线性极化天线及采用其的雷达设备的制作方法

专利名称：线性极化天线及采用其的雷达设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种其中采用了用来实现高性能、高生产率和低成本的技 术的线性极化天线及釆用该线性极化天线的雷达设备，并且特别涉及一种
适用于用作未来汽车雷达的UWB (超宽带)雷达的线性极化天线及使用该 线性极化天线的雷达。
背景技术：
其中使用范围从22至29GHz的亚毫米波的UWB目前主要是用作车载 或便携近程雷达(SRR)。
用于UWB的雷达设备的天线必须具有宽带辐射特性，并且考虑到天线 在安装于车辆上时是设置在车体与保险杠之间的间隙中，天线必须具有紧 凑且薄型的平板结构。
天线还必须利用由UWB限定的微弱无线电波进行探观'h并且需要低损 耗高增益天线来抑制无益的功率损耗使得天线可以由电池来驱动。因此， 必须能够容易地获得阵列天线。
为降低成本，天线中，理想地，可以通过图案印刷技术产生天线元件 的馈电单元。
如上所述，将22至29 GHz频带用于UWB雷达。然而，22至29 GHz 频带包括用来保护射电天文学或地球探测卫星(EESS )的无源传感器的RR 无线电波发射禁止波段(23.6至24.0 GHz )。
2002年，在非专利文献l中，FCC (美国联邦通信委员会)公开了一 种规则，其中平均功率密度不大于-41.3 dBm且峰值功率密度在22至29 GHz 频带设置为0 dBm/50 MHz。
该规则还规定了每隔几年仰角副瓣下降-25 dB至-35 dB,从而抑制对 EESS的辐射干扰。
非专利文献1: FCC 02-48 NEW Part 15 Rules, FIRST REPORT AND ORDER。
然而，为实现仰角副瓣的下降，会沿垂直方向增加用于UWB雷达的天 线的尺寸，并且显然天线难以安装在通常的客车中。
因此，2004年，FCC增加了修正规则，即如非专利文献2所述的与天 线的仰角副瓣无关的方法。在该修正规则中，RR无线电波发射禁止波段的 辐射功率密度设置为比以前小20dB的-61.3dBm/MHz。
非专利文献2: "Second Report and Order and Second Memorandum Opinion and Order，，FCC 04-285， 2004年12月16日。
在传统UWB雷达中釆用使用半导体开关从连续振荡器开关连续波 (CW)的方法。
在该方法中，由于开关隔离的不完全产生了大量残留载波。因此，如 图18的虚线所示，残留载波撤到分配给多普勒雷达的范围在24.05至24.25 GHz的SRD (近程装置)波段。
然而，因为SRD波段极接近于RR无线电波发射禁止波段，存在与EESS 等的干扰无法避免的严重问题。
为了解决该问题，已经提出了一种方法，其中非专利文献3中所示的 突发振荡器用作UWB雷达。
非专利文南史3: "Residual-carrier free burst oscillator for automotive UWB radar application", Electronics Letters, 28th April 2005, Vol. 41, No. 9。
该突发振荡器仅在脉沖存在时振荡，反之，该突发振荡器在脉冲消失 时停止振荡。因此，在突发振荡器用于UWB雷达时不产生残留载波。
因为任何频谱分配都可以实现，因此图18实线所示的波段可以用于 UWB雷达，结果，在RR无线电波发射禁止波段中，辐射功率密度可以抑 制到足够低的水平。
然而，难以形成比仅使用突发振荡器的谱峰低20dB或更多的辐射功率 密度。
在此情况下，当天线具有增益在RR无线电波发射禁止波段中具有陡降 (缺口 )的特性时，满足新FCC规则的UWB雷达可以通过使用天线和突 发振荡器的组合来实现。
本发明目的在于提供一种适用于其在RR无线电波发射禁止波段中具 有增益缺口的UWB雷达的天线。
首先，必须将宽带薄型平板天线实现为满足各种要求的天线。
作为薄型平板天线，有一种大家熟知的所谓贴片天线，其具有矩形或 圓形板状天线元件通过构图形成在介电衬底上的构造。
然而，通常贴片天线具有较窄的波带。为了扩宽波带，必须使用低介 电常数的厚衬底。
需要低损耗衬底从而在亚毫米波段使用天线，Teflon 是一种熟知的这 种衬底。
然而，由于Teflon难以与金属薄膜结合，存在天线难以制造导致成本 增加的问题。
因此，考虑在UWB必须的宽带振子天线中使用圓极化波或线性极化 波。在圆极化波的情况，有一种诸如有良好特性的螺旋天线的天线。
然而，必须有使用线性极化波的UWB天线，因为圆极化波无法在包括 通信功能的车载近程雷达的情况中使用。具有通信功能的近程雷达的实现 最近刚刚研究出来。
在线性极化波的情况下，存在难以获得宽带振子天线的问题。
作为相对宽带线性极化波的振子天线，已知一种成为蝶形天线的偶极 天线。该偶极天线由一对三角形形成。
然而，在蝶形天线用作阵列天线的情况下，容易由于天线间的相互连 接而产生方向性的干扰。
采用增加衬底厚度至约传播波长的四分之一的方法来扩宽使用介电衬 底的平板天线中的波带，并且此方法在天线作为单个元件使用的情况下十 分有效。
然而，在其中排列了多个元件的阵列天线中，在介电衬底增厚时，激 发出沿介电衬底表面传播的表面波，其导致了元件受表面波影响难以获得 期望特性的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种线性极化天线和使用其的雷达设备。在线 性极化天线中，抑制表面波的干扰，从而获得良好的宽带辐射特性，抑制 RR无线电波发射禁止波段的辐射，并且可以实现高产出率和降低成本。
为了实现上述目的，本发明的第 一 方面在于提供一种线性极化天线， 包括
介电衬底(21、 21，、 21");
覆盖在介电村底一个表面上的接地导体(22、 22，)； 形成在介电衬底的相对表面上，成为线性极化的天线元件(23、 23，)； 多个金属柱(30)，其中多个金属柱每一个的一端连接于接地导体，并
且沿其厚度方向穿透介电衬底，多个金属柱每一个的另一端延伸到介电衬
底相对表面，多个金属柱以预定间隔设置形成腔从而包围天线元件；以及 导电边框(32、 32，)，其沿着介电村底相对表面上多个金属柱的线方
向短路连接多个金属柱每一个的另 一端，设置导电边框同时以预定距离朝
向天线元件的方向延伸。
为了实现上述目的，本发明的第二方面在于提供根据第一方面的线性
极化天线，其中天线元件通过具有一对输入接头(25a、 25b)的偶极天线
元件形成，
该线性极化天线还包括馈电销(25),其中一端连接于偶极天线元件的 一对输入接头中之一，同时设置另一端从而穿透介电村底和接地导体，以 及
偶极天线元件一对输入端的另一个穿透介电衬底从而短3各连接接地导体。
为了实现上述目的，本发明的第三方面在于提供根据第 一 方面的线性 极化天线，其中导电边框(32、 32，)具有彼此跨过天线元件的至少一对不 均匀宽度部分。
为了实现上述目的，本发明的第四方面在于提供根据第三方面的线性 极化天线，其中该对不均匀宽度部分为一对三角形部分。
为了实现上述目的，本发明的第五方面在于提供根据第三方面的线性 极化天线，其中设置形成在介电衬底上的多组天线元件和多组馈电销，其 中多组馈电销的一端连接于天线元件的 一对输入端中之一，
构成腔的多个金属柱和导电边框形成为栅格形从而围绕多组天线元 件，以及
线性极化天线还包括设置在接地导体侧面上的馈电单元(40)，从而经 多组馈电销向多组天线元件分配和馈给激励信号。
为了实现上述目的，本发明的第六方面在于提供根据第五方面的线性 极化天线，其中馈电单元通过馈电介电衬底(41)和微带馈电线(42)形
成，馈电介电衬底跨过接地导体设置在与介电衬底相对的侧面上，微带馈 电线设置在馈电介电衬底的表面上。
为了实现上述目的，本发明的第七方面在于提供根据第二方面的线性 极化天线，其中偶极天线元件形成为具有预定底宽度WB和预定高度LB/2 的三角形，偶极天线元件构成蝶形天线，同时排列其顶点从而彼此面对。
为了实现上述目的，本发明的第八方面在于提供根据第二方面的线性
极化天线，其中偶极天线元件形成为具有预定突出宽度WB和预定高度Le/2 的变形菱形，偶极天线元件构成蝶形天线，同时排列其顶点从而彼此面对。
为了实现上述目的，本发明的第九方面在于提供根据第 一方面的线性 极化天线，其中第一线性极化天线元件(23、 23，)和第二线性极化天线元 件(23、 23，)形成为介电衬底(21")上的天线元件，
多个金属柱(30)每一个的一端连接于接地导体，并且沿着其厚度方 向穿透介电衬底，多个金属柱每一个的另 一端延伸到介电衬底的相对表面， 多个金属柱以预定间隔设置从而形成分开的腔，使得多个金属柱包围第一 线性极化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第 一线性极化天线 元件和第二线性极化天线元件，以及
第一导电边框(32)和第二导电边框(32，)设置为介电衬底相对表面 上的导电边框(32、 32，)，第一导电边框和第二导电边框沿着多个金属柱的 线方向短路连接多个金属柱每一个的另 一端，多个金属柱以预定间隔设置 从而包围第一线性极化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第一 线性极化天线元件和第二线性极化天线元件，第一导电边框和第二导电边 框以预定距离朝向第 一 线性极化天线元件和第二线性极化天线元件的方向 延伸。
为了实现上述目的，本发明的第十方面在于提供根据第九方面的线性 极化天线，其中第一线性极化天线元件和第二线性极化天线元件中之一用 作雷达设备(50)的发射天线(51)，而另一个用作雷达设备(50)的接收 天线(52 )。
为了实现上述目的，本发明的第十一方面在于提供根据第一至第十方 面中任意一个的线性极化天线，其中谐振器由腔和导电边框形成，调整谐 振器和天线元件的结构参数从而设置谐振器至期望的谐振频率，由此获得 频率特性，使得线性极化天线的增益在预定范围内减小。
为了实现上述目的，本发明的第十二方面在于提供根据第十一方面的 线性极化天线，其中结构参数包括腔的内部尺寸LW、导电边框的边框宽度
LR、天线元件的总长度LB、以及天线元件的横向宽度WB中的至少一个。
为了实现上述目的，本发明的第十三方面在于提供一种雷达设备(50 )， 包括
经发射天线(51)向空间发射雷达脉沖的发射单元(54); 经接收天线(52 )接收从存在于该空间中的目标反射的雷达脉冲波的 接收单元(55 );
基于来自接收单元的接收输出探测存在于该空间中的目标的分析处理 单元(56);以及
基于来自分析处理单元的输出控制发射单元和接收单元中的至少一个 的控制单元(53)，
其中发射天线和接收天线分别通过第一和第二线性极化天线元件(23、 23，)形成，第一和第二线性极化天线元件(23、 23，)分别包括
介电衬底(21、 21，、 21");
覆盖在介电衬底一个表面上的接地导体(22、 22，)； 形成在介电衬底的相对表面上，制成为线性极化的天线元件(23、 23，)； 多个金属柱(30)，其中多个金属柱每一个的一端连接于接地导体，并 且沿其厚度方向穿透介电衬底，多个金属柱每一个的另一端延伸到介电衬 底相对表面，多个金属柱以预定间隔设置形成腔从而包围天线元件；以及 导电边框(32、 32，)，其沿着介电衬底相对表面上多个金属柱的线方 向短路连接于多个金属柱每一个的另 一端，设置导电边框同时以预定距离 朝向天线元件的方向延伸，
多个金属柱(30)每一个的一端连接于接地导体，并且沿着其厚度方 向穿透介电衬底，多个金属柱每一个的另一端延伸到介电衬底的相对表面， 多个金属柱以预定间隔设置从而形成分开的腔，使得多个金属柱包围第一 线性极化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第 一线性极化天线 元件和第二线性极化天线元件，以及
第一导电边框(32)和第二导电边框(32，)设置为介电衬底相对表面 上的导电边框(32、 32，)，第一导电边框和第二导电边框沿着多个金属柱的 线方向短路连接多个金属柱每一个的另 一端，多个金属柱以预定间隔设置
从而包围第一线性极化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第一 线性极化天线元件和第二线性极化天线元件，第一导电边框和第二导电边 框以预定距离朝向第 一 线性极化天线元件和第二线性极化天线元件的方向延伸。
为了实现上述目的，本发明的第十四方面在于提供根据第十三方面的
雷达设备(50),其中天线元件通过具有一对输入接头(25a、 25b)的偶扭^ 天线元件形成，
该线性极化天线还包括馈电销(25)，其中一端连接于偶极天线元件的 一对输入接头中之一，同时设置另一端从而穿透介电衬底和接地导体，以 及
偶极天线元件一对输入端的另一个穿透介电衬底从而短^各连接接地导体。
为了实现上述目的，本发明的第十五方面在于提供根据第十三方面的 雷达设备(50),其中导电边框(32、 32，)具有彼此跨过天线元件的至少一 对不均匀宽度部分。
为了实现上述目的，本发明的第十六方面在于提供根据第十五方面的 雷达设备(50)，其中该对不均匀宽度部分为一对三角形部分。
为了实现上述目的，本发明的第十七方面在于提供根据第十四方面的 雷达设备(50),其中设置形成在介电衬底上的多组天线元件和多组馈电销， 其中多组馈电销的 一端连接于天线元件的 一对输入端中之一 ，
构成腔的多个金属柱和导电边框形成为栅格形从而围绕多组天线元 件，以及
线性极化天线还包括设置在接地导体侧面上从而的馈电单元(40), 乂人 而经多组馈电销向多组天线元件分配和馈给激励信号。
为了实现上述目的，本发明的第十八方面在于提供根据第十七方面的 雷达设备(50)，其中馈电单元由馈电介电衬底(41)和微带馈电线(42) 形成，馈电介电衬底跨过接地导体设置在与介电衬底相对的侧面上，微带 馈电线设置在馈电介电衬底的表面上。
为了实现上述目的，本发明的第十九方面在于提供根据第十四方面的 雷达设备(50)，其中偶极天线元件形成为具有预定底宽度Wu和预定高度 LB/2的三角形，偶极天线元件构成蝶形天线，同时排列其顶点从而彼此面
对。
为了实现上述目的，本发明的第二十方面在于提供根据第十四方面的 雷达设备(50),其中偶极天线元件形成为具有预定突出宽度WB和预定高
度IV2的变形菱形，偶极天线元件构成蝶形天线，同时排列其顶点从而彼
jt匕面只十。
为了实现上述目的，本发明的第二十一方面在于提供根据第十三至第
二十方面中任意一个的雷达设备(50),其中谐振器由腔和导电边框形成， 调整谐振器和天线元件的结构参数从而设置谐振器至期望的谐振频率，由 此获得频率特性，使得线性极化天线的增益在预定范围内减小。
为了实现上述目的，本发明的第二十二方面在于提供根据第二十一方 面的雷达设备(50)，其中结构参数包括腔的内部尺寸Lw、导电边框的边 框宽度LR、天线元件的总长度U、以及天线元件的横向宽度Wb中的至少 一个。
在具有上述构造的本发明的线性极化天线中，排列穿透介电衬底的多 个金属柱从而包围天线元件，由此形成腔结构。另外，多个金属柱每一个 的一端沿着线方向短路连接，设置导电边框(边框/导电边框)同时以预定 距离沿天线元件方向延伸。由此，可以抑制表面波的产生并且可以设置天 线至期望的辐射特性。
在本发明的线性极化天线中，天线增益的频率特性可以设置从而通过 利用腔的谐振现象在RR无线电波发射禁止波段中具有陡坡(缺口 )，其有 效降低了与EESS或射电天文服务的无线电干扰。
在本发明的线性极化天线中，即使将天线阵列排列，也可以防止由天 线元件之间的表面波的干扰导致的特性波动。


图1为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线构造的透视图； 图2为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线构造的正视图； 图3为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线构造的后视图； 图4A为沿图2的4A-4A线截取的放大截面图； 图4B为沿图2的4B-4B线截f^的;^大截面图； 图5为沿图2的5-5线截取的放大截面图6为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线主要部分构造的放
大正视图7为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线主要部分改动后的 构造的放大正视图8为示出取走根据本发明第一实施例的线性极化天线主要部分构造 的情况和使用该主要部分构造的情况的特性图9为示出采用根据本发明第二实施例的线性极化天线的阵列构造的 正视图10为示出采用根据本发明第二实施例的线性极化天线的阵列构造的 侧视图11为示出采用根据本发明第二实施例的线性极化天线的阵列构造的 后视图12A为示出采用根据本发明第三实施例的线性极化天线的主要部分 构造的放大正视图12B为示出采用根据本发明第三实施例的线性极化天线的主要部分 改动后的构造的放大正视图12C为示出采用根据本发明第三实施例的线性极化天线的主要部分 另 一种改动后的构造的放大正视图13为示出使用釆用图12C所示根据本发明第三实施例的线性极化天 线改型的主要部分的构造和使用采用图2所示根据本发明第一实施例的线 性极化天线的的主要部分构造情况下的特性图14为示出采用根据本发明第四实施例的线性极化天线的阵列构造的 正视图15为示出使用采用根据本发明第四实施例的线性极化天线的阵列构 造的特性图16为示出采用该设备第五实施例的雷达设备构造的方框图； 图17为示出用于采用该设备第五实施例的雷达设备的线性极化天线构
造的正浮见图；以及
图18为示出亚毫米波段UWB的频i普遮罩和期望工作频率波段(推荐
波段)的视图。
具体实施例方式
下面将参照附图介绍本发明的某些实施例。 (第一实施例)
图1至5示出了根据本发明第 一 实施例的线性极化天线20的基本结构。
图1为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线构造的透视图。
图2为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线构造的正视图。 图3为示出根据本发明第一实施例的线性极化天线构造的后视图。 图4A为沿图2的4A-4A线截取的方文大截面图。 图4B为沿图2的4B-4B线截取的》文大截面图。 图5为沿图2的5-5线截取的放大截面图。
基本上，如图1至5所示，本发明的线性极化天线包括介电衬底21、 接地导体22、线性极化天线元件23、多个金属柱30、以及导电边框32。 接地导体22重叠在介电衬底21的一个表面上。线性极化天线元件23形成 在介电衬底21的相对表面上。多个金属柱30每一个的一端连接于接地导 体22，沿其厚度方向穿过介电衬底21。多个金属柱30每一个的另一端延 伸至介电衬底21的相对表面。多个金属柱30以预定间隔设置从而将天线 元件23包围起来，构成一个腔。在介电衬底21的相对表面上，多个金属 柱30每一个的另 一端沿着多个金属柱30的线方向短路。导电边框32沿着 天线元件23的方向以预定距离延伸地设置。
具体而言，线性极化天线20为低介电常数(约3.5 )材料制成的衬底。 例如，线性极化天线20包括1.2mm厚的介电衬底21、设置在介电衬底21 一个表面(图l和2中为后表面)上的接地导体22、偶极天线元件23、 一 个馈电销25、以及一个短路销26。偶极天线元件23由一对振子天线23a 和23b形成。该对振子天线23a和23b利用线性极化波激发该腔，并且通过 图案印刷技术形成在介电衬底21的相对表面(图l和2中为前表面)上。 馈电销25和短路销26向天线元件23供给电源。
馈电销25和短路销26沿其厚度方向穿透介电衬底21，馈电销25还穿 过接地导体22的孔22a，短^各销26短^各连接于接地导体22。
因为偶极天线元件23为平衡型元件天线，可以进行平衡馈电。
在该情况下，代替一个馈电销25和一个短路销26，可以设置两个々贵电 销穿过形成在接地导体22中的两个孔。
然而，通常，电源使用同轴线或微带线供给天线。
因为同轴线和微带线为所谓的非平衡线，在向诸如偶极天线元件23的 平衡元件的天线供给电源时，必须在馈电销与天线之间插入平衡-不平橫f 变压器。
然而，在实现UWB必须的宽带特性时，由于平衡-不平衡变压器明显 变大而无法可4亍。
本发明中，为解决该问题，如上所述，电源使用同轴电缆经馈电销25 供给构成偶极天线元件23的一对振子天线23a和23b的振子天线23b,将 接地导体22设置为接地线的共面线或者是后面提到的微带线，与另 一振子 天线23a经短路销26短路连接至接地导体22。因此，即使馈电线实际上是 不平衡类型的，电源也可以不使用平衡-不平衡变压器供给。
结果，可以从天线元件23发射线性极化波的无线电波。
介电衬底21可以由诸如在亚毫米波段具有低损耗的RO4003 (Rogers 公司产品)的材料形成。
介电衬底21可以由介电常数的范围在约2至约5的低损耗材料形成， 该材料的示例包括玻璃纤维Teflon衬底和各种热塑树脂衬底。
然而，在仅具有上述结构的线性极化天线中，由于如上所述地沿介电 衬底21的表面激发出表面波，线性极化天线的期望特性受表面波的影响而 无法获得。
因此，在第一实施例的线性极化天线20中，如图4A和5所示，除了 上述结构以外，采用腔的结构。例如，以预定间隔设置多个圆筒形金属柱 30将天线元件23包围起来，这样形成腔形结构。多个圓筒形金属柱30每 一个的一端连接于接地导体22,并穿透介电衬底21。多个圆筒形金属柱30 每一个的另一端延伸到介电衬底21的相对表面。
另外，在第一实施例的线性极化天线20中，在除腔形结构以外，在介 电衬底21的相对表面上设置导电边框32。多个金属柱30每一个的另一端 沿着线方向通过导电边框32顺序短路连接，并且导电边框32从与多个金 属柱30每一个的连接点朝向天线元件23的方向以预定距离延伸。
在第一实施例的线性极化天线20中，可以通过腔形结构和导电边才匡32 的协同效应抑制表面波。
如图4B所示，多个金属柱30可以通过形成多个孔301从而穿透介电
衬底21并镀覆(通孔镀)该多个孔301的内壁形成多个中空金属柱30，来 实现。
在此情况下，通过通孔镀形成的该多个中空金属柱30，的下端部分经焊 垫302连接于接地导体22。焊垫302通过图案印刷技术形成在介电衬底21 的一端上。
下面将介绍每个部分的结构参数和改变结构参数对于线性极化天线20 的特性获得的模拟结果，从而说明通过腔形结构和导电边框32抑制表面波 的效果。
现在将介绍每个部分成为结构参数的因素。
在线性极化天线20中使用UWB中26GHz频率。如图6所示，偶极天 线元件包括一对输入接头25a和25b,而三角蝶形天线用作偶极天线元件 23。三角蝶形天线具有约1.8mm的宽度WB和约3.5mm的总长度LB。
在以下的介绍和实施例中，三角形的示例显示为应用作线'性极化天线 20的天线元件23。
如图7所示，在三角形的位置，也可以将变形菱形天线元件23用作应 作为线性极化天线20采用的偶极天线元件23。变形菱形天线元件23包4舌 一对输入接头25a和25b，并且具有预定的突出宽度WB和总长度LB。
介电衬底21具有正方形外形，天线元件23的中心位于正方形的中心。 如图2所示，正方形具有L的侧边(以下称作外边长)，而腔也形成在具有 相同中心的正方形中。
如图4A和4B所示，腔的内尺寸设置为Lw，而从导电边框32的腔的 内壁向内延伸的距离(以下称作边框宽度)设置为LR。
形成腔的多个金属柱30每个的直径为0.3mm,多个金属柱30之间的 间隔为0.9mm。
图8示出了其中使用是用蝶形天线的天线的三种类型的每一种沿垂直 表面(图1和2的yz表面)中的辐射方向性。
图8中，附图标记F1表示多个金属柱30形成的腔和导电边框32都未 提供时的辐射方向性的模拟计算结果。
附图标记F2表示提供多个金属柱30形成的腔但未提供导电边框32时 的辐射方向性。
附图标记F3表示提供多个金属柱30形成的腔并提供导电边框32时的
辐射方向性。
线性极化天线的辐射特性需要相对于0。方向对称的宽单峰特性。
由图8显见，在其中未提供由多个金属柱30形成的腔和导电边框32 的辐射方向性F1中，相对于0。方向的不对称变得更大，并且该方向不具有 单峰特性。
可以轻易预见，这归结于由蝶形天线激发的波沿着介电衬底21以表面 波传播，因为有多个金属柱30形成的腔不存在。
另 一方面，在其中提供由多个金属柱30形成的腔但未提供导电边框32 的辐射方向性F2中，因为存在由多个金属柱30形成的腔，设想会获得具 有良好特性的天线。然而，如图8所示，实际上，辐射方向性F2也具有相 对于0。方向的不对称性。
这意味着，表面波无法仅使用由多个金属柱30形成的腔来充分抑制。
另一方面，在其中提供由多个金属柱30形成的腔和导电边框32的辐 射方向性F3中，获得了相对于0。方向的对称性，且方向性具有宽单峰特性。
这是因为传输到腔外的表面波通过由多个金属柱30形成的腔和导电边 框32两者抑制，从而产生仅从腔开口的无线电波辐射，并且显见，通过提 供导电边框32获得了较大的效果。
边框宽度LR通过模拟或按照如下所述的在天线增益中在RR无线电波 发射禁止波段中产生缺口同时抑制表面波的实验来确定。
通常，边框宽度U具有1.2mm的值。
边框宽度LR=1.2mm基本对应于表面波波长的四分之一。
即，边框宽度LR=1.2mm的部分形成长度为Xg/4 ( Xg为波导的波长) 长度的传输通道，其中阻抗在从前端观察柱壁侧面时对表面波变为无限大。
因此，电流不沿着介电衬底21的表面通过，抑制表面波的激发从而通 过电流阻塞作用防止辐射特性的波动。
因此，边框宽度LR的设置可以根据线性极化天线20应用于上述频带 以外的频带的情况下的频率来改变。
第 一 实施例的线性^L化天线20可以用于UWB中的各种通信系统。
第二实施例
第一实施例的线性极化天线20在UWB雷达必须的增益不够的情况下 或在需要波束变窄的情况下可以排成阵列。
图9至11示出了作为根据本发明的线性极化天线的第二实施例的阵列
线性极化天线20，的构造。
图9为示出采用根据本发明第二实施例的线性极化天线的阵列构造的 正视图。
图10为示出采用根据本发明第二实施例的线性极化天线的阵列构造的
侧浮见图。
图11为示出采用根据本发明第二实施例的线性极化天线的阵列构造的 后视图。
在根据第二实施例的线性极化天线20，中，多套第一实施例的天线元件 23在7>共纵向矩形介电村底21，和接地导体22，上沿着两4亍和四列排列。
向多套天线元件23分配并馈给激励信号的馈电单元40形成在线性极 化天线20，接地导体22，的侧面。
作为按照与第 一 实施例相同的方式形成的三角蝶形天线的八个天线元 件23 (1)至23 (8)沿着两行四列设置在介电衬底21，的表面上。
与第一实施例类似，每个天线元件23 (1)至23 (8)由排列其一端连 接于接地导体22，的多个金属柱30形成的腔所包围。
在天线元件23 ( 1 )至23 (8)中，多个金属柱30沿着线方向在多个 金属柱30每一个的另 一侧通过导电边框32，彼此连接。导电边框32，以预定 距离(边框宽度LR)从与多个金属柱30每一个的连接点朝向天线元件23 的方向延伸。
即，天线元件23 (1)至23 (8)的每一个构造为抑制表面波的产生。
在多个天线元件23 ( 1 )至23 (8)与线性极化天线20，类似地纵向水 平排列的情况下，设置在相邻天线元件之间的腔和导电边框32，是公用的， 线性极化天线20，整体可以形成为栅格形状。
然而，形成设置在两相邻天线元件之间的导电边框32，从而以预定距离 (边框宽度LR)朝向两个天线元件延伸。
馈电销25 ( 1 )至25 ( 8 )的每一个的一端连接到天线元件23 ( 1 )至 23 (8)的每一个的馈电点。馈电销25 (1)至25 (8)的每一个穿透介电 衬底21，并以非导电状态通过接地导体的孔22a，，然后，馈电销25 ( 1 ) 至25 ( 8 )每一个穿透馈电介电衬底41构成馈电单元40而馈电销25 ( 1 ) 至25 (8)每一个的另一端突出于馈电介电衬底41的表面。
如图11所示，微带馈电线42 (a)至42 (h)和42 ( b，)至42 ( h，) 形成在馈电介电衬底41的表面上同时接地于接地导体22，。
馈电线42 (a)至42 (h)和42 ( b，)至42 ( h，)包括两根馈电线42b 和42b，、两根线42c和42d、以及四4艮馈电线42e至42h。两根馈电线42b 和42b，从连接于发送单元(未示出)或接收单元(未示出)的输入和输出 馈电线42a水平分支出。两根线42c和42d从向左延伸的线42d垂直分支出。 四根馈电线42e至42h从两根线42c和42d分支出。
在图11中，四根馈电线42e至42h连接于右侧行天线元件23 ( 1 )至 23 (4)的々赍电销25 ( 1 )至25 (4)。
基本类似于左侧线42b，从输入和输出馈电线42a向右分支出来的线 42b，具垂直分支的两根馈电线42c，和42d，和从两根线42c，和42d，分支出的 四才Mt电线42e，至42h，。
图9中，四根馈电线42e，至42h，连4妻于左侧行天线元件23 ( 5 )至23 (8)的々赍电销25 (5)至25 (8)。
因为从输入和输出馈电线42a观察时，到馈电线25 (1)至25 (8)的 线长设置的相等，电源以相同的相位供给天线元件，辐射波束朝向天线的 前面耳又向。
在具有上述构造的第二实施例的线性极化天线20，中，通过每个天线元 件23中由多个金属柱30形成的腔和导电边框32，抑制了表面波的产生。因 此，与第一实施例类似地，元件之间的相互连接减小从而获得了单峰方向 性的期望辐射特性。
在第二实施例的线性极化天线20，中，沿垂直平面传播的波束可以适当 地变窄，因为天线元件以四列纵向排列，成为问题的高仰角方向的辐射可 以得到抑制，即使是包括UWB波段中RR无线电波发射禁止波段的成分。 因此，第二实施例的线性极化天线20，还具有降低对RR无线电波发射禁止 波段干扰的效果。
在阵列线性极化天线20，的馈电单元40中，激励信号通过形成在馈电 介电衬底41上的微带馈电线42分配并馈给至每个天线元件。或者，馈电 单元可以通过共面线形成。
在此情况下，类似地，可以采用在馈电介电衬底41的表面上形成共面 线型馈电线的方法或在接地导体22，中直接形成共面线型馈电线的方法。
特别地，在后一方法中，有着可以略去馈电介电衬底41的优点。 在本发明的线性极化天线中，可以想见，通过设置利用多个金属柱30
形成的腔、以及介电衬底21中的导电边框32形成谐振器，并且谐振器通 过线性极化天线元件23激发。
因为谐振器形成在本发明的线性极化天线中，存在谐振频率，线性极 化天线的输入阻抗较大的增加从而消除了谐振频率的辐射。
在此情况下，谐振器的谐振频率通过谐振器和线性极化天线元件的结 构参数来确定。
如上所述，结构参数的示例包括振子天线的匝数、元件的基本长度a0、 以及除了腔的内部尺寸Lw和边框宽度LR以外的线宽度W。
因此，陡坡(缺口 )迅速产生在天线增益频率特征中的谐振频率附近。 在谐振频率与RR无线电波发射禁止波段(23.6至24.0 GHz)匹配时， 作为UWB雷达发射天线的天线可以用于较大地减小与地球探测卫星等的 干扰。
然而，因为缺口产生一般的窄带，考虑生产的困难，充分扩宽缺口带 宽从而覆盖RR无线电波发射禁止波段很重要。 (第三实施例)
下面将介绍其中采用扩宽缺口波段的构造的根据本发明的线性极化天 线的第三实施例。
图12A至12C为示出采用根据本发明第三实施例的线性极化天线20 的主要部分构造和两种不同改形的构造的放大正视图。
图12A、 12B和12C所示的线性极化天线20的每一个的特征在于.,导电 边框32的宽度形成的不均匀。
图12A的线性极化天线20示出了形成波形作为可以用来不均匀地形成 导电边框32的宽度的任何形状的情况下的一个示例。
图12B的线性极化天线20示出了形成弧形作为可以用来不均匀地形成 导电边框3 2的宽度的任何形状的情况下的 一 个示例。
图12C的线性极化天线20示出了形成三角形作为可以用来不均匀地形 成导电边框32的宽度的任何形状的情况下的一个示例。
如图2所示，在导电边框32形成为均匀宽度的正方形的情况下，形成 具有无限大阻抗的X/4传输通道从而从前端侧向柱壁侧面观察时极大地尖
锐谐振频率的谐振。另一方面，如图12A、 12B和12C所示，谐振通过不 均匀地形成导电边框32的宽度而变迟钝。
图13为说明导电边框32如图12C所示形成为三角形的情况下的效果 的视图。图12C所示的导电边框32具有线性极化天线20的最简单结构。
在此情况下，具体而言，图12C中，hl设置为约0.26mm，而h2设置 为约1.26mm。
图13中，虚线表示导电边框32具有如图2所示的边框宽度为Lfl.0mm 的正方形均匀宽度的情况下，天线增益的频率特性。
实线表示导电边框32具有如图12C所示的hl=0.26mm和h2=1.26mm 三角形不均匀宽度的情况下，天线增益的频率特性。
由图13显见，26GHz处的增益减小10dBi的位置处的频率宽度在虚线 所示的正方形导电边框32的情况下为约260MHz，而频率宽度在实线所示 的三角形导电边框32的情况下至少500MHz。
即，因为RR无线电波发射禁止波段具有400MHz的宽度，具有400MHz 宽度的RR无线电波发射禁止波段在虚线所示的正方形导电边框32的情况 下无法由缺口的带宽完全覆盖。另一方面，具有400MHz宽度的RR无线电 波发射禁止波段在实线所示的三角形导电边框32的情况下可以由缺口的带 宽完全覆盖。
(第四实施例)
图14为示出采用根据本发明第四实施例的主要部分的构造的正视图。 即，在应用第四实施例的线性极化天线中，如图12C所示，阵列天线
以其中导电边框32形成为三角形的天线元件形成。
图14所示的阵列天线的构造为与图9类似的2x4元件阵列。 图15示出图14所示的阵列天线的天线增益的频率特性。 在该示例中，增益在25至29GHz的范围内保持在15dBi,增益从峰值
水平降低至少约10dBi的陡坡缺口产生在23.6至24.0GHz的范围内，并且
在缺口中获得了必需的带宽。
在本发明的线性极化天线中，RR无线电波发射禁止波段可以通过适当
选择谐振器、导电边框和蝶形天线元件的结构参数中之一利用其中产生缺
口的频率和缺口的带宽来覆盖。
由此，在本发明的线性极化天线中，其中产生缺口的频率可以通过适
当的选择谐振器和天线元件的结构参数中之一或两者与RR无线电波发射
禁止波^:匹配。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，天 线元件23和23，通过具有一对输入接头25a和25b的偶极天线元件23和23， 来形成，还提供了馈电销25，馈电销25的一端连接于偶极天线元件23和 23，的一对输入接头25a和25b中之一，馈电销25的另一侧穿透介电衬底 21和21，和接地导体22和22，，而偶极天线元件23和23，的一对输入接头 25a和25b中的另 一个穿透介电衬底21和21，并且与接地导体22和22，短路 连接。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，导 电边框32和32，具有至少一对不均匀宽度的部分，例如， 一对彼此跨过天 线元件23和23，的三角形部分。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，设 置形成在介电衬底21和21，中的多组天线元件23和23，和多组一端连接于 天线元件23和23，的一对输入接头25a和25b中之一的馈电销25，构成腔 和导电边框32和32，的多个金属柱30形成为栅格形状，从而包围多组天线 元件23和23，，而馈电单元40还设置在接地导体22和22，的侧面/人而通过 多组馈电销25向多组天线元件23和23，分配和馈给激励信号。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，馈 电单元40通过馈电介电衬底41和微带馈电线42来形成。馈电介电衬底41 设置在介电衬底21和21，的相对侧面上跨过接地导体22和22，。微带馈电 线42形成在馈电介电衬底41的表面中。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，天 线元件23和23，的每一个形成为三角形同时具有预定的底宽度We和预定的 高度IV2，而偶极天线元件23和23，构成蝶形天线，同时排列其顶点从而 4皮it匕iiM寸。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，偶 极天线元件23和23，的每一个形成为变形菱形，同时具有预定的突出宽度 We和预定的高度LB/2，偶极天线元件23和23，构成蝶形天线，同时排列 其顶点/人而纟皮》匕面只于。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，谐
振器由腔和导电边框形成，调整谐振器和天线元件23和23，的结构参数从 而将谐振器设置在期望的谐振频率，由此获得频率特性使得线性极化天线 的增益在预定的范围减小。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，结 构参数包括腔的内部尺寸Lw、导电边框的边框宽度LR、天线元件23和23' 的总长度U、以及天线元件23和23，的水平宽度Wb中的至少一个。 (第五实施例)
图16为示出采用该设备第五实施例的雷达设备构造的方框图。
即，图16示出了其中上述实施例的线性极化天线20和20，用作发射天 线51和接收天线52的UWB雷达设备50的构造。
作为车载雷达设备的在图16所示的雷达设备50中，控制单元53执行 发射单元54的时间控制，发射单元54产生具有在预定周期的26GHz的载 波频率的脉冲波，发射天线51发射脉冲波到作为探测目标的空间1。
接收天线52接收从目标la反射到空间1中的脉沖波，并将接受信号 输入到接收单元55。
控制单元53执行接收单元55的时间控制，接收单元55执行接收信号 的才企测处理。
由检测处理获得的信号输出到分析处理单元56，对探测目标的空间1 执行分析过程，若需要，将分析结果通报给控制单元53。
线性极化天线20和20，可以用作具有上述构造的雷达设备50的发射天 线51和接收天线52。
在雷达设备50安装在车辆上的情况下，期望发射天线51和接收天线 52 —体i也形成。
图17示出了考虑上述点形成的线性极化天线60。从结构的视角来看， 由具有与图15的线性极化天线20，相同构造的第一和第二线性极化天线20' 形成的发射天线51和接收天线52设置在普通景观取向(common landscape-oriented)介电4十底21"的右侧和左侧上。
图17为示出用于采用该设备第五实施例的雷达设备的线性极化天线 60构造的正^L图。
如上所述，在设置在线性极化天线60中的发射天线51和接收天线52， 因为每个天线元件23由多个金属柱30形成的腔结构和导电边框32，包围，
表面波不对发射天线51和接收天线52产生影响。由此，发射天线51和接 收天线52具有宽带增益特性，对RR无线电波发射禁止波段的发射得到抑制。
另外，因为图17的发射天线51和接收天线52的每个馈电单元(未示 出)具有图15所示的阵列结构，获得了良好的线性极化波特性，接收天线 52可以以高灵敏度接收从目标la反射的线性极化波。发射天线51向探测 空间发射线性极化波。
可以采用与线性极化天线20和20，，等效的作为雷达设备50的发射天线 51和接收天线52。
即，本发明的雷达设备的特征在于，基本包括经发射天线51向空间1 发射雷达脉沖的发射单元54,经接收天线52接收从空间1反射的雷达脉沖 波的发射单元55,基于来自接收单元55的接收输出探测存在于空间1中的 目标la的分析处理单元56，以及基于来自分析处理单元56的输出控制发 射单元54和接收单元55中的至少一个的控制单元53。在雷达设备中，由 第一和第二线性极化天线元件23和23，形成发射天线51和接收天线52，第 一和第二线性极化天线元件23和23，分别包括介电衬底21、 21，和21"，重 叠在介电衬底21、 21，和21"每一个的一侧上的接地导体22和22，，形成在 介电衬底21、 21，和21"的相对表面上的线性极化天线元件23和23，， 一端 连接于接地导体22和22，的多个金属柱30，多个金属柱30沿着厚度方向穿 透介电村底21、 21，和21"，多个金属柱30的另一端延伸到介电衬底21、 21，和21"的相对表面，多个金属柱30以预定间隔i殳置形成腔^v而包围天线 元件23和23，，以及在介电衬底21、 21，和21"相对表面上短路连接多个金 属柱30每一个的另 一端的导电边框32和32，，设置导电边框32和32，同时 以预定间隔沿着天线元件23和23，的方向延伸。多个金属柱30每一个的一 端连接于接地导体22和22，，多个金属柱30沿着其厚度方向穿透介电衬底 21"，多个金属柱30的另一端延伸到介电衬底21"的相对表面，多个金属柱 30以预定间隔设置从而形成分开的腔，使得多个金属柱30包围第一线性极 化天线元件23和23，和第二线性极化天线元件23和23，，同时分开第一线 性极化天线元件23和23，以及第二线性极化天线元件23和23，，第一导电 边框32和第二导电边框32，设置为介电衬底21"相对表面上的导电边框32 和32，，第一导电边框32和第二导电边框32，沿着多个金属柱30的线方向
短路连接多个金属柱30每一个的另一端，多个金属柱30以预定间隔设置 从而包围第一线性极化天线元件23和23，以及第二线性极化天线元件23和 23，，同时分开第一线性极化天线元件23和23，以及第二线性极化天线元件 23和23'，第一导电边框32和第二导电边框32，以预定距离朝向第一线性极 化天线元件23和23，和第二线性极化天线元件23和23，的方向延伸。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，天线元 件23和23，通过具有一对输入接头25a和25b的偶一及天线元件23和23，形 成，还设置了馈电销25,馈电销25的一端连接于偶极天线元件23和23， 的一对输入接头25a和25b中之一，馈电销25的另一端穿透介电衬底21" 和接地导体22和22，，偶极天线元件23和23，的一对输入接头25a和25b 的另一穿透介电衬底21"并短路连接4妄地导体22和22，。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，导电边 框32和32，具有至少一对不均匀宽度的部分，例如，彼此跨过天线元件23 和23，的一对三角形部分。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，设置形 成在介电衬底21"中的多组天线元件23和23，和一端连接于天线元件23和 23，的一对输入接头25a和25b中之一的多组馈电销25，构成腔和导电边框 32和32，的多个金属柱30形成为栅格形状从而包围多组天线元件23和23，， 而馈电单元40进一步设置在接地导体22和22，的侧面上，从而经多组々责电 销25向多组天线元件23和23，分配和馈给激励信号。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，馈电单 元40通过馈电介电衬底41和微带馈电线42形成。馈电介电衬底41跨过 接地导体22和22，设置在与介电衬底21"相对的侧面。微带馈电线42形成 在馈电介电衬底41的表面中。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，偶极天 线元件23和23，的每一个形成为三角形，同时具有预定底宽度WB和预定的 高度LB/2,偶极天线元件23和23，构成蝶形天线，同时排列其顶点/人而彼 jt匕面只f 。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，偶极天 线元件23和23，的每一个形成为变形菱形，同时具有预定突出宽度Wb和預 定的高度LB/2，偶极天线元件23和23，构成蝶形天线，同时排列其顶点从 而4皮jt匕面只于。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，谐振器
通过腔和导电边框32和32，形成，调整谐振器和天线元件23和23，的结构 参数从而设置谐振器到期望的谐振频率，由此获得了频率特性，使得预定 范围内的线性极化天线的增益减小。
除上述基本构造外，本发明的雷达设备的特征在于，优选地，结构参 数包括腔的内部尺寸Lw、导电边框32和32，的边框宽度LR、天线元件23 和23，的总长度LB、以及天线元件23和23，的水平宽度WB中的至少 一个。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，第 一线性极化天线元件23和23，和第二线性极化天线元件23，和23形成为介 电衬底21"中的天线元件，多个金属柱30每一个的一端连接于接地导体22， 多个金属柱30的每一个沿着其厚度方向穿透介电衬底21"，多个金属柱30 每一个的另 一端延伸到介电衬底21"的相对表面，多个金属柱30以预定间 隔设置从而形成分开的腔，使得多个金属柱30包围第一线性极化天线元件 23和23，和第二线性极化天线元件23和23，，同时分开第一线性极化天线元 件23和23，和第二线性极化天线元件23和23，，第一导电边框32和第二导 电边框32，设置为介电衬底21"相对表面上的导电边框32和32，，第一导电 边框32和第二导电边框32，沿着其线方向短路连接多个金属柱30每一个的 另 一端，多个金属柱30以预定间隔设置从而包围第一线性极化天线元件23 和23，和第二线性极化天线元件23和23，，同时分开第一线性极化天线元件 23和23，和第二线性极化天线元件23和23，，第一导电边框32和第二导电 边框32，以预定距离朝向第一线性极化天线元件23和23，和第二线性极化天 线元件23和23，的方向延伸。
除上述基本构造外，本发明的线性极化天线的特征在于，优选地，第 一线性极化天线元件23和23，和第二线性极化天线元件23和23，中的一个 应用为雷达设备50的发射天线51,同时另一个应用为雷达设备50的接收 天线52。
工业应用
第五实施例是其中本发明的线性极化天线用作UWB雷达设备的示例。 除了 UWB雷达设备以外，本发明的线性极化天线还可以用作UWB以外频 带中的各个通信系统。
权利要求
1.一种线性极化天线，包括介电衬底；覆盖在介电衬底一个表面上的接地导体；形成在介电衬底的相对表面上，成为线性极化的天线元件；多个金属柱，其中多个金属柱每一个的一端连接于接地导体，并且沿其厚度方向穿透介电衬底，所述多个金属柱每一个的另一端延伸到介电衬底相对表面，所述多个金属柱以预定间隔设置形成腔从而包围天线元件；以及导电边框，其沿着介电衬底相对表面上多个金属柱的线方向短路连接多个金属柱每一个的另一端，设置导电边框同时以预定距离朝向天线元件的方向延伸。
2. 根据权利要求1的线性极化天线，其中天线元件通过具有一对输入 接头的偶极天线元件形成，该线性极化天线还包括馈电销，其中一端连接于偶极天线元件的一对 输入接头中之一，同时设置另一端从而穿透介电衬底和接地导体，以及 偶极天线元件一对输入端的另一个穿透介电衬底从而短路连接接地导体。
3. 根据权利要求1的线性极化天线，其中导电边框具有彼此跨过天线 元件的至少 一对不均匀宽度部分。
4. 根据权利要求3的线性极化天线，其中该对不均匀宽度部分为一对 三角形部分。
5. 根据权利要求3的线性极化天线，其中设置形成在介电衬底上的多 组天线元件和多组馈电销，其中多组馈电销的 一端连接于天线元件的 一对 输入端中之一，构成腔的多个金属柱和导电边框形成为栅格形从而围绕多组天线元 件，以及线性极化天线还包括设置在接地导体侧面上从而的馈电单元，从而经 多组馈电销向多组天线元件分配和馈给激励信号。
6. 根据权利要求5的线性极化天线，其中馈电单元通过馈电介电衬底 和微带馈电线形成，馈电介电衬底跨过接地导体设置在与介电衬底相对的 侧面上，微带馈电线设置在馈电介电衬底的表面上。
7. 根据权利要求2的线性极化天线，其中偶极天线元件形成为具有预 定底宽度Ws和预定高度LB/2的三角形，偶极天线元件构成蝶形天线，同 时排列其顶点从而彼此面对。
8. 根据权利要求2的线性极化天线，其中偶极天线元件形成为具有预 定突出宽度WB和预定高度LB/2的变形菱形，偶极天线元件构成蝶形天线， 同时排列其顶点从而彼此面对。
9. 根据权利要求1的线性极化天线，其中第一线性极化天线元件和第 二线性极化天线元件形成为介电衬底上的天线元件，多个金属柱每一个的 一端连接于接地导体，并且沿着其厚度方向穿透 介电衬底，多个金属柱每一个的另一端延伸到介电衬底的相对表面，多个 金属柱以预定间隔设置从而形成分开的腔，使得多个金属柱包围第 一线性 极化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第一线性极化天线元件 和第二线性极化天线元件，以及第一导电边框和第二导电边框设置为介电衬底相对表面上的导电边 框，第 一导电边框和第二导电边框沿着多个金属柱的线方向短路连接多个 金属柱每一个的另 一端，多个金属柱以预定间隔设置从而包围第 一线性极 化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第一线性极化天线元件和 第二线性极化天线元件，第一导电边框和第二导电边框以预定距离朝向第 一线性极化天线元件和第二线性极化天线元件的方向延伸。
10. 根据权利要求9的线性极化天线，其中第一线性极化天线元件和 第二线性极化天线元件中之一用作雷达设备的发射天线，而另一个用作雷 达设备的接收天线。
11. 根据权利要求1至10中任意一个的线性极化天线，其中谐振器由 腔和导电边框形成，调整谐振器和天线元件的结构参数从而设置谐振器至 期望的谐振频率，由此获得频率特性，使得线性极化天线的增益在预定范 围内减小。
12. 根据权利要求11的线性极化天线，其中结构参数包括腔的内部尺 寸Lw、导电边框的边框宽度LR、天线元件的总长度LB、以及天线元件的 横向宽度Wb中的至少一个。
13. —种雷达设备，包括经发射天线发射雷达脉沖到空间的发射单元；经接收天线接收从存在于该空间中的目标反射的雷达脉冲波的接收单元；基于来自接收单元的接收输出探测存在于该空间中的目标分析处理单元；以及 的控制单元，其中发射天线和接收天线分别通过第一和第二线性极化天线元件形 成，第一和第二线性极化天线元件分别包括 介电4十底；覆盖在介电衬底一个表面上的接地导体；形成在介电衬底的相对表面上，成为线性极化的天线元件；多个金属柱，其中多个金属柱每一个的一端连接于接地导体，并且沿其厚度方向穿透介电衬底，多个金属柱每一个的另一端延伸到介电衬底相对表面，多个金属柱以预定间隔设置形成腔从而包围天线元件；以及导电边框，其沿着介电衬底相对表面上多个金属柱的线方向短路连接多个金属柱每一个的另一端，设置导电边框同时以预定距离朝向天线元件的方向延伸，多个金属柱每一个的一端连接于接地导体，并且沿着其厚度方向穿透 介电衬底，多个金属柱每一个的另一端延伸到介电衬底的相对表面，多个 金属柱以预定间隔设置从而形成分开的腔，使得多个金属柱包围第 一 线性 极化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第一线性极化天线元件 和第二线性极化天线元件，以及第一导电边框和第二导电边框设置为介电衬底相对表面上的导电边 框，第 一导电边框和第二导电边框沿着多个金属柱的线方向短路连接多个 金属柱每一个的另一端，多个金属柱以预定间隔设置从而包围第一线性极 化天线元件和第二线性极化天线元件，同时分开第一线性极化天线元件和 第二线性极化天线元件，第 一导电边框和第二导电边框以预定距离朝向第 一线性极化天线元件和第二线性极化天线元件的方向延伸。
14.根据权利要求13的雷达设备，其中天线元件通过具有一对输入接 头的偶极天线元件形成， 该线性极化天线还包括馈电销，其中一端连接于偶极天线元件的一对 输入接头中之一，同时设置另一端从而穿透介电衬底和接地导体，以及偶极天线元件一对输入端的另一个穿透介电村底从而短路连接接地导体。
15. 根据权利要求13的雷达设备，其中导电边框具有彼此跨过天线元 件的至少一对不均匀宽度部分。
16. 根据权利要求15的雷达设备，其中该对不均匀宽度部分为一对三 角形部分。
17. 根据权利要求14的雷达设备，其中设置形成在介电衬底上的多组 天线元件和多组馈电销，其中所述馈电销的 一端连接于天线元件的 一对输 入端中之一，构成腔的多个金属柱和导电边框形成为栅格形从而围绕多组天线元 件，以及线性极化天线还包括设置在接地导体侧面上从而的馈电单元，从而经 多组馈电销向多组天线元件分配和馈给激励信号。
18. 根据权利要求17的雷达设备，其中馈电单元通过馈电介电衬底和 微带馈电线形成，馈电介电衬底跨过接地导体设置在与介电衬底相对的侧 面上，微带馈电线设置在馈电介电衬底的表面上。
19. 根据权利要求14的雷达设备，其中偶极天线元件形成为具有预定 底宽度WB和预定高度LB/2的三角形，偶极天线元件构成蝶形天线，同时 排列其顶点从而彼此面对。
20. 根据权利要求14的雷达设备，其中偶极天线元件形成为具有预定 突出宽度Wb和預定高度LB/2的变形菱形，偶极天线元件构成蝶形天线， 同时排列其顶点从而彼此面对。
21. 根据权利要求13至20中任意一个的雷达设备，其中谐振器由腔 和导电边框形成，调整谐振器和天线元件的结构参数从而设置谐振器至期 望的谐振频率，由此获得频率特性，使得线性极化天线的增益在预定范围 内减小。
22. 根据权利要求21的雷达设备，其中结构参数包括腔的内部尺寸 Lw、导电边框的边框宽度LR、天线元件的总长度LB、以及天线元件的水平 宽度Wb中的至少一个。
全文摘要
一种直线极化天线，包括介电衬底，覆盖在介电衬底一个表面上的接地板导体，形成在介电衬底相对侧面上的直线极化型天线元件，多个金属柱，其第一端连接于接地板导体并且沿其厚度方向穿透介电衬底，第二端延伸到介电衬底相对表面，以预定间隔设置从而包围天线元件，由此形成腔，导电框架形导体，其具有，例如三角形部分，其排列从而沿天线元件方向延伸预定距离，并且沿着介电衬底相对侧上的排列方向短路连接金属柱的第二端。直线极化天线可以通过腔和框架形导体抑制表面波的产生，使得天线发射特性为期望的。另外，通过利用腔的谐振现象，天线增益的频率特性可以具有RR无线电发射抑制波段中的尖锐缺口。这有效地降低了与EESS和射电天文工作的无线电干扰。
文档编号H01Q21/06GK101103491SQ200580046718
公开日2008年1月9日 申请日期2005年11月14日 优先权日2005年11月14日
发明者手代木扶, 桧古绫, 河村尚志 申请人:安立股份有限公司