一种发射天线阵列、发射天线系统及毫米波雷达的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种发射天线阵列、发射天线系统及毫米波雷达。


背景技术：

2.相较于传统天线，毫米波雷达天线更容易在更小的天线体积下实现更高的增益和更窄的波束宽度，从而具有更高的探测精度和更远的探测距离，因此，毫米波雷达天线被广泛应用于交通、通信等领域。
3.在相关技术中，毫米波雷达天线辐射出来的天线波束形状通常为笔状天线波束，笔状天线波束在主瓣上具有最大的天线增益，在副瓣或旁瓣上具有较小的天线增益，具备较强的前方检测能力。发明人在实施本实用新型的过程中，发现相关技术至少存在以下缺点：笔状天线波束在副瓣或旁瓣上的天线增益较小，侧边检测距离较短，因此，其无法满足对侧边检测能力要求较高的应用场景。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种发射天线阵列、发射天线系统及毫米波雷达，能够提高雷达天线侧边检测能力。
5.本实用新型实施例为改善上述技术问题提供了如下技术方案：
6.在第一方面，本实用新型实施例提供一种发射天线阵列，包括：
7.微带传输线，用于馈入电流信号，所述电流信号包括电流方向相反的第一支路电流与第二支路电流；
8.第一发射天线单元，电连接在所述微带传输线上，所述第一发射天线单元在所述第一支路电流的作用下，发射第一天线信号；
9.第二发射天线单元，电连接在所述微带传输线上，所述第二发射天线单元在所述第二支路电流的作用下，发射第二天线信号，其中，所述第一天线信号与所述第二天线信号在天线水平辐射方向图上呈锥状。
10.可选地，所述第一发射天线单元与所述第二发射天线单元分别对称设置于所述微带传输线的相对两侧。
11.可选地，所述第一发射天线单元与所述微带传输线的夹角为第一预设角度，所述第二发射天线单元与所述微带传输线的夹角为第二预设角度，其中，所述第一预设角度与所述第二预设角度相同。
12.可选地，所述第一预设角度及所述第二预设角度均为90度。
13.可选地，所述第一预设角度及所述第二预设角度均为锐角。
14.可选地，所述第一发射天线单元包括多个第一发射阵元，多个所述第一发射阵元等间距设置于所述微带传输线的一侧；
15.所述第二发射天线单元包括多个第二发射阵元，多个所述第二发射阵元等间距设
置于所述微带传输线的另一侧，每个所述第一发射阵元与对应的所述第二发射阵元分别对称设置于所述微带传输线的相对两侧。
16.可选地，相邻两个所述第一发射阵元之间的间距为介质波导波长，相邻两个所述第二发射阵元之间的间距为介质波导波长。
17.可选地，所述第一发射阵元的长度为0.5倍介质波导波长，所述第二发射阵元的长度为0.5倍介质波导波长。
18.在第二方面，本实用新型实施例提供了一种发射天线系统，包括：
19.介质基板；以及
20.如上所述的发射天线阵列，所述发射天线阵列布设于所述介质基板上。
21.在第三方面，本实用新型实施例提供了一种毫米波雷达，包括如上所述的发射天线系统。
22.本实用新型实施例的有益效果包括：提供了一种发射天线阵列、发射天线系统及毫米波雷达。发射天线阵列包括微带传输线、第一发射天线单元及第二发射天线单元，微带传输线可馈入电流信号，该电流信号包括电流方向相反的第一支路电流与第二支路电流，第一发射天线单元电连接在第一发射天线单元上，并可在第一支路电流的作用下，发射第一天线信号，第二发射天线单元电连接在微带传输线上，并可在第二支路电流的作用下，发射第二天线信号，其中，第一天线信号与第二天线信号在天线水平辐射方向图上呈锥状，由于呈锥状的天线波束具有法向天线增益低、侧边天线增益高的特点，因此，本实施例提供发射天线阵列具备较高的雷达天线侧边检测能力，能够适用于对侧边探测要求高的应用场景。
附图说明
23.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
24.图1是本实用新型实施例提供的一种发射天线系统的结构示意图；
25.图2是图1所示的一种发射天线阵列的结构示意图；
26.图3是图1所示的另一种发射天线阵列的结构示意图；
27.图4是图1所示的又一种发射天线阵列的结构示意图；
28.图5是本实用新型实施例提供的一种发射天线系统的天线方向图；
29.图6是本实用新型实施例提供的一种发射天线系统的空间能量分布图；
30.图7是本实用新型实施例提供的一种发射天线系统的目标探测区域示意图；
31.图8是本实用新型实施例提供的一种发射天线系统布置在车辆上的示意图。
具体实施方式
32.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施方式，对本技术进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本技术不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。例如，天线方向图是描述天线辐射场在空间相对分布随方向变化的图形。由于天线方向图呈花瓣状，故又称为波瓣图。在波瓣图中，最大辐射方向两侧第一个零辐射方向线以内的波束称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。
35.请一并参阅图1及图2，如图1所示，微带天线包括介质基板100及发射天线阵列200。
36.发射天线阵列200布设于介质基板100的一表面，介质基板100远离发射天线阵列200的一表面接地。其中，介质基板包括介电常数、介质基板厚度、正切损耗角等参数，为满足天线设计的需求，需要选取具有合适参数的介质基板。例如，应用于77ghz-81ghz频段毫米波雷达天线设计时，采用rogersro3003板材作为介质基板。在本实施例中，介质基板100的参数或板材可基于不同应用和设计需要自由选取。
37.如图2所示，发射天线阵列200包括微带传输线21、第一发射天线单元22及第二发射天线单元23。
38.微带传输线21可馈入电流信号，电流信号包括电流方向相反的第一支路电流及第二支路电流。其中，微带传输线是由支在介质基板上的单一导体带构成的微波传输线。
39.第一发射天线单元22电连接在微带传输线21上，第一发射天线单元22在第一支路电流的作用下，发射第一天线信号。发射天线阵列200工作时，微带传输线21向第一发射天线单元22提供第一支路电流作为第一发射天线单元22的激励信号，以使第一发射天线单元22向空间中辐射能量(第一天线信号)。
40.第二发射天线单元23电连接在微带传输线21上，第二发射天线单元23在第二支路电流的作用下，发射第二天线信号。发射天线阵列200工作时，微带传输线21向第二发射天线单元23提供第二支路电流作为第二发射天线单元23的激励信号，以使第二发射天线单元23向空间中辐射能量(第二天线信号)。
41.第一发射天线单元22发射的第一天线信号与第二发射天线单元23发射的第二天线信号在天线水平辐射方向图上呈锥状。
42.第一发射天线单元22向空间中发射第一天线信号且第二发射天线单元23在空间中发射第二天线信号时，在第一天线信号与第二天线信号的共同作用下，形成呈锥状的天线波束，对应到天线水平辐射方向图上的形状也呈锥状，呈锥状的天线波束具有法向天线增益低、侧边天线增益高的特点，因此，相较于传统在天线水平方向图上呈现法向天线增益高、侧边天线增益低的的笔状波束，侧边探测距离更远，同时由于在法向上天线增益较低，因而可有效减小对侧边探测的干扰，提高侧边探测的可靠性，从而满足侧边探测的应用场景。
43.在一些实施例中，第一发射天线单元22与第二发射天线单元23分别对称设置在微
带传输线21的相对两侧。通过此种方式，可使得由第一天线信号与第二天线信号形成的锥状波束在天线水平辐射方向图上更加对称，提高侧边探测的可靠性。
44.在一些实施例中，第一发射天线单元22与微带传输线21的夹角为第一预设角度，第二发射天线单元23与微带传输线21的夹角为第二预设角度，其中，第一预设角度与第二预设角度相同。通过此种方式，可进一步提高锥状波束在天线水平辐射方向图上的对称性，从而进一步提高侧边探测的可靠性。
45.在一些实施例中，如图3所示，第一预设角度及第二预设角度均为90度。亦即，第一发射天线单元22、第二发射天线单元23均垂直于微带传输线21。
46.可以理解的是，基于不同应用和设计需要，第一预设角度及第二预设角度还可以为其它任意合适角度，只要第一预设角度与第二预设角度相同即可。例如，在一些实施例中，第一预设角度及第二预设角度均为锐角。其中，锐角包括但不限于75度、60度、45度等等。
47.在一些实施例中，请一并参阅图3和图4，第一发射天线单元22包括多个第一发射阵元221，多个第一发射阵元221等间距设置于微带传输线21的一侧，第二发射天线单元23包括多个第二发射阵元231，多个第二发射阵元231等间距设置于微带传输线21的另一侧，并且，多个第一发射阵元221与多个第二发射阵元231一一对应，每个第一发射阵元221与对应的第二发射阵元231分别对称设置于微带传输线21的相对两侧。
48.本实施例通过将第一发射天线单元22中每个第一发射阵元221与对应的第二发射天线单元23中第二发射阵元231分别对称设置于微带传输线21的相对两侧，能够使得呈锥状的天线波束更加对称，有效提高侧边检测效率和可靠性。
49.在一些实施例中，如图3或图4所示，微带传输线21包括多个间隔设置的馈电节点21a，每个馈电节点21a分别与一第一发射阵元221及一第二发射阵元231电连接。微带传输线21可在每个馈电节点21a处向一第一发射阵元221馈入第一支路电流以及向一第二发射阵元231馈入与第一支路电流方向相反的第二支路电流。
50.在一些实施例中，相邻两个馈电节点21a之间的间距为n倍介质波导波长，其中，n为1以上的任意自然数。
51.通过此种方式，可确保设置在微带传输线21一侧的各个第一发射阵元221以及设置在微带传输线21另一侧的各个第二发射阵元231是同相位的，进而确保第一发射天线单元22可靠发射第一天线信号以及确保第二发射天线可靠发射第二天线信号。
52.在一些实施例中，如图4所示，相邻两个馈电节点21a之间的间距d1为介质波导波长。因此，通过此种方式，可在尽可能小的空间占用的基础上得到较高的天线增益，确保检测性能。
53.在一些实施例中，如图4所示，第一发射阵元221的长度l1为0.5倍介质波导波长。其中，第一发射阵元22的宽度可由用户根据业务需求自定义，各个第一发射阵元221的宽度可以相等，亦可以不相等。
54.在一些实施例中，如图4所示，第二发射阵元23的长度l2为0.5倍介质波导波长。其中，第二发射阵元23的宽度可由用户根据业务需求自定义，各个第二发射阵元231的宽度可以相等，亦可以不相等。
55.请参阅图5，图5为本实用新型实施例提供的一种发射天线阵列的天线方向图。如
图5所示，曲线1为传统技术采用呈笔状的天线波束的天线方向图，曲线2为本实用新型实施例提供的一种发射天线阵列的天线方向图。从曲线1可以看出，该曲线为中间增益高、两侧增益低的呈笔状的天线波束，从曲线2可以看出，该曲线为中间增益低，两侧增益高的呈锥状的天线波束。通过比较曲线1和曲线2可以看出，曲线2在
±
60
°
的方向上具有最大增益且相对曲线1在相同方向的增益提升了约10db，从而，本实施例提供的发射天线阵列相对于传统技术，侧边的有效探测距离能够提升约一倍，侧边检测性能大幅提升，非常适合应用于对侧边检测能力要求高的应用场景。
56.请参阅图6，图6为本实用新型实施例提供的一种发射天线系统的空间能量分布图。如图6所示，空间能量主要集中在两侧，从而有效探测两侧的物体。同时，发射天线系统向前运动过程中，前方的物体容易称为干扰源，干扰源的引入会降低后续信号处理时的信噪比，不利于两侧物体的探测，而在图6中可以看出，空间能量在法向(前方)形成零点凹陷，有效降低前方物体的干扰，有利于可靠探测两侧物体。
57.本实用新型实施例提供了一种毫米波雷达，该毫米波雷达包括如上所述的发射天线系统。
58.本实施例提供的毫米波雷达可以在空间中辐射出呈锥状的天线波束，能够提升侧边检测距离，具备较强的侧边检测能力，满足对侧边检测能力要求较高的应用场景，有效克服传统的呈笔状的天线波束侧边检测能力弱的技术问题，并且，本实施例提供的毫米波雷达辐射的能量集中在侧边，前方的能量极低，有效减小前方物体对侧边物体检测的干扰。
59.可以理解的是，将本实用新型实施例提供的毫米波雷达作为车载雷达，如图7所示，车辆两侧的区域目标探测区域，车辆前方的区域作为干扰区域，得益于呈锥状的天线波束的采用，目标探测区域的物体将会被准确探测到，干扰区域的物体几乎被屏蔽。
60.还可以理解的是，若要有效探测车辆侧边的物体，如图8所示，采用呈笔状的天线波束，需要在车辆两侧分别布置一个雷达模组，而采用锥状的天线波束，只需要在车辆前方布置一个雷达模组即可，因此，采用呈锥状的天线波束，可降低成本。
61.最后要说明的是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本实用新型的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本实用新型不同方面的许多其它变化，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。