它们之间的物理干扰。
40.在均匀激励分布中，靠近馈电点的辐射单元中的耦合量小，靠近终点的辐射单元中的耦合量大，因此，第一辐射单元107被形成为远离进给部分103的位置的辐射单元，第二辐射单元108被形成为靠近馈电点的辐射单元。根据激励分布，可能会出现这样的情况：远离馈电点103的位置的耦合量小于靠近馈电点103的位置的耦合量。 在这种情况下，第一辐射单元107可以在靠近馈电点的位置形成，第二辐射单元108可以在远离馈电点的位置形成。
41.图3和图4所示的相邻辐射单元之间的间距c，即相邻的第一辐射单元107之间、相邻的第二辐射单元108之间、相邻的第一辐射单元107和第二辐射单元108之间的间距c，应该是管内的波长间距，以实现均匀激发。 根据其他激励分布，间距c可以相应地改变。
42.根据以上所示的第一实施例，第二辐射单元形成于辐射单元的耦合量小于阈值的位置，而第一辐射单元形成于辐射单元的耦合量大于阈值的位置，这样，无论辐射单元的耦合量如何，都可以适当地抑制来自辐射单元的反射，并且可以改善天线特性。