天线阵列、天线系统以及雷达的制作方法

1.本技术涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线阵列、天线系统以及雷达。


背景技术：

2.目前毫米波雷达天线广泛应用在汽车、无人机等设备上。由于大地多径反射，雷达会采集到虚假目标，影响雷达正常使用。现有技术中为了抗衡地杂波多径效应的影响，一般采用采用窄波束低副瓣的天线设计，降低副瓣电平是目前解决地杂波影响的途径之一。
3.发明人在实施本发明的过程中发现：现有技术中的副瓣电平的水平并不能很好地避免地杂波多径效应的影响，由此降低了雷达定位目标的准确性。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种天线阵列、天线系统以及雷达，用于解决现有技术中存在的天线抗干扰效果不佳的问题。
5.一个方面，本发明实施例提供了一种天线阵列，所述天线阵列包括：多个天线单元，各个所述天线单元中包括多个辐射单元；
6.各个所述天线单元的电流的分布服从第一规律；
7.各个所述辐射单元的电流的分布服从第二规律；其中，所述第一规律和第二规律分别为对称分布。
8.可选地，所述第一规律包括切比雪夫分布、泰勒分布以及二项分布中的一种；所述第二规律包括切比雪夫分布、泰勒分布以及二项分布中的一种。
9.可选地，所述天线阵列还包括馈电网络；所述馈电网络用于对所述天线单元以串并联结合方式进行馈电。
10.可选地，所述馈电网络包括第一馈电连接部；所述第一馈电连接部用于对各组天线单元组进行并联馈电；所述天线单元组包括位于所述第一馈电连接部同侧的天线单元。
11.可选地，所述馈电网络还包括多个第二馈电连接部；所述天线单元组中各个所述天线单元分别通过各个所述第二馈电连接部与所述第一馈电连接部连接；各个所述第二馈电连接部用于对各个所述天线单元进行串联馈电。
12.可选地，所述天线单元中包括主微带传输线；各个所述辐射单元按照所述辐射单元的宽度沿所述主微带传输线交叉分布；各个所述辐射单元之间的间距为二分之一个介质波长。
13.可选地，所述天线单元关于所述第一馈电连接部对称分布；各个所述天线单元之间的间距为一个介质波长。
14.可选地，各个所述天线单元分别通过一个阻抗匹配单元与所述第二馈电连接部连接；所述阻抗匹配单元用于对各个所述天线单元的电流进行调节。
15.可选地，所述阻抗匹配单元包括四分之一波长阻抗变换器；所述四分之一波长阻抗变换器的宽度根据所述第二馈电连接部的宽度和所述天线单元的电流确定。
16.此外，为实现上述目的，本技术还提供一种天线系统，所述天线系统包括前述的天线阵列。
17.此外，为实现上述目的，本技术还提供一种毫米波雷达，所述毫米波雷达包括前述的天线系统。
18.本技术提出的天线阵列、天线系统以及毫米波雷达，通过将电流分布服从对称分布的多个辐射单元组成天线阵列中的天线单元，从而降低天线阵列在h面的副瓣电平值，并且进一步将电流分布服从对称分布的天线单元进行排列组成天线阵列，以此降低天线阵列在e面的副瓣水平，从而实现了天线阵列在e面与h面均到达低副瓣，从整体上降低了天线阵列的副瓣电平值，提高了天线阵列的抗地杂波干扰的能力。
19.上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
20.附图仅用于示出实施方式，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
21.图1为本技术提供的天线阵列的结构示意图；
22.图2为本技术提供的天线单元的结构示意图；
23.图3为本技术提供的天线单元的电压驻波比示意图；
24.图4为本技术提供的天线阵列的电压驻波比示意图；
25.图5为本技术提供的天线单元的辐射示意图；
26.图6为本技术提供的天线阵列的辐射示意图。
27.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
29.参照图1所示，为本技术提供的天线阵列的结构示意图。
30.在本发明一实施例中，所述天线阵列包括多个天线单元，各个所述天线单元中包括多个辐射单元。
31.各个所述天线单元的电流的分布服从第一规律；
32.各个所述辐射单元的电流的分布服从第二规律；其中，所述第一规律和第二规律分别为对称分布。
33.其中，辐射单元可以是微带贴片单元，对称分布指的是各个天线单元的电流以及所述辐射单元的电流的分布分别关于其中心对称，对称分布可以包括贝利斯分布、切比雪夫分布以及泰勒分布等。
34.考虑到为了减小天线的副瓣电平值，应尽量将辐射能量集中在天线中间，因此，将辐射单元的电流分布设计为服从对称中心分布，可以减小各个天线单元的h面上的副瓣电平值，进一步地，为了从整体上减小天线阵列的副瓣天平值，从而提高天线阵列的抗干扰能力，还可以通过将各个天线单元进行排列，使得各个天线单元的电流也服从对称分布，以此
降低天线的e面的副瓣电平值。
35.在本发明的一个实施例中，为了提高电流分布设计对于副瓣电平值的影响效率，辐射单元的数量可以取8个，天线单元的数量可以取4个或4个以上。其中，辐射单元设置在预设尺寸的介质板上，针对中心频段为78ghz的毫米波雷达所设计的天线阵列的介质板可以采取rogers ro3003板材，该介质板在78ghz频段的介电常数为3.16，介质板厚度0.127mm，表面铜厚度为20um。
36.在本发明一实施例中，所述第一规律包括切比雪夫分布、泰勒分布以及二项分布中的一种；所述第二规律包括切比雪夫分布、泰勒分布以及二项分布中的一种。
37.在本发明的再一个实施例中，当辐射单元的数量取8个，以第一规律为切比雪夫分布为例，一个天线单元中的各个辐射单元的电流分布如下：
38.i
11
:i
12
:i
13
:i
14
:i
15
:i
16
:i
17
:i
18
＝0.15:0.42:0.76:1:1:0.76:0.42:0.15；
39.其中，i
mn
表示中第m个天线单元中的第n个辐射单元中的电流值。
40.在本发明的一个实施例中，一个天线单元中各个辐射单元的宽度比可以视作与电流比成正比，因此根据前述确定的辐射单元的电流分布，确定的第n个天线单元中的各个辐射单元的长度和宽度如辐射单元参数表即表1所示。
[0041][0042]
表1辐射单元参数表
[0043]
其中，w
ni
为第n个天线单元中的第i个辐射单元的宽度；l
ni
为第n个天线单元中的第i个辐射单元的长度。
[0044]
在本发明的一个实施例中，首先根据辐射单元的电流分布确定各个辐射单元的宽度，然后在保证各个辐射单元谐振的基础上，基于宽度对于各个辐射单元的长度进行适应性调整。
[0045]
在本发明的一个实施例中，当天线单元的数量取4个时，以第二规律为切比雪夫分布为例，天线阵列中的各个天线单元的电流分布如下：
[0046]
i1:i2:i3:i4＝0.48:1:1:0.48；
[0047]
其中，i
m
表示第m个天线单元中的电流值。
[0048]
在本发明一实施例中，所述天线阵列还包括馈电网络；所述馈电网络用于对所述天线单元以串并联结合方式进行馈电。
[0049]
根据电流分布沿中心呈对称分布的特点，将天线单元沿对称中心划分为两侧，对两侧的天线单元采取并联馈电的方式馈电，从而实现关于中心对称的天线单元的电流相同，进一步地，考虑到在对称中心的同一侧的各个天线单元的电流是逐级减小的，因此，在对称中心的同一侧内部，对各个天线单元采取串联馈电的方式进行馈电，实现对电流分布的调节。
[0050]
在本发明的一实施例中，所述馈电网络包括第一馈电连接部；所述第一馈电连接部用于对各组天线单元组进行并联馈电；所述天线单元组包括位于所述第一馈电连接部同
侧的天线单元。
[0051]
在本发明的一实施例中，第一馈电连接部可以为并馈微带传输线，其阻值可以为50ohm，通过并馈微带传输线对其两侧的天线单元组分别进行并联馈电。
[0052]
如图1所示，图1中的a1、a2为第一组一天线单元组，a3、a4为第二组天线单元组，l1为第一馈电连接部。
[0053]
在本发明的一实施例中，所述馈电网络还包括多个第二馈电连接部；所述天线单元组中各个所述天线单元分别通过各个所述第二馈电连接部与所述第一馈电连接部连接；各个所述第二馈电连接部用于对各个所述天线单元进行串联馈电。
[0054]
在本发明的一实施例中，每一个天线单元通过如图1示出的一个第二馈电连接部l2与前述第一馈电连接部l1连接，其中，第二馈电连接部可以是串馈微带传输线，其宽度可以为0.1mm。
[0055]
在本发明的再一实施例中，各个所述天线单元分别通过一个阻抗匹配单元与所述第二馈电连接部连接；所述阻抗匹配单元用于对各个所述天线单元的电流进行调节。
[0056]
如前所述，为了将同一天线单元组中的各个天线单元的电流分布调节为服从前述规律，需要通过如图1示出的对应的阻抗匹配单元m1分别对各个天线单元的电流进行调节。
[0057]
在本发明的一实施例中，所述阻抗匹配单元包括四分之一波长阻抗变换器；所述四分之一波长阻抗变换器的宽度根据所述第二馈电连接部的宽度和所述天线单元的电流确定。
[0058]
举例说明，在第二馈电连接部的宽度为0.1mm时，图1中示出的天线单元a2前连接的四分之一波长阻抗变换器的宽度可以对应设置为0.26mm，其他的天线单元连接的四分之一波长阻抗变换器的宽度根据该天线单元所要调节至的电流值以及已连接的第二馈电连接部的宽度适应性确定。
[0059]
在本发明的一实施例中，所述天线单元中包括主微带传输线；各个所述辐射单元按照所述辐射单元的宽度沿所述主微带传输线交叉分布；各个所述辐射单元之间的间距为二分之一个介质波长。
[0060]
在本发明的一实施例中，主微带传输线用于对所有辐射单元进行馈电。为了节省排列空间，使得天线单元的结构更紧凑以及简洁，并且结合一个天线单元中的辐射单元的宽度分布也服从对称规律的特点，可以按照各个辐射单元的宽度，将辐射单元如图2所示出的辐射单元p1
‑
p8的排列方式沿主微带传输线交叉排布。图2为本发明实施例的天线单元的俯视图。
[0061]
进一步地，为了保证各个辐射单元是同相位的，将各个辐射单元之间的间距设置为二分之一个介质波长，从而实现各个辐射单元的相位的调节。
[0062]
在本发明的一实施例中，所述天线单元关于所述第一馈电连接部对称分布；各个所述天线单元之间的间距为一个介质波长。
[0063]
在本发明的一个实施例中，各个天线单元的内部的辐射单元的排列是相同的，因此，在对天线单元进行组阵时，为了在天线单元的电流分布满足前述分布规律的同时，实现整个天线阵列的结构简洁和节省空间，将各个所述天线单元如图2所示出的天线单元a1
‑
a4关于所述第一馈电连接部对称分布。对应地，为了保证排列后的各个天线单元也是同相位的，将各个天线单元之间的间距设置为一个介质波长，从而实现各个天线单元的相位的调
节。
[0064]
在本发明的一个实施例中，天线单元的电压驻波比如图3所示，天线单元电压驻波比小于1.5的频率范围是77.52ghz～78.47ghz，带宽为0.95ghz。
[0065]
在本发明的一个实施例中，天线阵列的电压驻波比如图4所示，天线阵列的电压驻波比小于1.5的频率范围是77.38ghz～78.97ghz，带宽为1.59ghz。
[0066]
在本发明的一个实施例中，天线单元的辐射方向图如图5所示，天线单元增益为17.9db，e面3db波瓣宽度为76.7
°
，h面3db波瓣宽度为22
°
，副瓣电平为
‑
19.9db。
[0067]
在本发明的一个实施例中，天线阵列的辐射方向图如图6所示，天线阵列增益为20.8db，e面3db波瓣宽度22.4
°
，副瓣电平
‑
19.9db，h面3db波瓣宽度21.5
°
，副瓣电平为
‑
16.7db。
[0068]
在将天线单元组成天线阵列后，提升了天线阵列的带宽，相比单独的单元带宽提升了1.67倍。实际使用的e面副瓣电平为
‑
19.9db，减小了杂波信号进入副瓣的干扰，提高了天线阵列的抗干扰能力。
[0069]
本技术提出的天线阵列，通过将电流分布服从对称分布的多个辐射单元组成天线阵列中的天线单元，从而降低天线阵列在h面的副瓣电平值，并且进一步将电流分布服从对称分布的天线单元进行排列组成天线阵列，以此降低天线阵列在e面的副瓣水平，从而实现了天线阵列在e面与h面均到达低副瓣，从整体上降低了天线阵列的副瓣电平值，提高了天线阵列的抗地杂波干扰的能力。
[0070]
在本发明的再一个实施例中，提供了一种天线系统，所述天线系统包括如前所述的天线阵列。
[0071]
本技术提出的天线系统通过将电流分布服从对称分布的多个辐射单元组成天线阵列中的天线单元，从而降低天线阵列在h面的副瓣电平值，并且进一步将电流分布服从对称分布的天线单元进行排列组成天线阵列，以此降低天线阵列在e面的副瓣水平，从而实现了天线阵列在e面与h面均到达低副瓣，从整体上降低了天线阵列的副瓣电平值，提高了天线系统的抗地杂波干扰的能力。
[0072]
在本发明的再一个实施例中，提供了一种毫米波雷达，所述毫米波雷达包括如前述的天线系统。
[0073]
本技术提出的毫米波雷达，通过将电流分布服从对称分布的多个辐射单元组成天线阵列中的天线单元，从而降低天线阵列在h面的副瓣电平值，并且进一步将电流分布服从对称分布的天线单元进行排列组成天线阵列，以此降低天线阵列在e面的副瓣水平，从而实现了天线阵列在e面与h面均到达低副瓣，从整体上降低了天线阵列的副瓣电平值，提高了毫米波雷达的抗地杂波干扰的能力。
[0074]
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
[0075]
上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内
容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。