一种雷达天线、雷达、无人机和设备的制作方法

1.本实用新型涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达天线、雷达、无人机和设备。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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，增加了无人机的负重。


技术实现要素：

5.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。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种雷达，包括：
7.介质基片；
8.阵列天线，包括设置于所述介质基片的第一表面上的第一接收阵列天线、第一发射阵列天线、第二接收阵列天线以及第二发射阵列天线；
9.雷达芯片，所述第一接收阵列天线、第一发射阵列天线、第二接收阵列天线以及第二发射阵列天线均通过馈线与所述雷达芯片电连接；
10.在第一方向上，所述第一接收阵列天线中的多个第一接收天线等间距间隔设置，所述第一发射阵列天线中的多个第一发射天线等间距间隔设置，且多个所述第一接收天线与所述馈线连接的节点和多个所述第一发射天线与所述馈线连接的节点在同一直线上；
11.在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述第二接收阵列天线中的多个第二接收天线等间距间隔设置，所述第二发射阵列天线中的多个第二发射天线等间距间隔设置，且多个所述第二接收天线与所述馈线连接的节点和多个所述第二发射天线与所述馈线连接的节点在同一直线上。
12.可选地，所述雷达芯片设置有发射引脚和接收引脚；
13.每个所述第一接收天线、所述第二接收天线分别与所述雷达芯片的一个接收引脚电连接；
14.每个所述第一发射天线、所述第二接收天线分别与所述雷达芯片的一个发射引脚电连接；
15.可选地，在所述第一方向上相邻的两个第一接收天线的距离为λ/2，在所述第二方
向上，相邻的两个第二接收天线的距离为λ/2，其中，λ为雷达信号的波长。
16.可选地，在第一方向上相邻的两个第一发射天线之间的距离为kλ/2，在第二方向上，相邻的两个第二发射天线之间的距离为kλ/2，其中，λ为雷达信号的波长，k为正整数。
17.可选地，所述第一接收天线、所述第一发射天线、所述第二接收天线和所述第二发射天线为单阵子天线或者多阵子天线中的一种。
18.可选地，所述第一接收阵列天线包括4个第一接收天线、所述第一发射阵列天线包括2个第一发射天线，所述第二接收阵列天线包括4个第二接收天线、所述第二发射阵列天线包括2个第二发射天线。
19.可选地，所述雷达芯片包括主雷达芯片以及与所述主雷达芯片电连接的从雷达芯片，所述第一接收天线和所述第一发射天线均与所述主雷达芯片电连接，所述第二接收天线和所述第二发射天线均与所述从雷达芯片电连接。
20.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任一实施例所述的雷达天线。
21.第三方面，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任一实施例所述的雷达。
22.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。
23.本实用新型的雷达天线，在第一方向上，第一接收阵列天线中的多个第一接收天线等间距间隔设置，多个第一发射天线等间距间隔设置，且多个第一接收天线和多个第一发射天线在同一直线上；在垂直于第一方向的第二方向上，第二接收阵列天线中的多个第二接收天线等间距间隔设置，多个第二发射天线等间距间隔设置，且多个第二接收天线和多个第二发射天线在同一直线上，使得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物体的信息，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
24.图1是本实用新型实施例提供的一种雷达天线的示意图；
25.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；
26.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；
27.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；
28.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；
29.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。
具体实施方式
30.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。
31.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。
32.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。
33.雷达的角分辨率的计算公式为θ
res
＝λ/(n
×
d
×
cosθ)，其中，λ是波长，d 是天线间距，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，常取d＝λ/2，θ＝0，即，θ
res
＝2/n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。
34.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介质基片(图1未示)、阵列天线(10，20)和雷达芯片(图 1未示)。
35.其中，雷达芯片可以是能够调制射频信号和对射频信号进行处理的处理器；介质基片可以是承载阵列天线(10，20)和雷达芯片的载体，例如可以是各种 pcb板，则阵列天线(10，20)可以是按照预设布局印刷于该介质基片上的天线，并且阵列天线(10，20)可以与雷达芯片电连接。
36.如图1所示，在本实用新型实施例中，阵列天线(10，20)包括设置于介质基片的第一表面上的第一接收阵列天线110、第一发射阵列天线120、第二接收阵列天线210以及第二发射阵列天线220。在本实用新型的可选实施例中，第一接收阵列天线110、第一发射阵列天线120、第二接收阵列天线210以及第二发射阵列天线220中的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，该阵子可以为微带天线阵子或者喇叭天线阵子。
37.在本实用新型实施例中，第一接收阵列天线110、第一发射阵列天线120、第二接收阵列天线210以及第二发射阵列天线220均设置于介质基片的第一表面上，雷达芯片设置于介质基片背向第一表面的第二表面上，并且第一接收阵列天线110、第一发射阵列天线120、第二接收阵列天线210以及第二发射阵列天线220均与雷达芯片电连接。可选地，雷达芯片设置有多个接收引脚和多个发射引脚，第一接收阵列天线110、第一发射阵列天线120、第二接收阵列天线 210以及第二发射阵列天线220中的每个天线均可以通过单独的引脚与雷达芯片连接，具体地，一个接收天线通过一个接收引脚与雷达芯片连接，一个发射天线通过一个发射引脚与雷达芯片连接。
38.如图1所示，在本实用新型实施例中，在第一方向a上，第一接收阵列天线110中的多个第一接收天线等间距间隔设置，第一发射阵列天线120中的多个第一发射天线等间距间隔设置，且多个第一接收天线和多个第一发射天线在同一直线上。在垂直于第一方向a的第二方向b上，第二接收阵列天线210中的多个第二接收天线等间距间隔设置，第二发射阵
列天线220中的多个第二发射天线等间距间隔设置，且多个第二接收天线和多个第二发射天线在同一直线上。
39.本实用新型实施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，馈线可以是天线与雷达芯片连接的连接线。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，另外，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，即两个发射天线之间在第一方向a上有间距，等间距间隔设置是指任意两个相邻的发射天线之间的距离d相等。
40.另外，需要说明的是，本实用新型实施例所涉及到的第一方向可以为水平方向也可以为竖直方向，当第一方向为水平方向时，第二方向为竖直方向；当第一方向为竖直方向时，第二方向为水平方向。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。
41.本实用新型实施例的雷达天线应用于雷达后，雷达实现了在第一方向上和第二方向上检测物体的信息，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，使得雷达天线可以检测相互垂直的两个方向的信息以形成物体的立体信息。
42.在本实用新型实施例中，雷达芯片可以包括主雷达芯片以及与主雷达芯片电连接的从雷达芯片，第一接收阵列天线110和第一发射阵列天线120均与主雷达芯片电连接，第二接收阵列天线210和第二发射阵列天线220均与从雷达芯片电连接。具体地，主雷达芯片和从雷达芯片可以通过spi、串口和/或i2c 等接口相连，从而实现主雷达芯片和从雷达芯片之间的通讯并进行数据传输，使得主雷达芯片通过第一接收阵列天线110和第一发射阵列天线120可以检测第一方向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，从雷达芯片可以通过第二接收阵列天线210和第二发射阵列天线220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b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。
43.优选地，如图1所示，在第一方向a上，第一接收阵列天线110中的相邻的两个第一接收天线的距离为λ/2，在第二方向b上，第二接收阵列天线210中相邻的两个第二接收天线的距离为λ/2，其中，λ为雷达信号的波长，在第一方向a上，第一发射阵列天线120中相邻的两个第一发射天线之间的距离为kλ/2，在第二方向b上，第二发射阵列天线220中相邻的两个第二发射天线之间的距离为kλ/2，其中，λ为雷达信号的波长，k为正整数。
44.当然，在第一方向a上相邻的两个第一接收天线的距离还可以为nλ/2，在第二方向b上，相邻的两个第二接收天线的距离还可以为nλ/2，n为正整数，即相邻的两个接收天线之间的距离可以为雷达信号半波长的整数倍。
45.以第一接收阵列天线110包括4个第一接收天线、第一发射阵列天线120 包括2个第一发射天线，第二接收阵列天线210包括4个第二接收天线、第二发射阵列天线220包括2个第二发射天线为示例，在第一方向a上，相邻的两个第一接收天线之间的距离为kλ/2，相邻的两个第一发射天线之间的距离为 kλ/2，在第二方向b上，相邻的两个第二接收天线之间的距离为λ/2，相邻的两个第二发射天线之间的距离也为kλ/2，其中，λ为雷达信号的波
长，优选地，k 为8。
46.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4中圆圈代表天线，从图4中可以看出，在第一方向a上天线数量n为8，在第二方向 b上天线数量n为8，此时第一方向a上雷达的角度分辨率θ
res
＝2/n＝2/8＝0.25，第二方向b上雷达的角度分辨率为θ
res
＝2/n＝2/8＝0.25，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。
47.当然，第一接收阵列天线110、第一发射阵列天线120、第二接收阵列天线 210、第二发射阵列天线220还可以包含其他数量的天线，本领域技术人员可以根据所需要的雷达静电进行设置，本实用新型实施例对此不加以限制。
48.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。
49.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，当然，本实用新型实施例的设备可以是移动平台或者固定平台，本实用新型实施例对此不加以限制。
50.本实用新型的雷达天线，在第一方向上，第一接收阵列天线中的多个第一接收天线等间距间隔设置，多个第一发射天线等间距间隔设置，且多个第一接收天线和多个第一发射天线在同一直线上；在垂直于第一方向的第二方向上，第二接收阵列天线中的多个第二接收天线等间距间隔设置，多个第二发射天线等间距间隔设置，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，不会增加无人机的载重，提高了无人机的自主分行作业效率的同时也节约了成本。
51.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。
52.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。
53.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。