一种具有高隔离度的小型化天线阵列及雷达系统

1.本发明属于通信技术领域，涉及一种天线，尤其是涉及一种具有高隔离度的小型化天线阵列及雷达系统。


背景技术：

2.毫米波(wm)调频连续波形(fmcw)雷达因其易于实现、结构紧凑等优点，在近距离目标探测成像领域受到了广泛关注。众所周知，收发天线的特性对其雷达系统有很大的影响，尤其是天线间的隔离度对雷达系统的性能起着至关重要的影响。
3.过去，为了获得定向辐射和高增益，微带天线阵列常常被应用在fmcw系统中，用于近程目标探测。这种情况下，天线和芯片水平堆叠，二者通过垂直互连结构相连，为了保证天线间的隔离度，通常的方法是直接保持两个天线的距离较远(间距大于0.7个波长)。然而，这种结构仍然太大，在一些极端的小型化条下，应用场景的空间很小，天线间距小于0.2个波长，留给天线的水平面积不足以放置两个微带天线，且pcb板需要垂直放置以节省空间，在这种情况下天线的选型以及如何提升隔离度都成了一种尚需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高隔离度的小型化天线阵列，能够解决狭窄空间内集成多个收发天线的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种具有高隔离度的小型化天线阵列，包括pcb板、多个收发天线和金属底座，所述pcb板与金属底座固定连接，多个所述收发天线分别印制于所述pcb板上，且通过设置于所述金属底座上的解耦墙相互隔离。
7.进一步地，所述pcb板为多层pcb板，每个所述收发天线印制于该多层pcb板的某两层上。
8.进一步地，所述收发天线包括对称振子和馈电巴伦，所述对称振子的辐射臂弯折印制于所述pcb板上。
9.进一步地，所述金属底座上开设有用于竖直穿过并固定所述pcb板的槽孔。
10.进一步地，所述金属底座的顶部开设有用于放置印制所述收发天线的部分pcb板的凹槽。
11.进一步地，所述金属底座为圆台型底座。
12.进一步地，所述解耦墙为金属墙，所述金属底座和金属墙一体化设置。
13.进一步地，所述解耦墙为超材料墙。
14.进一步地，所述pcb板上设置有射频电路和射频芯片。
15.本发明还提供一种雷达系统，包括如上所述的具有高隔离度的小型化天线阵列。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.1、本发明多个收发天线间设置有解耦墙，可以减小天线间的进场干扰，以实现天
线间的解耦，即提升隔离度。
18.2、本发明天线阵列的结构特征适配于圆台形外壳，可以有效节省体积。
19.3、本发明天线间距可仅为0.2个工作波长，天线工作的中心频率为35ghz，更加适用于小型化场景。
20.4、本发明收发天线垂直位于底座上，进一步节省了空间。
21.5、经测试，在天线间距仅为0.2个工作波长的条件下，本发明的天线隔离度大于25db，有效解决了这种小型化条件下的天线间隔离度的问题。
22.6、该方案还可以有效解决微带天线或者缝隙天线作为收发天线需要较大的水平面积的问题，且实现了垂直方向定向辐射。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的天线阵列结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的金属底座示意图，其中，(a)为立体图，(b)为俯视图；
25.图3为本发明实施例提供的应用空间示意图；
26.图4为本发明实施例提供的天线阵列其中一个天线的方向图；
27.图5为本发明专利实施例提供的天线阵列的s参数曲线图；
28.图中，11、12-天线振子，21、22-馈电巴伦，3-pcb板，4-金属座，41-槽孔，5-金属墙。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
31.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。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明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发明和简化描述，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发明的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍
微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
35.本发明提供一种具有高隔离度的小型化天线阵列，包括pcb板、多个收发天线和金属底座，pcb板与金属底座固定连接，多个收发天线分别印制于pcb板上，且通过设置于金属底座上的解耦墙相互隔离，以在小型空间下有效提升天线间的隔离度。
36.实施例1
37.本实施例提供一种具有高隔离度的小型化天线阵列，包括多层pcb板3和两个收发天线，该pcb板3固定于金属底座4上，位于金属底座4上方的pcb板3通过位于金属底座4的金属墙5隔离为两部分，每一收发天线分别印制于一部分的pcb板3上，即两个收发天线通过金属墙5实现隔离。
38.各收发天线包括对称振子11或12和馈电巴伦21或22。
39.本实施例中，pcb板3为四层pcb板，对称振子11和12、馈电巴伦21和22分别位于第一层和第二层上但不限于此。对称振子11和12的阵子臂弯折处理，以减小天线尺寸。
40.参考图2所示，本实施例中，金属底座4为圆台状，上下底面直径分别为4.2mm和4.4mm且中间去除深度为0.5mm的空间四周成包围状，以此来实现天线的定向辐射。金属墙5位于金属底座4中间区域，即位于对称振子11和12之间，金属墙可以减小两个天线间的进场干扰，以实现天线间的解耦，即提升隔离度。
41.金属底座4上开设有用于竖直穿过并固定pcb板3的槽孔41。
42.在优选实施方式中，金属底座4和金属墙5可一体化设置。
43.在另一实施方式中，解耦墙可为超材料墙，但不限于此。
44.该天线阵列的应用空间如图3所示，由于金属底座4以下为射频电路和射频芯片的制作和安装空间，天线只能放置在金属底座4以上的区域，留给天线的空间就变得相当小。采用上述天线阵列可以有效解决小型空间下天线间的隔离度问题。
45.本实施例中，两个天线单元的间距仅为0.2λ(λ为35ghz所对应的自由空间中波长)，放置天线的水平区域仅为直径为4.4mm左右的圆形区域，在如此狭小的空间下，选用竖直放置的对称阵子天线并且借助金属底座实现定向辐射，且在两个天线之间增加金属墙，以提高天线之间的隔离度，实现了大于25db的隔离度。如图4所示，天线单元在带内增益全在6.6db以上。如图5所示，天线单元在带反射系数全在-10db以下，隔离度在30db以上。
46.实施例2
47.本实施例提供一种毫米波(wm)调频连续波形(fmcw)雷达系统，包括如实施例1所述的具有高隔离度的小型化天线阵列，以实现近距离目标成像。
48.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。