雷达和无人设备的制作方法

1.本实用新型涉及无人设备技术领域，具体而言，涉及一种雷达和无人设备。


背景技术：

2.无人机或无人车等无人设备，通常都需要用到雷达。由于毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点；同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点；与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点；故毫米波雷达具有良好的应用价值。
3.但是，相关技术中毫米波雷达的波束调整有限，难以满足更高的要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种雷达和无人设备，其能够使波束指向具有更广的调节范围，以满足更高的要求。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.第一方面，本实用新型提供一种雷达，包括：
7.移相器，移相器包括移相器本体和移相片，移相器本体的第一面具有至少两个功分网络，不同的功分网络用于波束指向在不同面上的调整，移相片可转动地设置于移相器本体的第一面，并能够转动至不同的功分网络；
8.振子阵列组件，振子阵列组件设置于移相器本体的第二面，且与功分网络相连。
9.在可选的实施方式中，至少两个功分网络包括第一功分网络和第二功分网络，第一功分网络和第二功分网络对称的分布于第一面，在移相片相对于移相器本体转动的情况下，移相片能依次经过第一功分网络和第二功分网络。
10.在可选的实施方式中，第一功分网络用于波束指向在水平面上的调整，第二功分网络用于波束指向在垂直面上的调整；
11.振子阵列组件包括水平振子组件和垂直振子组件，垂直振子组件通过对应的同轴线与第一功分网络相连，水平振子组件通过对应的同轴线与第二功分网络相连。
12.在可选的实施方式中，当移相片转动至第一功分网络时，第二功分网络保持与水平振子组件的导通；当移相片转动至第二功分网络时，第一功分网络保持与垂直振子组件的导通。
13.在可选的实施方式中，第一功分网络分布于第一面的第一象限和第二象限内，第二功分网络分布于第一面的第三象限和第四象限内。
14.在可选的实施方式中，第一功分网络包括第一环形微带线、第二环形微带线、第一微带线和第二微带线，第一环形微带线与第二环形微带线同心且间隔的分布；第一微带线同时与第一环形微带线和第二环形微带线连接，且第一微带线分布于第一象限和第二象限的交接处；第二微带线与第一微带线连接，且第二微带线在第二象限指向第一象限的方向
延伸；
15.第二功分网络包括第三环形微带线、第四环形微带线、第三微带线和第四微带线，第三环形微带线与第四环形微带线同心且间隔的分布；第三微带线同时与第三环形微带线和第四环形微带线连接，且第三微带线分布于第三象限和第四象限的交接处；第四微带线与第三微带线连接，且第四微带线在第三象限指向第四象限的方向延伸，第四微带线与第二微带线连接，且第四微带线和第二微带线分布于第二环形微带线和第四环形微带线之间。
16.在可选的实施方式中，振子阵列组件包括多个振子，多个振子分为水平振子组件和垂直振子组件，垂直振子组件包括第一振子、第二振子、第三振子、第四振子、第五振子、第十振子和第十三振子；水平振子组件包括第六振子、第七振子、第八振子、第九振子、第十一振子和第十二振子；
17.其中，第一振子和第五振子通过各自对应的同轴线与第一环形微带线相连；第二振子和第四振子通过各自对应的同轴线与第二环形微带线相连；第三振子、第十振子和第十三振子通过各自对应的同轴线与第二微带线相连；第六振子和第九振子通过各自对应的同轴线与第三环形微带线相连，第七振子和第八振子通过各自对应的同轴线与第四环形微带线相连，第十一振子和第十二振子通过各自对应的同轴线与第四微带线相连。
18.在可选的实施方式中，第一振子和第二振子分布于第一象限和第二象限的交接处，第三振子分布于象限原点，第四振子和第五振子分布于第三象限和第四象限的交接处，第六振子和第七振子分布于第一象限和第四象限的交界处，第八振子和第九振子分布于第二象限和第三象限的交界处，第十振子分布于第一象限、第十一振子分布于第二象限，第十二振子分布于第四象限，第十三振子分布于第三象限；其中，第三振子分布于第二振子和第四振子之间，且还分布于第七振子和第八振子之间。
19.在可选的实施方式中，振子的工作频段为24ghz-24.5ghz。
20.在可选的实施方式中，相邻两个振子的间距为0.6-0.8倍波长。
21.在可选的实施方式中，移相器本体为低介电常数双面覆铜板；和/或，振子阵列组件为低介电常数双面覆铜板；和/或，移相片为高介电常数板。
22.第二方面，本实用新型提供一种无人设备，包括前述实施方式任一项的雷达。
23.本实用新型实施例的雷达的有益效果包括：本实用新型实施例提供的雷达包括移相器和振子阵列组件，移相器包括移相器本体和移相片，移相器本体的第一面具有至少两个功分网络，不同的功分网络用于波束指向在不同面上的调整，移相片可转动地设置于移相器本体的第一面，并能够转动至不同的功分网络；振子阵列组件设置于移相器本体的第二面，且与功分网络相连。由于移相器上设置了至少两个功分网络，且不同的功分网络对应不同的波束平面，因此当移相片转动到某一功分网络，并在该功分网络对应的区域内转动时，可以实现雷达的波束指向在该功分网络对应的波束平面上的调整，雷达的波束指向具有更广的调节范围。
24.本实用新型实施例的无人设备的有益效果包括：本实用新型实施例提供的无人设备包括前述的雷达，该雷达的波束指向具有更广的调节范围，能够满足更高的要求。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
26.图1为本实用新型实施例中雷达在第一视角的结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例中雷达在第二视角的结构示意图；
28.图3为本实用新型实施例中移相器的结构示意图一；
29.图4为本实用新型实施例中振子阵列组件的结构示意图；
30.图5为本实用新型实施例中移相器的结构示意图二；
31.图6为本实用新型实施例中雷达的垂直面初始波束指向角；
32.图7为本实用新型实施例中雷达经过移相片相控行程后波束指向角。
33.图标：010-雷达；100-移相器；110-移相器本体；120-移相片；130-功分网络；131-第一功分网络；132-第二功分网络；141-第一环形微带线；142-第二环形微带线；143-第一微带线；144-第二微带线；145-第五微带线；146-第六微带线；151-第三环形微带线；152-第四环形微带线；153-第三微带线；154-第四微带线；155-第七微带线；156-第八微带线；200-振子阵列组件；201-第一振子；202-第二振子；203-第三振子；204-第四振子；205-第五振子；206-第六振子；207-第七振子；208-第八振子；209-第九振子；210-第十振子；211-第十一振子；212-第十二振子；213-第十三振子；310-第一象限；320-第二象限；330-第三象限；340-第四象限。
具体实施方式
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设
置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
39.本实施例提供一种无人设备，其可以是指无人机或无人车等，在此不作具体限定。
40.无人设备包括无人设备本体和设置于无人设备本体的雷达010(如图1所示)，雷达010可以用于避障等，在此不作具体限定。
41.请参照图1-图3，雷达010包括移相器100和振子阵列组件200，移相器100包括移相器本体110和移相片120，移相器本体110的第一面具有至少两个功分网络130，不同的功分网络130用于波束指向在不同面上的调整，移相片120可转动地设置于移相器本体110的第一面，并能够转动至不同的功分网络130；振子阵列组件200设置于移相器本体110的第二面，且与功分网络相连。由于移相器100上设置了至少两个功分网络130，且不同的功分网络130对应不同的波束平面，因此当移相片120转动到某一功分网络130，并在该功分网络130对应的区域内转动时，可以实现雷达010的波束指向在该功分网络130对应的波束平面上的调整，雷达010的波束指向具有更广的调节范围。
42.进一步地，本实施例的移相片120的转动范围为0-360
°
；振子阵列组件200设置于移相器本体110的第二面，且通过同轴线与功分网络130相连。由于，移相器100的移相片120能够在0-360
°
的范围内转动，进而确保雷达010的波束指向具有更广的调节范围，以满足更高的要求。
43.可选地，移相片120通过电机驱动其相对于移相器本体110转动。
44.需要说明的是，同轴线是指由两根同轴的圆柱导体构成的导行系统，内外导体之间填充空气或高频介质的一种宽频带微波传输线。
45.本实施例的移相器本体110为低介电常数双面覆铜板，其中，移相器本体110的第一面覆铜层为微带功分网络，移相器本体110的第二面为全面覆铜层。
46.进一步地，为了实现比较大的移相角度量，移相片120采用高介电常数板。请参照图3，至少两个功分网络130，即微带功分网络包括第一功分网络131和第二功分网络132，第一功分网络131和第二功分网络132对称的分布于第一面，在移相片120相对于移相器本体110转动的情况下，移相片120能依次经过第一功分网络131和第二功分网络132。
47.第一功分网络131用于波束指向在垂直面上的调整，第二功分网络132用于波束指向在水平面上的调整；振子阵列组件200包括垂直振子组件和水平振子组件，垂直振子组件通过对应的同轴线与第一功分网络131相连，水平振子组件通过对应的同轴线与第二功分网络132相连。微带功分网络的作用为实现阻抗匹配以及幅度与相位的改变，其中，第一功分网络131负责垂直面波束指向，第二功分网络132负责水平面波束指向；在移相片120相对于移相器本体110转动时，移相片120能够移动至与第一功分网络131或第二功分网络132配合，以分别控制垂直面和水平面的波束指向，即使波束指向可在较大的范围内调节，以满足更高的要求，提升雷达010的性能。
48.需要说明的是，介电常数是反映压电智能材料电介质在静电场作用下介电性质或极化性质的主要参数，通常用ε来表示；其中，高介电常数是指高于指定值的介电常数。
49.进一步地，当移相片120转动至第一功分网络131时，第二功分网络132保持与水平
振子组件的导通；当移相片120转动至第二功分网络132时，第一功分网络131保持与垂直振子组件的导通。本实施例中，移相片120可以仅靠自身的介电常数影响电长度，实现移相的功能；这样一来，移相片120不作为通路的一部分，转到第二功分网络132时第一功分网络131仍然导通，转到第一功分网络131时第二功分网络132也仍然导通，天线的方向图可以保持较好的性能。而相关技术的移相片通常是和馈线直接接触的，作为通路的一部分，所以当移相片120转出对应的功分网络时，通路就会断开，功分网络连接的振子就会不工作，但本实施例则可以改善这一问题。
50.应当理解，在其他实施例中，水平振子组件通过对应的同轴线与第一功分网络131相连，垂直振子组件通过对应的同轴线与第二功分网络132相连；这样一来，第一功分网络131负责水平面波束指向，第二功分网络132负责垂直面波束指向，在移相片120相对于移相器本体110转动时，移相片120能够移动至与第一功分网络131或第二功分网络132配合，以分别控制水平面和垂直面的波束指向。
51.请继续参照图3，移相器本体110可以划分为第一象限310、第二象限320、第三象限330和第四象限340，第一功分网络131分布于第一面的第一象限310和第二象限320，第二功分网络132分布于第一面的第三象限330和第四象限340内。如此设置，在移相片120在第一象限310和第二象限320内转动时，控制垂直面的波束指向；移相片120在第三象限330和第四象限340内转动时，控制水平面的波束指向。
52.当然，在其他实施例中，水平振子组件通过对应的同轴线与第一功分网络131相连，垂直振子组件通过对应的同轴线与第二功分网络132相连，在移相片120在第一象限310和第二象限320内转动时，控制水平面的波束指向；移相片120在第三象限330和第四象限340内转动时，控制垂直面的波束指向。
53.进一步地，第一功分网络131包括第一环形微带线141、第二环形微带线142、第一微带线143和第二微带线144，第一环形微带线141与第二环形微带线142同心且间隔的分布；第一微带线143同时与第一环形微带线141和第二环形微带线142连接，且第一微带线143分布于第一象限310和第二象限320的交接处；第二微带线144与第一微带线143连接，且第二微带线144在第二象限320指向第一象限310的方向延伸；第二功分网络132包括第三环形微带线151、第四环形微带线152、第三微带线153和第四微带线154，第三环形微带线151与第四环形微带线152同心且间隔的分布；第三微带线153同时与第三环形微带线151和第四环形微带线152连接，且第三微带线153分布于第三象限330和第四象限340的交接处；第四微带线154与第三微带线153连接，且第四微带线154在第三象限330指向第四象限340的方向延伸，第四微带线154与第二微带线144连接，且第四微带线154和第二微带线144分布于第二环形微带线142和第四环形微带线152之间。如此设置，在移相片120相对于移相器本体110转动时，能够使移相片120能够有效地与第一功分网络131或第二功分网络132配合。
54.可选地，第二微带线144和第四微带线154平行且间隔分布，第一微带线143与第二微带线144大致垂直连接，第三微带线153与第四微带线154大致垂直连接。
55.可选地，第二环形微带线142分布于第一环形微带线141的内侧，第四环形微带线152分布于第三环形微带线151的内侧。
56.进一步地，第一环形微带线141和第二环形微带线142均在第一象限310和第二象限320之间延伸，第三环形微带线151和第四环形微带线152均在第三象限330和第四象限
340之间延伸。
57.再进一步地，第一环形微带线141的两端均连接有第五微带线145，且第五微带线145与第二微带线144平行且间隔分布，沿第一象限310指向第二象限320的方向，第五微带线145的端部与第二微带线144的端部对齐；第二环形微带线142的两端均连接有第六微带线146，且第六微带线146与第二微带线144平行且间隔分布，沿第一象限310指向第二象限320的方向，第六微带线146的端部与第二微带线144的端部对齐；第三环形微带线151的两端均连接有第七微带线155，且第七微带线155与第四微带线154平行且间隔分布，沿第三象限330指向第四象限340的方向，第七微带线155的端部与第四微带线154的端部对齐；第四环形微带线152的两端均连接有第八微带线156，且第八微带线156与第四微带线154平行且间隔分布，沿第三象限330指向第四象限340的方向，第八微带线156的端部与第四微带线154的端部对齐。如此设置，能够确保移相片120能够可靠地与第一功分网络131和第二功分网络132配合，进而可靠地控制垂直面和水平面的波束指向。
58.需要说明的是，第二微带线144和第四微带线154的连接处还设置有射频信号输入接口(rf in)。
59.本实施例中振子阵列组件200包括多个振子，多个振子分为水平振子组件和垂直振子组件，请参照图4，垂直振子组件包括第一振子201、第二振子202、第三振子203、第四振子204、第五振子205、第十振子210和第十三振子213；水平振子组件包括第六振子206、第七振子207、第八振子208、第九振子209、第十一振子211和第十二振子212；其中，请参照图1，第一振子201和第五振子205通过各自对应的同轴线与第一环形微带线141相连；第二振子202和第四振子204通过各自对应的同轴线与第二环形微带线142相连；第三振子203、第十振子210和第十三振子213通过各自对应的同轴线与第二微带线144相连；第六振子206和第九振子209通过各自对应的同轴线与第三环形微带线151相连，第七振子207和第八振子208通过各自对应的同轴线与第四环形微带线152相连，第十一振子211和第十二振子212通过各自对应的同轴线与第四微带线154相连。通过振子阵列组件200的多个振子和第一功分网络131以及第二功分网络132的配合，能够使移相器100输出按照一定幅度加权比实现波束赋型，实现高增益，低副瓣，高前后比的特点。
60.请继续参照图1，进一步地，第一振子201和第二振子202分布于第一象限310和第二象限320的交接处，第三振子203分布于象限原点，第四振子204和第五振子205分布于第三象限330和第四象限340的交接处，第六振子206和第七振子207分布于第一象限310和第四象限340的交界处，第八振子208和第九振子209分布于第二象限320和第三象限330的交界处，第十振子210分布于第一象限310、第十一振子211分布于第二象限320，第十二振子212分布于第四象限340，第十三振子213分布于第三象限330；其中，第三振子203分布于第二振子202和第四振子204之间，且还分布于第七振子207和第八振子208之间。如此设置，能够通过振子阵列组件200的多个振子和第一功分网络131以及第二功分网络132的配合，能够使移相器100输出按照一定幅度加权比实现波束赋型，实现高增益，低副瓣，高前后比的特点。
61.再进一步地，第一振子201、第二振子202、第三振子203、第四振子204和第五振子205依次排布呈一竖列，第六振子206、第七振子207、第三振子203、第八振子208和第九振子209依次排布呈一横列，第十振子210、第二振子202和第十一振子211排布呈一横列，第十二
振子212、第四振子204和第十三振子213排布呈一横列，第十振子210、第七振子207和第十二振子212排布呈一竖列，第十一振子211、第八振子208和第十三振子213排布呈一竖列；以使整个振子阵列组件200的多个振子形成大致呈菱形的排布。
62.由此可见，分布于第一象限310和第二象限320的交接处的第一振子201和第二振子202、分布于原点的第三振子203、以及分布于第三象限330和第四象限340的交接处的第四振子204和第五振子205五者在垂直方向上排布，上述各振子与第一功分网络131通过同轴线相连，当移相片120经过第一功分网络131时，则可以控制垂直面的波束指向；同理，分布于第一象限310和第四象限340的交界处的第六振子206和第七振子207、分布于原点的第三振子203、以及分布于第二象限320和第三象限330的交界处的第八振子208和第九振子209五者在水平方向上排布，上述各振子与第二功分网络132通过同轴线相连，当移相片120经过第二功分网络132时，则可以控制水平面的波束指向。
63.在其他实施例中，水平振子组件通过对应的同轴线与第一功分网络131相连，垂直振子组件通过对应的同轴线与第二功分网络132相；具体地，第六振子206和第九振子209通过各自对应的同轴线与第一环形微带线141相连，第七振子207和第八振子208通过各自对应的同轴线与第二环形微带线142相连，第十一振子211和第十二振子212通过各自对应的同轴线与第二微带线144相连；第一振子201和第五振子205通过各自对应的同轴线与第三环形微带线151相连，第二振子202和第四振子204通过各自对应的同轴线与第四环形微带线152相连，第三振子203、第十振子210和第十三振子213通过各自对应的同轴线与第四微带线154相连。这样一来，在垂直方向排列的第一振子201、第二振子202、第三振子203、第四振子204和第五振子205与第二功分网络132通过同轴线相连，在水平方向排列的第六振子206、第七振子207、第三振子203、第八振子208和第九振子209与第一功分网络131通过同轴线相连，即可在移相片与第二功分网络132配合时，控制垂直面波束指向，在移相片与第一功分网络131配合时，控制水平面波束指向。
64.应当理解，当振子阵列组件200相对于移相器100的象限偏转时，还可以控制其他非垂直、非水平面的波束指向，例如：第一振子201、第二振子202、第三振子203、第四振子204和第五振子205的排列方向与第一象限310和第二象限320的交界线呈45
°
的夹角，第六振子206、第七振子207、第三振子203、第八振子208和第九振子209的排列方向与第三象限330和第四象限340的交界线呈45
°
夹角等，在此不作具体限定。
65.振子的工作频段可以根据需要选择，本实施例的振子的工作频段为24ghz-24.5ghz。
66.相邻两个振子的间距可以根据需要选择；可选地，相邻两个振子的间距为0.6-0.8倍波长，即取振子的工作频段中心频点，相邻两个振子的间距大致为6-8mm左右。
67.需要说明的是，上述相邻两个振子的间距可以是指呈竖列或呈横列的两个相邻的振子之间的间距，例如：第一振子201和第二振子202的间距，或第十振子210和第二振子202之间的间距等。
68.可选地，振子阵列组件200为低介电常数双面覆铜板；具体地，低介电常数双面覆铜板的正面覆铜层包括多个振子，即多个振子分布在低介电常数双面覆铜板的正面；背面则是全面覆铜，即地层。
69.本实施例的振子为矩形毫米波振子；当然，在其他实施例中，振子还可以为圆形毫
米波振子等，在此不作具体限定。
70.需要说明的是，振子阵列组件200的低介电常数双面覆铜板的板材介电常数可以是3.5、板厚可以是0.5mm；移相器本体110的低介电常数双面覆铜板的板材介电常数可以是2.65、板厚可以是1mm；如此设置，可以使波束指向在
±
20
°
可调。
71.还需要说明的是，低介电常数是指低于指定值的介电常数。
72.移相器100可以通过以下方式工作：由于移相片120具有高介电常数，因此移相片120可以通过自身的高介电常数影响其所在位置馈线的电长度，从而使振子发射的波之间存在相位差，实现波束指向的调整。比如，当移相片120转动至如图5所示的位置时，移相片120的高介电常数使得从信号输入端(rf in)到1号振子、2号振子的馈线对应的电长度增加，从而1号振子、2号振子产生的波与4号振子、5号振子产生的波之间发生相位差，若第一功分网络131对应的平面是垂直面，则此时的波束指向在垂直面上具有+20度左右的电倾角，如图6所示。当电机开启工作，带动移相片逆时针移动时，其垂直面波束指向跟随改变，当移动到与初始位置镜像位置时，此时从信号输入端(rf in)到4号振子、5号振子的馈线对应的电长度增加，其波束指向如图7所示，大约为垂直面-20度的电倾角，此时完成了一次垂直面上的波束扫描。需要说明的是，图5中标记的数字1至13分别标识1号振子至13号振子，而1号振子至13号振子分别对应第一振子201至第十三振子213。
73.移相片120继续逆时针向第三象限330转动，即移相片120转动到第二功分网络132，移相片120继续逆时针转动，即可控制水平面波束指向，而且其水平面波束指向将出现跟垂直面一样的波束指向改变的状况，并完成波束指向角从-20
°
到+20
°
的变化；当移相片120继续逆转回第一象限310内的初始位置时，即完成了一次垂直面与水平面的波束扫描；若是移相片120不断的逆时针转动，则可以不断循环进行波束扫描。
74.需要说明的是，在其他实施例中，移相片120还可以顺时针转动，即移相片120可以从第一象限310内的初始位置出发，依次经过第四象限340、第三象限330和第二象限320，再回到第一象限310，以向控制水平面波束指向改变，在控制垂直面波束指向改变。
75.综上所述，本实用新型提供的雷达010可以用于无人设备，该雷达010在水平面和垂直面均可调波束指向，结构简单、成本低、性能优越。
76.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。