微带天线组件、雷达收发组件及雷达系统的制作方法

1.本说明书涉及雷达及通讯领域，具体涉及一种微带天线组件、雷达收发组件及雷达系统。


背景技术：

2.雷达系统因为其探测目标是无源的，相比主动回馈有源信号的通讯设备，回馈信号极其微弱。因此对雷达系统的接收发射链路而言，通常拥有更大的可调节发射功率，更高的接收灵敏度，以捕捉微弱信号。
3.在民用消费级雷达的使用场景下，由于其对空间占有率的限制，对灵活适配不同产品的需求，以及对成本的严格控制，雷达高集成化及小型化设计成为主流；而这种背景下，对大功率的发射链路，以及高灵敏度的接收链路间隔离干扰的能力提出了更高的要求，成为了影响雷达系统信噪比等综合性能的瓶颈指标。事实上，小尺寸高集成度设计与隔离干扰能力是互相矛盾的；其一，收发链路物理上的接近必然造成干扰的加强；其次小尺寸设计导致一些能有效提高隔离度的方案难以布局。再者，在减少发射链路与接收链路间干扰(信号直接从电路板上由发射端传输到接收端)的同时，还要保证正常的信号收发途径(发射端信号辐射到无线环境，经目标反射后由接收端接收)不受影响，对设计就带来了更大的考验。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本说明书实施例提供一种微带天线组件、雷达收发组件及雷达系统，以达到减小干扰信号量级、优化雷达系统性能的目的。
5.本说明书实施例提供以下技术方案：一种微带天线组件，包括介质板，介质板的一面为信号辐射面，介质板的另一面为接地面，介质板设置有发射天线和接收天线，发射天线和接收天线均为微带贴片天线，发射天线和接收天线按预设间距设置于信号辐射面，其中发射天线的辐射边与发射天线的信号传输方向正交，接收天线的辐射边与接收天线的信号传输方向正交，发射天线的辐射边和接收天线的辐射边非相对设置。
6.进一步地，接地面设置有第一阻隔槽和第二阻隔槽，第一阻隔槽和第二阻隔槽均设置于接地面中，第一阻隔槽和第二阻隔槽的槽中部位于目标区域，目标区域为发射天线在接地面中的第一投影区域与接收天线在接地面中的第二投影区域之间的相对区域内，第一阻隔槽用于阻隔发射天线在接地面的电流传输路径，第二阻隔槽用于阻隔接收天线在接地面的电流传输路径。
7.进一步地，第一阻隔槽和第二阻隔槽互为镜像设置。
8.进一步地，第一阻隔槽的开口长度小于发射天线的辐射边的长度的一半；和/或，第二阻隔槽的开口的长度小于发射天线的辐射边的长度的一半。
9.进一步地，第一阻隔槽为c型槽；和/或，第二阻隔槽为c型槽。
10.进一步地，发射天线的第一馈线设置于接地面，第一阻隔槽的开口边位于第一馈
线与发射天线的第一辐射边在接地面上的投影之间；和/或，接收天线的第二馈线设置于接地面，第二阻隔槽的开口边位于第二馈线与接收天线的第一辐射边在接地面上的投影之间。
11.进一步地，信号辐射面设置有周期性频率选择结构，周期性频率选择结构位于发射天线与接收天线之间的相对区域内，用于将发射天线朝向接收天线进行辐射的信号转化为第一电磁波模态信号。
12.进一步地，周期性频率选择结构包括频率选择表面结构，频率选择表面结构设置于发射天线的非辐射边的一侧；和/或，频率选择表面结构设置于接收天线的非辐射边的一侧。
13.进一步地，频率选择表面结构包括若干谐振结构，谐振结构包括阻断区域，阻断区域用于在辐射面的信号地中划分出覆铜区域和分隔线区域，其中覆铜区域位于分隔线区域的内部，分隔线区域为覆铜区域与辐射面的信号地之间的分割线构成的区域以用于构成谐振用的电感器，覆铜区域与接地面构成谐振用的电容器。
14.进一步地，覆铜区域的中心位置设置过孔，以将覆铜区域通过过孔与接地面连接。
15.进一步地，阻断区域包括第三c型槽。
16.进一步地，发射天线的辐射边与接收天线的辐射边位于同一直线上。
17.进一步地，介质板为叠层设计的印制电路板。
18.本发明还提供了一种雷达收发组件，包括雷达芯片和上述的微带天线组件，雷达芯片与微带天线组件中的发射天线和接收天线连接，用于向发射天线传输发射信号和接收接收天线的接收信号。
19.本发明进一步提供了一种雷达系统，包括基带处理模块和上述的雷达收发组件，基带处理模块用于处理雷达收发组件的发射信号和接收信号。
20.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：将上述发射天线的辐射边与发射天线的信号传输方向正交，接收天线的辐射边与接收天线的信号传输方向正交，可打破电磁波传输连续性，使发射天线和接收天线之间的传输段电磁波不再连续且产生了驻波效应，此时接收天线接收到的干扰信号较小，约为改进前的十分之一。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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它的附图。
22.图1为本发明第一实施例的结构示意图；
23.图2为现有技术方案的雷达组件的结构示意图；
24.图3为现有技术方案的电磁波传输示意图；
25.图4为本发明第一实施例中电磁波传输示意图；
26.图5为本发明第二实施例示意图；
27.图6为现有技术方案中接地面电流分布图；
28.图7本发明第二实施例中接地面电流分布图；
29.图8为本发明第三实施例的结构示意图；
30.图9为本发明第三实施例中干扰信号分布示意图；
31.图10为干扰隔离度对比曲线图；
32.图11为本发明实施例中雷达收发组件的结构示意图。
33.图中附图标记：1、发射天线；2、接收天线；3、芯片；41、第一阻隔槽；42、第二阻隔槽；51、周期性频率选择结构。
具体实施方式
34.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
35.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，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技术的其他优点与功效。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。本技术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，在没有背离本技术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。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，都属于本技术保护的范围。
36.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
37.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
38.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
39.在民用消费级雷达的使用场景下，由于其对空间占有率的限制，对灵活适配不同产品的需求，以及对成本的严格控制，雷达高集成化及小型化设计成为主流；而这种背景下，对大功率的发射链路，以及高灵敏度的接收链路间隔离干扰的能力提出了更高的要求，成为了影响雷达系统信噪比等综合性能的瓶颈指标。
40.基于此，本方案目的在于，针对从雷达模组发射端至接收端的电磁波干扰，对其传输路径进行改进设计，从阻碍干扰信号的传输连续性入手，即在小型化设计中，改进微带贴片天线的辐射方向与传输方向，使得辐射边与传输方向正交，这时发射天线和接收天线之间的传输段电磁波不再连续且产生驻波效应，使得接收天线接收到的干扰信号约为改进前的十分之一，有效降低干扰信号量级，有利于提高小型化设计后雷达系统性能。
41.进一步，还可结合延长干扰信号的电传输路径、引入振荡环境将干扰信号转化成
其他电磁波模态等角度采用相关优化措施，进一步降低干扰信号量级、优化雷达系统性能。
42.以下结合附图1至图10，说明本技术各实施例提供的技术方案。
43.如图1所示，本发明第一实施例提供了一种微带天线组件，包括介质板，介质板的一面为信号辐射面，介质板的另一面为接地面，介质板设置有发射天线1和接收天线2，发射天线1和接收天线2均为微带贴片天线。其中，微带贴片天线是一种常见的微带天线形式。
44.本实施例中的发射天线1和接收天线2按预设间距设置于信号辐射面，其中发射天线1的辐射边与发射天线1的信号传输方向正交，接收天线2的辐射边与接收天线2的信号传输方向正交，并且发射天线的辐射边和接收天线的辐射边非相对设置。上述非相对设置是指发射天线的辐射边与接收天线的辐射边并非正对设置，比如可按照图1所示的结构进行设置，这时发射天线1的辐射边为矩形贴片天线的上下两边，接收天线的辐射边也为上下两边，这时发射天线1的辐射边与接收天线2的辐射边为平行设置，而非相对设置。
45.将上述发射天线1的辐射边与发射天线1的信号传输方向正交，接收天线2的辐射边与接收天线2的信号传输方向正交，可打破电磁波传输连续性，使发射天线1和接收天线2之间的传输段电磁波不再连续且产生了驻波效应，此时接收天线2接收到的干扰信号较小，约为改进前的十分之一。
46.需要说明的是，本实施例中介质板为叠层设计的印制电路板，上述叠层设计的印制电路板与现有技术中的叠层设计的印制电路板结构相同，此处不对其进行具体的解释说明。
47.发射天线1和接收天线2均可为矩形结构。发射天线1包括发射上辐射边和发射下辐射边，接收天线2包括接收上辐射边与接收下辐射边，发射上辐射边、发射下辐射边、接收上辐射边和接收下辐射边的长度均相同。且发射上辐射边和接收上辐射边平行且平齐，发射下辐射边与接收下辐射边平齐；芯片3设置在电路板的信号辐射面并位于发射天线1和接收天线2之间，芯片3的上边在信号层内的位置低于或者等于发射下辐射边或者接收下辐射边在信号层内的位置，芯片3的两侧边通过馈线分别与发射下辐射边和接收下辐射边电连接。
48.在该第一实施例中，上述发射天线1和接收天线2的形状还可以是五边形角形，该五边形的发射天线1的等效辐射边位于下侧，且该等效辐射边与发射天线1的信号传输方向正交。该五边形的接收天线2等效辐射边与发射天线1的等效辐射边互为镜像设置，且该等效辐射边与接收天线2的信号传输方向正交。
49.需要说明的是，发射天线1和接收天线2的形状可以是规则形状，如矩形、正多边形等，也可以是非规则形状，如椭圆形、环形、扇形等。本领域的技术人员应当能够理解，不同形状的贴片天线形式，在前述实施例下仍可有效阻隔传播连续性，因而下面以贴片天线为矩形进行示意性说明。
50.如图2所示，改进前，在集成化雷达模组中，发射天线1’和接收天线2’采用微带贴片天线形式，雷达芯片3’通常位于模组中央，射频传输带线走直线与发射天线1’和接收天线2’相连。这种设计被广泛采用的原因是射频走线最为简洁，方便整体布局；但劣势是发射天线1’右辐射边所辐射出的干扰信号，能通过一个最短且连续的路径由接收天线2’左辐射边接收，因此接收天线2’接收到的干扰信号量级较高。
51.参照图3所示，图3为现有技术方案的电磁波传输示意图，由图3可知，发射天线右
辐射边所辐射出的干扰信号，能通过一个最短且连续的路径由接收天线左辐射边接收，因此接收天线接收到的干扰信号量级较高。
52.参见图4所示，通过将上述发射天线1的辐射边与发射天线1的信号传输方向正交，接收天线2的辐射边与接收天线2的信号传输方向正交，发射天线1和接收天线2之间的传输段电磁波不再连续且产生了驻波效应，可以有效降低接收天线2接收到的干扰信号量级，改进后的两级约为改进前的十分之一。
53.如图5所示，本发明提供了第二实施例，该第二实施例是在上述第一实施例的基础上，进一步采取隔断传输路径，以延长干扰信号的电传输路径，使得干扰信号在传播中得到衰减。
54.实施中，可在接地面设置有第一阻隔槽41和第二阻隔槽42，第一阻隔槽41和第二阻隔槽42的槽中部位于目标区域，其中所述目标区域为发射天线1在接地面中的第一投影区域(如图中左侧矩形区域)与接收天线2在接地面中的第二投影区域(如图中右侧矩形区域)之间的相对区域内，这时第一阻隔槽41可用于阻隔发射天线1在接地面的电流传输路径，第二阻隔槽42可用于阻隔接收天线2在接地面的电流传输路径。
55.高速电路板存在传输损耗，延长电流传输路径即可增加其损耗，导致信号衰落更大。本实施例中的第一阻隔槽41和第二阻隔槽42可以延长干扰信号的电流传输路径，使干扰信号绕过第一阻隔槽41和第二阻隔槽42并从预设的电流通道内穿过，从而能够实现降低干扰信号量级的目的。
56.参照图6和图7所示，图6为改进前的技术方案在接地面的电流传输路径示意图，图7为改进后的技术方案在接地面的电流传输路径示意图，其中图中箭头指向为电流流向。
57.由图6可以看出改进前发射天线所辐射信号的电流，可以自由地由图6中左侧方向朝向图6中右侧方向流动，因而干扰信号的量级较大。
58.而由图7中可以看出，采用阻隔槽后，可切断电流从左至右的直接传输环境，使得电流只能绕开阻隔槽而从阻隔槽的上方、下方所形成的窄电流通道进行传输。由此可见，本技术中的技术方案可以延长电传输路径，从而可增加干扰信号的损耗，使得干扰信号衰落更大，进一步降低干扰信号的量级。
59.本实施例中延长干扰信号的方案也并不限于上述第一阻隔槽41和第二阻隔槽42的方案，例如在一种未图示的实施例中，可以将第一阻隔槽41和第二阻隔槽42视为一组隔绝槽组，通过设置多组隔绝槽组，从而形成更好的延长电流传输路径效果，以达到降低干扰信号量级的目的。
60.例如本实施例中是在图5中左右方向设置有第一阻隔槽41和第二阻隔槽42，在该未图示的实施例中可以考虑在图4中上下方向增设一组第一阻隔槽41和第二阻隔槽42。
61.或者在第一阻隔槽41与发射天线1之间增设至少两个沿上下方向间隔设置的尺寸较小的第一阻隔槽41，同理在第二阻隔槽42与接收天线2之间增设至少两个沿上下方向间隔设置的尺寸较小的第二阻隔槽42。
62.以本发明附图5所示为示意例，还可进一步采用如下若干阻隔措施以减弱干扰信号：在该实施例中第一阻隔槽41和第二阻隔槽42互可为镜像设置；第一阻隔槽41可为c型槽；第二阻隔槽42可为c型槽；第一阻隔槽41的开口长度小于发射天线1的辐射边的长度的一半；第二阻隔槽42的开口的长度小于发射天线1的辐射边的长度的一半。
63.以c形槽为例，上述开口长度是指第一阻隔槽41与发射天线1的辐射边重合部分的长度，当选用其他形状的开槽结构时，该开槽结构也能够等量化出一开口边。
64.在另一种未图示的实施例中，上述第一阻隔槽41和第二阻隔槽42的形状并不限于c型槽，例如还可以为不规则曲线形或者圆弧形，凡是可以延长电流传输路径的结构形式均应在本技术的保护范围内。采用其他形状的开槽时，还可拉长开槽长度，以阻隔电流传输路径，且让电流绕开上述开槽传输所增加的路径更长，从而传输衰减更大。
65.需要说明的是，本领域的技术人员应当能够理解，在设置上述第一阻隔槽41和第二阻隔槽42时，应不影响贴片天线的正常辐射性能为前提；以及，阻隔槽的形状可根据实际应用需要而确定具体形状，比如c型槽、u型槽、工字槽、h槽等等。
66.在另一种未图示的实施例中，本发明中开槽方案可以采用彻底切断接地面的方式，将发射天线1与接收天线2参考地物理上断开也是一种抗干扰手段。
67.如图5所示，可将发射天线1的馈线设置于接地面，第一阻隔槽41的开口边位于该馈线与发射天线1的第一辐射边在所述接地面上的投影之间；接收天线2的第二馈线设置于接地面，第二阻隔槽42的开口边位于第二馈线与接收天线2的第一辐射边在所述接地面上的投影之间。
68.本实施例中以c型槽为例进行说明，上述第一阻隔槽41具有两平行间隔设置的开口边，其中一个开口边设置在发射天线1与接地面边缘之间，另一个开口边设置在第一馈线与发射天线1的第一辐射边之间。从而在上述开口边处对应形成用于电流通过的电流通道，本实施例中电流通道为多条，且每条电流通道应尽可能的窄，以保证此时通过的电流密度更大，经过相同传输距离时损耗更高。
69.如图8至图10所示，本发明提供的第三实施例是基于上述第一实施例或者第二实施例的基础上，进一步将干扰信号的能量转化为其他信号能量，即引入振荡环境将干扰信号转化成其他电磁波模态，进一步降低进入到接收天线中的干扰信号的量级。
70.在该第三实施例中，可在信号辐射面设置有周期性频率选择结构51，周期性频率选择结构51按预设间距设置在发射天线1与接收天线2之间的对应区域内，用于将发射天线1朝向接收天线2进行辐射的信号转化为第一电磁波模态信号，并且第一电磁波模态信号为高次电磁波模态，即电磁波经过周期性频率选择结构51后由低次电磁模态转为高次电磁波模态，而高次电磁波模态不可被接收天线2接收，另外，电磁波经过周期性频率选择结构51的震荡，部分电磁波将从电能转化为热能，同样不可被接收天线2接收由此本实施例可以降低接收天线2中的干扰信号量级。
71.周期性频率选择结构51可为电容与电感的串联谐振结构，利用其对特定频率的滤波特性将干扰信号激发震荡，将其电磁场模态转化为难以被接收天线吸收的模态，从而减少干扰。周期性频率选择结构51是复数的周期性频率选择结构，其形状和尺寸要严格一致，呈周期性排布。
72.如图9中干扰信号的分布示意图所示，在该图中可以看出接收天线2处干扰信号分布明显减少。
73.周期性频率选择结构51其本身具备串联电容电感属性，参考周期性结构等效电路及对应谐振频率公式当公式中的电容感值对应的频率符合雷达工作频
率时，即产生电磁波震荡转化为其他模态，从而将干扰信号的电磁波模态转化为其他电磁波模态，转化后的电磁波模态难以被接收端接收到。
74.在一种实施例中周期性频率选择结构51包括频率选择表面结构，频率选择表面结构设置于发射天线1的非辐射边的一侧。在另一种实施例中频率选择表面结构设置于接收天线2的非辐射边的一侧。在第三种实施例中频率选择表面结构设置在发射天线1的非辐射边的一侧和接收天线2的非辐射边的一侧。上述实施例中周期性频率选择结构51具体分布位置可以设置在多种可选择位置，根据不同的工况需要，选择对应的位置以实现相应过滤效果。
75.频率选择表面结构包括若干谐振结构，谐振结构包括阻断区域，阻断区域用于在辐射面的信号地中划分出覆铜区域和分隔线区域，其中覆铜区域位于分隔线区域的内部，分隔线区域为覆铜区域与辐射面的信号地之间的分割线构成的区域以用于构成谐振用的电感器，覆铜区域与接地面构成谐振用的电容器。
76.在本实施例中，上述若干谐振结构的分布方向垂直于信号传播方向，以将传播方向上的干扰信号激发震荡，将其电磁场模态转化为难以被接收天线吸收的模态，从而减少干扰。
77.本实施例中的阻断区域可包括第三c型槽，该第三c型槽的开口朝向靠近的发射天线1或者接收天线2。
78.可在覆铜区域的中心位置设置过孔，以将覆铜区域通过该过孔与接地面连接。通过增加过孔结构，使周期性频率选择结构51拥有在不影响其性能的前提下增加其带宽，并缩小其尺寸。
79.当然周期性频率选择结构51的形状不局限于上述实施例，只要本身具备串联电容电感属性，且其尺寸大小能满足等效的电容感参数能匹配工作频率即可。
80.参照图10所示，该图的横轴表示雷达工作频段，该图的纵轴表示干扰隔离度。图中曲线a为改进前现有方案对应的隔离度曲线，曲线b为本发明第一实施例单独调整辐射边朝向的方案对应的隔离度曲线，曲线c为本发明第二实施例调整辐射边朝向和设置延长槽组的组合方案对应的隔离度，曲线d为本发明第三实施调整辐射边朝向、设置延长槽组和设置周期性频率选择结构51的综合方案对应的隔离度曲线。由图10可见，本发明第三实施例的方案与改进前的方案相比，干扰量可以减小至改进前方案的千分之五。
81.需要说明的是，降低干扰的过程不是线性的，干扰信号越弱，同样的隔离方案收效就会更低。因此其它案例中如果初始干扰量级较高，隔离手段较为单一，表现出来单项措施隔离收益更高也并不表示其方案相比本方案更具优越性。
82.如图11所示，本发明还提供了一种雷达收发组件，包括雷达芯片3和上述的微带天线组件，雷达芯片3与微带天线组件中的发射天线1和接收天线2连接，用于向发射天线1传输发射信号和接收接收天线2的接收信号。
83.雷达收发组件其他部件的具体结构以及各部件的位置关系此处不在对其进行赘述。
84.本发明进一步提供了一种雷达系统，包括基带处理模块和上述雷达收发组件，基带处理模块用于处理雷达收发组件的发射信号和接收信号。
85.需要说明的是，上述基带处理模块可相当于一个协议处理器，负责数据处理与储
存，该基带处理模块组件可包括有数字信号处理器(dsp)、微控制器(mcu)、内存(sram、flash)等单元。
86.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的方法实施例而言，由于其与系统是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
87.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。