使用串联馈送模式的水平极化波天线的制作方法

文档序号：11064418阅读：648来源：国知局

本发明涉及水平极化波天线，并且更具体地，涉及一种使用串联馈送模式的水平极化波天线，该水平极化波天线通过在使用现有的串联布置模式的同时构造电流向量来产生水平极化波。

背景技术：

安装在车辆等上的雷达系统涉及用于实现智能交通系统(ITS)的技术，并且是已经得到发展以便通过感测其它车辆或物体来预先防止由于恶劣天气条件或驾驶员的粗心大意而可能发生的事故的车辆安全驱动系统。

这种车辆雷达系统在具有不同角度的各种极化波(例如，垂直极化波、水平极化波、圆形极化波和45度极化波)当中根据需要单独地使用优选极化波，以便在感测反射物时使雷达性能最大化。例如，当存在许多垂直结构时，使用水平极化波天线。当存在许多水平结构时，使用垂直极化波天线。当天气可能影响时，使用圆形极化波天线。此外，当需要垂直性能与水平性能之间的中间性能时，使用45度极化波天线。

另外，当雷达系统被安装在车辆上时，用于安装雷达系统的部分由各种结构(诸如，保险杠内的超声传感器、车号牌、雾灯、以及支承结构)限制，除了限制雷达系统的尺寸以外，别无选择。然而，为了具有小探测角度内的空间分辨率，平面式天线需要具有长的高度分量的传输线和具有宽区域的辐射元件，使得雷达系统的整体尺寸增大。

因此，本实施方式提出了一种能够在保持雷达系统的整体尺寸小的同时实现具有高分辨率的水平方向性的水平极化波天线。

技术实现要素：

因此，已经做出本发明来解决相关领域中的上述问题，而且本发明的目的是提供一种使用串联馈送模式的水平极化波天线，该水平极化波天线在通过按照连续弯曲的方式形成多个贴片元件(patch element)而保持雷达系统的整体尺寸小的同时，通过在使用现有的串联布置模式的同时构造在相应的贴片元件中流动的电流的向量来产生高分辨率的水平极化波。

为了实现上述目的，根据一个实施方式，提供了一种使用串联馈送模式的水平极化波天线。该水平极化波天线包括：馈线，所述馈线被配置为接收从安装到车辆的馈送单元供应的电流；以及贴片天线单元，所述贴片天线单元被安装为在相对于车辆垂直的方向上连续地延伸，并且被配置为在水平方向上辐射电磁波。

所述贴片天线单元可以包括多个第一贴片元件和多个第二贴片元件，所述多个第一贴片元件和所述多个第二贴片元件在具有按照之字形(zigzag)形式弯曲的形状的同时被安装为在相对于地面垂直的方向上连续地延伸。

所述多个第一贴片元件可以被布置为相对于与所述车辆平行的直线以预定的第一弯曲角度倾斜，并且所述多个第二贴片元件可以被布置为相对于与所述车辆平行的直线以预定的第二弯曲角度倾斜。

所述第一弯曲角度和所述第二弯曲角度彼此大小相等，使得分别在所述第一贴片元件和所述第二贴片元件中流动的电流的向量和相对于所述车辆是水平的。

当电流从所述馈线入射到所述贴片天线单元上时，从连接到所述馈线的所述第一贴片元件辐射电磁波，然后，在连接到所述第一贴片元件的所述第二贴片元件中可以产生辐射，使得直到所述贴片天线单元的末端(terminal end)贴片元件都可以辐射电磁波。

此外，所述第一贴片元件和所述第二贴片元件是使用相同的材料一体形成的。

所述第一贴片元件和所述第二贴片元件中的每一个都可以具有在所述馈线中流动的电流的1/2波长的长度。

在贴片天线元件的与所述馈线连接的一端相对的另一端处，所述天线还可以包括被配置为高效地辐射剩余功率的天线元件或者被配置为吸收剩余功率的匹配末端元件。

如上所述，利用根据本实施方式的使用串联馈送模式的水平极化波天线，可以在相对于地面垂直的方向上串联布置整个天线的同时通过构造电流布置来实现平行于地面的水平极化波。

此外，通过按照连续弯曲的方式形成不仅用作辐射元件而且用作传输线的多个贴片元件，能够在通过使天线的高度分量和宽度分量保持小来确保设计的自由度的同时产生具有高分辨率的角分辨率的水平极化波。

此外，因为所述水平极化波天线具有多个贴片元件被形成为连续地弯曲的简单结构，所以容易设计该天线。

附图说明

根据结合附图的以下详细描述，本发明的上述目的和其它目的、特征和优点将更加明显，在附图中：

图1A是示意性地例示根据一个实施方式的串联馈送模式的水平极化波天线的平面图；

图1B是示意性地例示根据另一实施方式的串联馈送模式的水平极化波天线的平面图；

图2是例示被构成为经由馈线供应的在贴片元件中流动的电流的向量的方向的图；以及

图3是例示根据一个实施方式的使用串联馈送模式的水平极化波天线的辐射模式特征的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述根据本实施方式的使用串联馈送模式的水平极化波天线。

根据下文中参照附图详细描述的实施方式，本发明的优点和特性以及实现它们的方法将变得明显。

然而，本发明不限于如下描述的实施方式，而是可以按照多种形式实施。提供这些实施方式，仅为了使本发明的技术构思完全公开并且向本发明所属领域的普通技术人员完整地告知技术构思的范围。本发明的范围仅基于权利要求确定。

此外，在描述实施方式时，当相关的公知技术等可能使本发明的要点相当不清楚时，将省略相关的公知技术等的详细描述。

另外，尽管诸如“第一”和“第二”这样的术语可以用于描述实施方式的组成元件，但是这些术语仅用于将这些组成元件与其它组成元件区分开，并且相应组成元件的本质、顺序、序列等不受这些术语的限制。

此外，下文要使用的术语“馈线”可以被理解为传输线的意思。也就是说，连接到馈送单元的部分可以被称为馈线，而且与馈送单元间隔预定距离或更大距离的线可以被称为传输线。然而，因为馈线和传输线可以根据需要被配置为单条线，所以馈线和传输线可以被统称为馈线或传输线。

此外，下文要使用的术语“贴片元件”意指辐射信号的辐射区域(或辐射元件)。也就是说，贴片元件可以是设置在传输线上的辐射贴片，或者可以意指传输线上的由于传输线的厚度变化或弯曲而辐射信号的区域。在下文中，虽然为了方便描述和帮助理解而将辐射区域称为贴片元件，但是辐射区域应该被理解为上述辐射信号的区域。

图1A和图1B是各自示意性地例示根据一个实施方式的串联馈送模式的水平极化波天线的平面图。

根据一个实施方式的水平极化波天线100是安装到车辆等的向空间发送电磁波/从空间接收电磁波以便发送/接收极化波(行波、驻波等)的设备。水平极化波天线100可以包括：馈线110，其被配置为从安装到车辆的馈送单元接收电流；贴片天线单元120，其由当被安装为相对于车辆垂直延伸时水平地辐射电磁波的多个第一贴片元件121a、121b、121c等以及多个第二贴片元件122a、122b、122c等构成；以及介电板130，该介电板130包括形成在其后表面上的接地板。

首先，本实施方式的馈线110在其一纵向端处与安装在车辆中(在图1A和图1B的下侧处)的馈送单元电连接，以便从馈送单元接收电流。从馈送单元提供的电流具有波长λ_g的正弦波形状。当开始向本实施方式的馈线110提供电流时，每个具有半波长λ_g/2的馈送电流被形成并沿弯曲方向流至随后要描述的贴片天线单元的第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等。

其次，本实施方式的贴片单元120包括当被安装为相对于地面或车辆沿垂直方向延伸时在水平方向上辐射电磁波的多个第一贴片元件121a、121b、121c等和多个第二贴片元件122a、122b、122c等。

更具体地，第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等在具有相邻的第一贴片元件和第二贴片元件之间形成预定角度γ的弯曲形状的同时被完全安装为按照串联方式延伸。换句话说，假定与地面平行的直线(即，与安装贴片元件以延伸的方向垂直的直线)是虚拟直线X并且与地面垂直的直线(即，与安装贴片元件以延伸的方向平行的直线)是虚拟直线Y，第一贴片元件121a、121b、121c等中的每一个被设置为相对于虚拟直线X在正(+)方向上倾斜预定的第一弯曲角度α，第二贴片元件122a、122b、122c等中的每一个被设置为相对于虚拟直线X在负(-)方向上倾斜预定的第二弯曲角度β，并且第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等被安装为沿着虚拟直线Y按照以之字形形式弯曲的方式延伸。

另外，图1A和图1B中的每一个例示了根据一个实施方式的安装为相对于地面以各种弯曲角度垂直延伸的水平极化波天线。此时，第一贴片元件121a的第一弯曲角度α和第二贴片元件122a的第二弯曲角度β可以被设置为任意角度。然而，为了增加水平极化波的效果并且提高天线效率，理想的是将第一弯曲角度α和第二弯曲角度β的大小设置为彼此相等，并且将第一贴片元件121a和第二贴片元件122a之间的弯曲角度γ设置为尽可能地小。

利用该构造，本实施方式中的第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等中流动的相应电流的向量的和可以水平于(horizontal to)虚拟直线X，如图2所示，并且贴片天线单元120的极化波平面(电场方向)也可以水平于虚拟直线X。此外，由于这个原因，当在阵列天线100垂直于地面布置的状态下使用阵列天线100时，可以直线地发送/接收水平于地面的极化电磁波。

此外，在一个实施方式中，第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等使用相同材料一体模制，使得每个贴片元件不仅用作辐射元件，而且还用作传输线。也就是说，在一个实施方式中，当电流从传输线110入射到贴片天线单元120上时，开始时在第一贴片元件121a中产生共振，因此首先辐射电磁波，然后电流从第一贴片元件121a流到第二贴片元件122a，使得由于在它们之间的弯曲部分中的阻抗的突变而在第二贴片元件122a中产生辐射。以这种方式，当在第二贴片元件122a中产生电磁波的辐射时，第二贴片元件122a还用作辐射元件，并且由于该原理，直到贴片天线120的末端贴片元件都实施电磁波的辐射。以这种方式，由于贴片元件121a、121b、121c等和122a、122b、122c等不仅用作辐射元件，而且用作传输线，并且不需要单独的传输线，因此根据一个实施方式的水平极化波天线100的有利之处可以在于，能够在缩短天线的长度的同时提高天线的效率。

另选地，第一贴片元件121a、121b、121c等是辐射元件，并且第二贴片元件122a、122b、122c等可以是传输线。也就是说，辐射贴片被设置为在传输线上彼此间隔开预定间距。在这种情况下，由于辐射贴片是第一贴片元件121a、121b、121c等，并且辐射贴片的宽度和传输线的宽度变得彼此不同，因此形成在辐射贴片之间的每条传输线可以用作第二贴片元件122a、122b、122c等。当然，第一贴片元件121a、121b、121c等可以是传输线，并且第二贴片元件122a、122b、122c等可以是辐射贴片。另选地，第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等可以是传输线。也就是说，通过使用由于传输线的弯曲和宽度变化而在传输线上辐射信号的特性，能够在没有单独的辐射贴片的情况下执行天线功能。另选地，第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等两者均可以是辐射贴片。在这种情况下，第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等也可以执行传输线的功能。

此外，第一贴片元件121a和第二贴片元件122a中的每一个的长度L₁或L₂为馈线110中流动的电流的约1/2波长(例如，λ_g/2)，并且相对的端部可以在倾斜方向上具有相同的长度。然而，贴片元件的长度可根据需要不同地适用。

此外，因为贴片天线单元120具有连续弯曲的形状，所以它的宽度可以根据需要可变地调整。此时，第一贴片元件121a和第二贴片元件122a的弯曲宽度W1和W2可以形成为彼此相等，或者可以形成为如图1所示的彼此不同。因此，在第一贴片元件121a和第二贴片元件122a的宽度彼此相等的情况下，因为各贴片元件的阻抗彼此接近，并且由于弯曲而产生辐射，所以能够基于弯曲程度来调整电流量，而在第一贴片元件121a和第二贴片元件122a的宽度彼此不同的情况下，因为各贴片之间的阻抗差和弯曲而产生辐射，所以能够基于宽度差和弯曲程度来调整电流量。以这种方式，能够根据天线所需的各种规格、特性等来可变地调整贴片元件的宽度W₁和W₂中的每一个。例如，第一贴片元件121a的宽度W1可以被设置为大于第二贴片元件122a的宽度W2。

至此，已经描述了根据本实施方式的贴片天线单元120的形状。然而，贴片天线单元120可以根据需要被制成各种形状，而不限于上述形状，只要贴片天线120的形状可以使得在各个贴片元件121a、121b、121c等和122a、122b、122c等中流动的电流的合成向量能够水平定向，具体地，为了减少功率损耗，第一贴片元件121a、121b、121c等和第二贴片元件122a、122b、122c等的弯曲部分可以根据弯曲方向按照平滑曲线方式形成。

最后，可以通过在其后表面上形成有导体接地板的介电板130(例如，PCB)上刻蚀辐射图案来制造所有的贴片元件120，但是不限于此。

此外，在与馈线110相连接的一端相对的另一端处，天线元件120还可以设置有被配置为高效地辐射剩余功率的天线元件或者被配置为吸收剩余功率的匹配末端元件(未示出)。该匹配末端元件通过执行匹配功能来执行辐射流入馈线端部的所有电流的功能，并因此能够防止电流通过在馈线的末端处被反射而向馈送单元返回。

如上所述，根据本实施方式，使用串联馈送模式的水平极化波天线能够在相对于地面垂直的方向上串联布置整个天线的同时通过构造电流布置来实现平行于地面的水平极化波。

此外，因为所述水平极化波天线具有多个贴片元件被形成为连续地弯曲的简单结构，所以容易设计该天线。

尽管在上文已经参照各实施方式详细地描述了本发明，然而技术构思不必限于这些实施方式，而且可以在不脱离技术构思的范围内进行各种修改。