一种雷达天线、雷达、无人机和设备的制作方法

本实用新型涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达、雷达天线、无人机和设备。

背景技术：

随着无人机技术的发展，无人机广泛应用于植保、航拍等工作中，在其工工作过程中，无人机通过雷达测距避障，以实现无人机的自主飞行。

目前，毫米波雷达只能感知平面式的障碍物，比如无人机前方有一定坡度的小山丘时，只能检测到水平方向前方有障碍，而无法检测障碍物在垂直方向上的信息，无人机只能停止飞行或在水平方向上绕开障碍物。

为了检测障碍物在水平方向和垂直方向上的信息，毫米波雷达主要采用天线相控阵技术或者采用机械转动方式驱动天线转动。天线相控阵技术需要在pcb板上设置较多的天线单元组阵，导致pcb板尺寸较大，并且毫米波频段的板材成本高，而采用机械转动方式驱动的天线，需要增加机械转动的控制部分，并且增加了无人机的负重。

技术实现要素：

本实用新型实施例提出了一种雷达天线、雷达、无人机和设备，该雷达实现了物体的立体面检测，并且成本低。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种雷达天线，包括与主雷达芯片连接的第一接收天线阵列和第一发射天线阵列，以及与从雷达芯片连接的第二接收天线阵列和第二发射天线阵列，所述主雷达芯片和所述从雷达芯片连接；

在第一方向上，所述第一接收天线阵列中的多个第一接收天线间隔设置，多个所述第一发射天线间隔设置，且多个所述第一接收天线和多个所述第一发射天线在同一直线上；

在第二方向上，所述第二接收天线阵列中的多个第二接收天线间隔设置，多个所述第二发射天线间隔设置，且多个所述第二接收天线和多个所述第二发射天线在同一直线上。

可选地，在第一方向上所述第一接收天线等间距或不等间距间隔设置，在第二方向上所述第二接收天线等间距或不等间距间隔设置。

可选地，在所述第一方向上任意相邻的两个第一接收天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍，，在所述第二方向上，任意相邻的两个第二接收天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍。

可选地，在第一方向上任意相邻的两个第一发射天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍，在第二方向上，任意相邻的两个第二发射天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍。

可选地，在第一方向上所述第一发射天线等间距或不等间距间隔设置，在第二方向上所述第二发射天线等间距或不等间距间隔设置。

可选地，所述主雷达芯片和从雷达芯片均包括射频模块和数据处理模块，以使得所述主雷达芯片和所述从雷达芯片异步工作。

可选地，还包括处理器，所述主雷达芯片和所述从雷达芯片分别与所述处理器连接，所述主雷达芯片和所述从雷达芯片均设置有信号同步引脚，所述主雷达芯片和所述从雷达芯片通过所述信号同步引脚相连连接，以实现使得所述主雷达芯片和所述从雷达芯片同步工作。

可选地，所述信号同步引脚包括设置于所述主雷达芯片上的本振信号同步引脚和射频级联信号输出端，所述雷达天线还包括功分器；

所述主雷达芯片通过所述本振信号同步引脚与所述从雷达芯片连接，以实现本振信号同步；

所述功分器的输入端与所述主雷达芯片的射频级联信号输出端连接，所述功分器的输出端分别与所述主雷达芯片的射频信号级联输入端和所述从雷达芯片的射频信号级联输入端连接，以实现射频信号同步。

可选地，所述第一方向垂直于所述第二方向。

可选地，所述第一接收天线和所述第二接收天线的数量相等或者不相等，所述第一发射天线和所述第二发射天线的数量相等或者不相等。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种雷达，该雷达包括本实用新型实施例任意实施例所述的雷达天线。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种无人机，该无人机包括本实用新型任一实施例所述的雷达。

第四方面，本实用新型实施例提供了一种设备，该设备包括本实用新型任一实施例所述的雷达。

本实用新型的雷达天线包括与主雷达芯片连接的第一接收天线阵列和第一发射天线阵列，以及与从雷达芯片连接的第二接收天线阵列和第二发射天线阵列，主雷达芯片和所述从雷达芯片连接；在第一方向上，第一接收天线阵列中的多个第一接收天线间隔，多个第一发射天线间隔，且多个第一接收天线和多个第一发射天线在同一直线上；在第二方向上，第二接收天线阵列中的多个第二接收天线间隔，多个第二发射天线间隔设置，且多个第二接收天线和多个第二发射天线在同一直线上，包含该雷达天线的雷达实现了在第一方向上和第二方向上检测，即实现了物体的立体面检测，并且不需要增加其他的机械结构即可实现物体的立体面检测，结构简单，节约了成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种雷达天线的示意图；

图2是本实用新型实施例中天线之间的位置关系的示意图；

图3a是本实用新型实施例提供的单阵子天线的结构示意图；

图3b是本实用新型实施例提供的4个阵子串联成的多阵子天线的结构示意图；

图3c是本实用新型实施例提供的4个阵子串联再并联3列的多阵子天线的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种雷达天线的检测效果图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种雷达天线的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型实施例，首先对本实用新型实施例所涉及到的雷达的角度分辨率的概念进行介绍，雷达的角分辨率是雷达能分辨出两个物体的最小角度，雷达的角分辨率越小，雷达的分辨物体的性能越好。雷达的角分辨率的计算公式为其中，n是雷达芯片在同一方向上的发射天线的数量与接收天线的数量的乘积。

图1是本实用新型实施例提供的一种雷达天线的示意图，如图1所示，该雷达天线可以包括与主雷达芯片150连接的第一接收天线阵列110和第一发射天线阵列120，以及与从雷达芯片160连接的第二接收天线阵列130和第二发射天线阵列140，其中，主雷达芯片150和从雷达芯片160连接。

其中，主雷达芯片150和从雷达芯片160可以通过spi、串口和/或i2c等接口相连，从而实现主雷达芯片150和从雷达芯片160之间的通讯并进行数据传输。

在本实用新型的一个实施例中，主雷达芯片150和从雷达芯片160均包括射频模块和数据处理模块，即主雷达芯片150和从雷达芯片160可以单独发射和接收雷达信号，并且能够单独对接收到的雷达信号进行处理以获得检测数据，即主雷达芯片150和从雷达芯片160可以异步工作，本实用新型实施例所指的异步工作可以是指对一物体进行检测时，主雷达芯片150和从雷达芯片160在同一时间内各自工作以分别获得两个维度方向上的检测数据。

如图1所示，主雷达芯片150分别与第一接收天线阵列110和第一发射天线阵列120电连接，在第一方向a上，第一接收天线阵列110中的多个第一接收天线和第一发射天线阵列120中的多个第一发射天线在同一直线上，并且多个第一接收天线间隔设置，多个第一发射天线也间隔设置，使得主雷达芯片150可以通过第一接收天线阵列110和第一发射天线阵列120检测第一方向a上物体的信息，比如，在测量物体到无人机在第一方向a上的距离。

从雷达芯片160分别与第二接收天线阵列130和第二发射天线阵列140电连接，在第二方向b上，第二接收天线阵列130中的多个第二接收天线和第二发射天线阵列140中的多个第二发射天线在同一直线上，并且多个第二接收天线间隔设置，多个第二发射天线间隔设置，从雷达芯片160通过第二接收天线阵列和第二发射天线阵列可以检测第二方向b上物体的信息，比如，在测量物体到无人机在第二方向上的距离。通过物体第一方向和第二方向上的距离，从而使得雷达可以对物体进行立体检测。

需要说明的是，本实用新型实施例所涉及到的第一方向a可以为水平方向也可以为竖直方向，当第一方向a为水平方向时，第二方向b为竖直方向；当第一方向a为竖直方向时，第二方向b为水平方向。本实用新型实施例中涉及到的第一方向即为图1中的方向a，第二方向为方向b。当然，第一方向a和第二方向b还可以是其它任意两个相交的方向。

另外，如图2、图3a-3c所示，如图2所示，本实用新型实施例的雷达天线可以固定于一介质上，例如固定在pcb板的表面，其中发射天线和接收天线可以是微带天线或者喇叭天线等。可选的，接收天线和发射天线可以为单阵子天线、多个阵子串联形成的多阵子天线、多个多阵子天线并联形成的天线中的一种，如图3a为单阵子天线的结构示意图，图3b为4个阵子串联成的多阵子天线的结构示意图，图3c为4个阵子串联再并联3列的多阵子天线的结构示意图，图3a、图3b和图3c中的小方框代表阵子。

本实用新型示例以微带天线为示例，该微带天线可以是单振子天线或者多阵子天线，以天线为多阵子组成的天线为示例，则在本实用新型实施例中天线在同一直线上是指天线与馈线形成的节点p在某个方向上在同一直线上，其中，馈线可以是天线与主雷达芯片150连接的连接线。如图2中，3个接收天线(rx1、rx2、rx3)的节点p在第一方向a上在同一直线l上，间隔设置指的是天线与馈线形成的节点p在某个方向上具有一定距离，如图2中，两个发射天线(tx1和tx2)的节点p在第一方向a上具有距离d，或两个发射天线(tx1和tx2)的节点p在第二方向b上具有距离d，或者发射天线tx1的节点p与三个接收天线(rx1、rx2、rx3)的节点p在第二方向b上具有距离d。

具体到本实用新型实施例中，如图1所示，在第一方向a上第一接收天线之间的距离可以相等或不相等，即第一接收天线在第一方向a上等间距或不等间距间隔设置，在第二方向b上第二接收天线之间的距离相等或不相等，即第二接收天线在第二方向b上等间距或不等间距间隔设置。具体地，在第一方向a上相邻的两个第一接收天线之间的距离可以为雷达信号半波长的整数倍，在第二方向b上，相邻的两个第二接收天线之间的距离可以为雷达信号半波长的整数倍。

同理，在第一方向a上第一发射天线可以等间距或不等间距间隔设置，在第二方向b上第二发射天线可以等间距或不等间距间隔设置，在第一方向a上相邻的两个第一发射天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍，在第二方向b上，相邻的两个第二发射天线之间的距离为雷达信号半波长的整数倍。

以下以图1为示例，在与主雷达芯片150连接的4个第一接收天线中，沿第一方向a，第一个第一接收天线和第二个第一接收天线之间的距离优选为1个雷达信号半波长记为d，第二个第一接收天线和第三个第一接收天线之间的距离可以为d，也可以为d的整数倍，即接收天线之间的距离可以相等也可以不相等，同理，发射天线之间的距离可以相等也可以不相等。

如图1所示，以主雷达芯片150和从雷达芯片160均设置有2个发射引脚和4个接收引脚为示例，即主雷达芯片150和从雷达芯片160都可以连接4个接收天线和2个发射天线，当然，主雷达芯片150和从雷达芯片160还可以设置其他数量的发射引脚和接收引脚，本实用新型实施例对此不加以限制。示例性的，如图1所示，当主雷达芯片150和从雷达芯片160可以均设置有2个发射引脚和4个接收引脚时，在第一方向a上，相邻的两个第一接收天线之间的距离为相邻的两个第一发射天线之间的距离为在第二方向b上，相邻的两个第二接收天线之间的距离为相邻的两个第二发射天线之间的距离也为其中，λ为雷达信号的波长，优选地，k为8。

示例性的，当雷达如图1设置时，雷达的检测效果如图4所示，其中，圆圈代表天线，并且同一方向上相邻两个天线之间的距离为两行天线之间的距离也为从图4可以看出，在第一方向a上n为8，在第二方向b上n为8，此时第一方向a上雷达的角度分辨率第二方向b上雷达的角度分辨率为可以看出，如图1的方式设置的雷达可以实现物体的立体面检测，且第一方向a的检测精度等于第二方向b的检测精度。

本实用新型实施例另一种可选的实施方式中，主雷达芯片150和从雷达芯片160可以均设置有3个发射引脚和4个接收引脚，此时每一个方向上n为12，由此可以看出，若主雷达芯片150和从雷达芯片160均设置有3个发射引脚和4个接收引脚，可以进一步提高雷达的角度分辨率。

当然，雷达芯片的发射引脚和接收引脚还可以是其他数值，使得主雷达芯片150和从雷达芯片160所连接的接收天线的数量相等或者不相等，所连接的发射天线的数量相等或者不相等，本实用新型实施例对此不加以限制。

如图5所示，在本实用新型实施例中，主雷达芯片150和从雷达芯片160还可以同步工作，具体地，雷达天线还包括处理器170，主雷达芯片150和从雷达芯片160分别与处理器170连接，主雷达芯片150和从雷达芯片160均设置有信号同步引脚，主雷达芯片150和从雷达芯片160通过信号同步引脚相连连接，以实现主雷达芯片150和从雷达芯片160同步工作。

具体地，在本实用新型实施例的可选实施例中，信号同步引脚包括设置于主雷达芯片150上的本振信号同步引脚clk和射频级联信号输出端，雷达天线还包括功分器180，主雷达芯片150通过本振信号同步引脚与从雷达芯片160连接，以实现本振信号同步，功分器180的输入端与主雷达芯片150的射频级联信号输出端连接，功分器180的输出端分别与主雷达芯片150的射频信号级联输入端和从雷达芯片160的射频信号级联输入端连接，以实现射频信号同步。

本实用新型实施例中，主雷达芯片150和从雷达芯片160可以只包括射频模块，用于发射雷达信号和接收雷达信号，主雷达芯片150的射频模块通过同步信号同步从雷达芯片160后，主雷达芯片150的射频模块调制的射频信号通过功分器180输出到主雷达芯片150和从雷达芯片160实现射频信号同步，使得主雷达芯片150和从雷达芯片160所连接的天线可以共享，即主雷达芯片150除了可以接收到第一发射天线发射后的回波信号外，还可以接收到第二发射天线发射后的回波信号，从而可以提高检测精度。

本实用新型实施例还提供一种雷达，该雷达包括本实用新型的雷达天线。

本实用新型实施例还提供了一种无人机，该无人机包括本实用新型实施例任意一种雷达。

本实用新型实施例还提供了一种设备，该设备包括本实用新型实施例任意一种雷达。可选地，该设备可以为有人驾驶汽车、有人驾驶轮船、无人驾驶汽车、无人驾驶轮船等等，即本实用新型实施例的设备可以是移动平台或者固定平台，还可以是有人驾驶或者无人驾驶平台，本实用新型实施例对此不加以限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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、材料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。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。