用于雷达传感器的电磁屏蔽结构、雷达传感器及电子设备的制作方法

1.本技术实施例涉及雷达天线技术领域，特别涉及一种用于雷达传感器的电磁屏蔽结构、雷达传感器及电子设备。


背景技术：

2.随着科学技术的日益发展，智能驾驶技术开始在日常生活中普及。智能驾驶是工业革命和信息化结合的重要抓手，快速发展将改变人、资源要素和产品的流动方式，颠覆性地改变人类生活。其中，传感器在智能驾驶中发挥着关键的作用，传感器是汽车的智能系统获取外界的信息的渠道。为了获取目标的距离、速度和角度信息，汽车的视觉系统通常配置有雷达传感器。
3.但是，雷达传感器的雷达天线在工作时，微带线的绕线会产生谐波，从而对外造成电磁辐射干扰。因此，如何有效降低雷达天线中微带线形成的电磁辐射干扰，是一个重要的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施方式的目的在于提供一种用于雷达传感器的电磁屏蔽结构、雷达传感器及电子设备，能够有效降低雷达天线中微带线形成的电磁辐射干扰。
5.为解决上述技术问题，本技术的实施方式提供了一种用于雷达传感器的电磁屏蔽结构，雷达传感器包括有第一介质基板，第一介质基板上设有芯片和通过微带线与芯片连接的辐射部。电池屏蔽结构包括具有电磁带隙结构的屏蔽罩，屏蔽罩罩设在微带线上，且电磁带隙结构朝向微带线一侧。
6.本技术的实施方式还提供了一种雷达传感器，包括上述的用于雷达传感器的电磁屏蔽结构。
7.本技术的实施方式还提供了一种电子设备，包括上述的雷达传感器。
8.本技术实施方式提供的用于雷达传感器的电磁屏蔽结构、雷达传感器及电子设备，在屏蔽罩上采用电磁带隙结构，通过电磁带隙结构所具备的带阻特性，对微带线向周围环境辐射的电磁波进行屏蔽。也就是说，通过电磁带隙结构在一定带隙内阻止电磁波传播的特性，抑制微带线向外辐射的电磁波的传播。从而抑制微带线之间的相互耦合，并抑制因微带线的辐射对天线方向图的影响，达到降低微带线形成的电磁辐射干扰的目的。
9.在一些实施方式中，屏蔽罩包括第二介质基板，第二介质基板朝向微带线的一面设置有多个金属贴片，第二介质基板背离微带线的一面设置有接地的金属层，每个金属贴片通过第二介质基板上的金属过孔与金属层电连接而形成电磁带隙结构。这样，屏蔽罩在受到电磁波影响时，金属贴片上产生电流，电流流过金属过孔和金属层时形成电感，金属贴片之间以及金属贴片与地之间形成电容。从而形成包含电容电感的谐振电路，在一定带隙内具备阻止电磁波传播的特性。
10.在一些实施方式中，相邻两个金属贴片之间的距离小于金属贴片的边长。
11.在一些实施方式中，每个金属贴片的形状为方形，每个金属贴片的边长与相邻两个金属贴片之间的距离之和小于半个工作波长。
12.在一些实施方式中，屏蔽罩与第一介质基板之间的距离为半个工作波长。
13.在一些实施方式中，屏蔽罩包括第三介质基板，电磁带隙结构包括设置在第三介质基板上的第一导电单元，第二导电单元，以及金属片，金属片将第一导电单元与第二导电单元环绕在内，第一导电单元的部分与第二导电单元平行且间隔设置而形成电容结构，第二导电单元与金属片电连接。这样，电磁带隙结构在受到电磁波影响时，导电单元上产生电流，电流流过导电单元时形成电感，从而与导电单元之间的电容形成谐振电路，以在一定频率内具备带阻特性。同时，通过导电单元的布置形成电磁带隙结构，使得屏蔽罩结构更加紧凑。
14.在一些实施方式中，第一导电单元有两个，两个第一导电单元相对设置，第二导电单元有四个，其中两个第二导电单元设置在两个第一导电单元之间，并同时与两个第一导电单元的部分形成电容结构，另两个第二导电单元与两个第一导电单元对应设置，并与对应的第一导电单元的部分形成电容结构。这样，可以在电磁带隙结构中引入更多的谐振点。
15.在一些实施方式中，第一导电单元、第二导电单元与金属片为金属膜或者金属贴纸。这样，通过金属膜或者金属贴纸的可粘贴性，可以便于在介质基板上形成电磁带隙结构。
16.在一些实施方式中，屏蔽罩包括第四介质基板，电磁带隙结构包括相对且间隔设置在第四介质基板上的两个金属条带，以及设置在第四介质基板上并将两个金属条带环绕在内的金属外框，每个金属条带与金属外框通过一个连接片电连接。这样，两个金属条带之间形成电容，同时电流流过金属外框时形成电感，从而形成包含电容电感的谐振电路，以在一定带隙内阻止电磁波的传播。
17.在一些实施方式中，金属条带、金属外框以及连接片为金属膜或者金属贴纸。这样，通过金属膜或者金属贴纸的可粘接性，可以便于在介质基板上形成电磁带隙结构。
附图说明
18.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
19.图1是本技术一些实施例提供的雷达传感器中微带线的布置结构示意图；
20.图2是本技术一些实施例提供的雷达传感器的电磁屏蔽结构示意图；
21.图3是本技术一些实施例提供的雷达传感器的电磁屏蔽结构的剖面结构示意图；
22.图4是本技术一些实施例提供的雷达传感器的电磁屏蔽结构中屏蔽罩的仰视结构示意图；
23.图5是一些情形下雷达传感器采用金属屏蔽罩时的结构示意图；
24.图6是本技术一些实施例提供的微带线覆盖超材料屏蔽罩与微带线覆盖金属屏蔽罩、微带线未覆盖屏蔽罩的不同情形下的微带线隔离度对比图；
25.图7是本技术一些实施例提供的微带线覆盖超材料屏蔽罩与微带线覆盖金属屏蔽罩、微带线未覆盖屏蔽罩的不同情形下的微带线插入损耗对比图；
26.图8是本技术一些实施例提供的微带线覆盖超材料屏蔽罩与微带线覆盖金属屏蔽罩、微带线未覆盖屏蔽罩的不同情形下横截面的电场强度对比图；
27.图9是本技术一些实施例提供的屏蔽罩的色散曲线图；
28.图10是本技术一些实施例提供的一种平面型电磁带隙结构示意图；
29.图11是本技术一些实施例提供的又一种平面型电磁带隙结构示意图；
30.图12是本技术一些实施例提供的雷达传感器采用超材料屏蔽罩时的布置结构示意图；
31.图13是本技术一些实施例提供的雷达传感器采用超材料屏蔽罩时的俯视结构示意图。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
33.雷达技术采用电磁波实现对目标的有效探测，不仅被广泛地应用于航空航天领域，而且还越来越多地应用于日常生活中。例如，随着智能驾驶技术以及无人驾驶技术的发展，雷达传感器被广泛应用于汽车视觉系统中，以实现对行驶区域周围环境中的目标物体的探测。其中，为了获取目标的距离、速度和角度信息，调频连续波雷达(fmcw radar)往往采用了多个收发天线的多进多出(mimo)的工作模式。由于雷达传感器的毫米波收发器往往比较小，需要通过一段几十到上百微米的微带线将毫米波收发器的输出输入端口连接到外置的收发天线上。
34.实际应用中，由于微带线的绕线会存在辐射，因此需要使用屏蔽罩等手段加以屏蔽。一些情形下，通常采用金属薄板作为屏蔽罩。但是采用金属薄板的屏蔽罩和微带线的地板形成的平行双板，会引起新的导波模式，从而影响甚至恶化原有的射频性能。不仅如此，一旦金属屏蔽罩设置过高，还会影响天线的方向图，而较低高度的金属屏蔽罩加工困难，且不同样件之间的差异比较大。
35.本技术一些实施例采用ebg(electromagnetic band gap，电磁带隙)结构制作屏蔽罩，也被称为超材料屏蔽罩。通过电磁带隙结构的带阻特性，可以有效降低天线的馈线之间的耦合，提高隔离度。从而有效防止微带线的辐射泄漏，同时，不会对原有的射频性能产生影响。图1为本技术一些实施例提供的雷达传感器中微带线的布置结构示意图，图2为本技术一些实施例提供的雷达传感器加载有超材料屏蔽罩时的结构示意图。
36.如图2所示，本技术一些实施例提供了一种用于雷达传感器的电磁屏蔽结构。雷达传感器包括有第一介质基板10，第一介质基板10上设有芯片14和通过微带线16与芯片14连接的辐射部15。电磁屏蔽结构包括具有电磁带隙结构的屏蔽罩20，屏蔽罩20罩设在微带线16上，且电磁带隙结构朝向微带线16一侧。
37.第一介质基板10为雷达传感器辐射结构的承载板。第一介质基板10具有相对设置
的第一表面11与第二表面12(图8所示)，第一表面11和第二表面12即第一介质基板10的正面和背面中的一者，第一介质基板10可以采用介电常数较高的板材，也可以采用常见的电路板。第一介质基板10的第一表面11上设置有接地板13，接地板13形成雷达传感器辐射结构的地平面，可以反射电磁波信号，从而使得雷达传感器辐射结构能够定向辐射信号。芯片14是雷达传感器辐射结构的控制单元，控制着辐射结构的信号辐射以及信号接收。芯片14通过微带线16向辐射部15馈电，使得辐射部15能够向外辐射电磁波信号。辐射部15可以采用阵列排布的微带贴片天线，排布在同一直线上的各贴片单元可以串接在一起。辐射部15也可以采用梳状微带阵列天线。
38.屏蔽罩20为雷达传感器的屏蔽部分，用于屏蔽微带线16的电磁辐射。屏蔽罩20罩设在第一介质基板10上，并与第一介质基板10具有间隔，用于屏蔽微带线16向周围空间中的电磁辐射。与一些情形下采用的金属薄板屏蔽罩20不同的是，本技术一些实施例采用的屏蔽罩20设置有电磁带隙结构。电磁带隙结构是一种谐振结构，能够在一定的带隙内阻断电磁波的传播。通过电磁带隙结构的带阻特性，不仅可以起到屏蔽作用，而且在电磁带隙结构的带阻频带内，屏蔽罩20表面形成高阻抗状态，除了微带线16传输的准tem模式，其他模式的电磁波无法传播，进而能够保证屏蔽罩20不会引入额外的耦合场去其他天线所在通道。
39.需要说明的是，在雷达传感器辐射结构设计时，为了匹配各辐射部15的馈电输入阻抗，通常将向各辐射部15馈电的微带线16弯曲设置在介质基板上，并使各微带线16的长度保持一致。在雷达传感器实际工作时，各微带线16上存在电磁辐射。由于芯片14和微带线16与阵列天线位于第一介质基板10的同一面，因此微带线16辐射的电磁波不仅会彼此相互影响，而且会参与辐射结构方向图的形成，导致辐射结构辐射形成的方向图发生畸变，进而影响雷达传感器的探测视场角。
40.而本技术一些实施例提供的雷达天线的电磁屏蔽结构，在屏蔽罩20上采用电磁带隙结构，通过电磁带隙结构所具备的带阻特性，对微带线16向周围环境辐射的电磁波进行屏蔽。也就是说，通过电磁带隙结构在一定带隙内阻止电磁波传播的特性，抑制微带线16向外辐射的电磁波的传播。从而抑制微带线16之间的相互耦合，并抑制因微带线16的辐射对天线方向图的影响，达到降低微带线16形成的电磁辐射干扰的目的。
41.如图2至图4所示，在本技术的一些实施例中，屏蔽罩20可以包括第二介质基板21，第二介质基板21朝向微带线16的一面设置有多个金属贴片22，第二介质基板21背离微带线16的一面设置有接地的金属层23，每个金属贴片22通过第二介质基板21上的金属过孔24与金属层23电连接而形成电磁带隙结构。
42.当屏蔽罩20受到电磁波的影响时，金属贴片22上会感应出电流。电流流经第二介质基板21的金属过孔24和接地的金属层23会形成电感。金属贴片22上聚集的电荷，导致在金属贴片22之间形成电容。因此，屏蔽罩20上的电磁带隙结构可以等效为包含电感电容的谐振电路。在谐振频率处，屏蔽罩20表面呈现为高阻抗状态，会抑制电磁波的传播。
43.需要说明的是，电磁带隙结构的谐振频率可以通过改变尺寸参数进行调整。例如，为了得到屏蔽时所需的谐振频率，可以改变金属贴片22的尺寸，金属贴片22的排布距离，或者第二介质基板21的尺寸。另外，多个金属贴片22可以周期性排布在第二介质基板21上，使得金属贴片22的尺寸参数变化与谐振频率的变化的相关度较高。
44.在本技术的一些实施例中，相邻两个金属贴片22之间的距离小于金属贴片22的边长。
45.例如，实际情形中，每个金属贴片22的边长可以为0.7mm(毫米)，相邻两个金属贴片22之间的距离可以为0.3mm。
46.在本技术的一些实施例中，每个金属贴片22的形状为方形，每个金属贴片22的边长与相邻两个金属贴片之间的距离之和小于半个工作波长。
47.另外，还可以通过控制屏蔽罩20与微带线16之间的距离，来调整实际情形中屏蔽罩20的屏蔽性能。
48.在本技术的一些实施例中，屏蔽罩20与第一介质基板10之间的距离(图2中x所示)为半个工作波长。
49.图1中给出了实际情形中设计在车载毫米波频段76～79ghz(吉赫兹)的微带线16，第一介质基板10的厚度为5mil(密尔)，微带线16的间距是2mm。图5在图1的基础上，增加了一个四周开放式的采用金属薄板形成的屏蔽罩(即金属屏蔽罩101)，金属屏蔽罩101距离微带线16所在平面的高度(图5中y所示)设置为0.5mm。图6和图7分别对比了微带线覆盖金属屏蔽罩、微带线未覆盖屏蔽罩与微带线覆盖超材料屏蔽罩的不同情形下微带线的隔离度和微带线的插入损耗。可以看出，加载本技术一些实施例提供的超材料屏蔽罩和不加载屏蔽罩两种情况下的微带线隔离度以及插入损耗是比较一致的，而加载金属薄板形成的屏蔽罩会对微带线之间的隔离度以及微带线的插入损耗造成恶化。原因在于，金属屏蔽罩会与微带线产生耦合，从而引起表面电磁波以及一些存在于平行金属板之间的导波模式。
50.图8对比了微带线覆盖金属屏蔽罩、微带线未覆盖屏蔽罩与微带线覆盖超材料屏蔽罩的不同情形下的横截面的电场分布，选取的参考线是图1中虚线a所在位置。从图8中可以看出，加载金属屏蔽罩以后，空间中的电场相比于不加载屏蔽罩的情况，电场强度有15db(分贝)左右的增加。这些电场会引起微带线之间的隔离恶化。而加载本技术一些实施例提供的屏蔽罩的电场强度分布和不加载屏蔽罩的电场强度分布是比较接近的。其中，图8中4mm的位置电场强度最大，是因为仅对位于图1图面左边的微带线进行馈电，图中6mm处的电场强度的峰值是由于位于图1图面右边的微带线16与接地板13之间感应出了比较强的电场。
51.图9中展示了本技术一些实施例提供的屏蔽罩的色散曲线，从图9中可以看出这种电磁带隙结构会在70～77ghz之间形成良好的带阻效应。从而使得在屏蔽罩的带阻频段内，除了微带线传输的准tem模式，其他模式的电磁波无法传播，进而能够保证屏蔽罩不会引入额外的耦合场进入其他天线通道。
52.另外，电磁带隙结构除了采用过孔结构，还可以去掉过孔结构。也就是说，除了通过加载过孔实现的电磁带隙结构，还可以在一块介质基板上形成平面型的电磁带隙结构，以对微带线形成的电磁辐射干扰起到屏蔽作用。下面给出两种具体形式来说明平面电磁带隙结构的形成方式。
53.如图10所示，在本技术的一些实施例中，屏蔽罩20包括第三介质基板30，电磁带隙结构包括设置在第三介质基板30上的第一导电单元31，第二导电单元32，以及金属片33，金属片33将第一导电单元31与第二导电单元32环绕在内，第一导电单元31的部分与第二导电单元32平行且间隔设置而形成电容结构，第二导电单元32与金属片33电连接。
54.如此一来，第一导电单元31的部分与第二导电单元32形成电容，也被称为交指结构。这种交指结构是在一块介质基板的正面或者背面上用金属图案形成许多交织耦合的微带指，当电磁带隙结构受到电磁波影响时，金属图案上产生的电流会通过交指结构的耦合效应提供电容特性，因此又称为交指电容。同时，电流经过导电单元会形成电感。因此金属图案同样可以等效为包含电感电容的谐振电路。
55.在实际情形中，第一导电单元31与第二导电单元32可以采用条带型结构，被金属片33形成的镂空区环绕在内，金属片33的镂空区可以设置成椭圆形。第一导电单元31的部分与第二导电单元32形成的电容结构的数量可以有一个、两个或者更多个。
56.继续参阅图10，在一些实施例中，第一导电单元31可以有两个，两个第一导电单元31相对设置。第二导电单元32有四个，其中两个第二导电单元32设置在两个第一导电单元31之间，并同时与两个第一导电单元31的部分形成电容结构，另两个第二导电单元32与两个第一导电单元31对应设置，并与对应的第一导电单元31的部分形成电容结构。
57.另外，第一导电单元31、第二导电单元32与金属片33可以为金属膜或者金属贴纸。
58.采用金属膜或者金属贴纸制作成型的第一导电单元31、第二导电单元32与金属片33可以通过双面胶粘贴到第三介质基板30的正面或者背面上，或者采用金属喷漆喷涂到第三介质基板30的正面或者背面上，以形成特定形状的第一导电单元31、第二导电单元32与金属片33。
59.在另一些实施例中，第一导电单元31、第二导电单元32与金属片33也可以采用较厚的金属贴片。
60.在本技术的一些实施例中，还提供了一种更加紧凑的电磁带隙结构。如图11所示，屏蔽罩20包括第四介质基板40，电磁带隙结构包括相对且间隔设置在第四介质基板40上的两个金属条带41，以及设置在第四介质基板40上并将两个金属条带41环绕在内的金属外框42，每个金属条带41与金属外框42通过一个连接片43电连接。
61.两个金属条带41形成电容结构。在电磁带隙结构受到电磁波影响时，会在金属结构上产生电流，电流经过金属外框42时形成电感。通过改变电容阻抗和电感阻抗，可以调整电磁带隙结构的谐振频率，以适应屏蔽罩20屏蔽时所需的谐振频率。
62.在实际情形中，金属外框42可以为圆环形、椭圆环形或者多变环形。
63.另外，金属条带41、金属外框42以及连接片43可以为金属膜或者金属贴纸。
64.采用金属膜或者金属贴纸制作成型的金属条带41、金属外框42与连接片43可以通过双面胶粘贴到第四介质基板40的正面或者背面，或者采用金属喷漆喷涂到第四介质基板40的正面或者背面上，以形成特定形状的金属条带41、金属外框42与连接片43。
65.在另一些实施例中，金属条带41、金属外框42与连接片43也可以采用较厚的金属贴片。
66.本技术一些实施例还提供了一种雷达传感器，包括第一介质基板10及屏蔽罩20。第一介质基板10上设有芯片14和通过微带线16与芯片14连接的辐射部15。屏蔽罩20具有电磁带隙结构，屏蔽罩20罩设在微带线16上。
67.另外，如图12和图13所示，辐射部15可以有多个，每个辐射部15经一条微带线16与芯片14电连接，屏蔽罩20罩设多条微带线16。每个辐射部15可以为多个辐射贴片连接形成的天线阵列。
68.并且，还可以使屏蔽罩20罩设芯片14，通过使屏蔽罩20同时罩设芯片14与微带线16，可以同时屏蔽芯片14上的电磁辐射与微带线16上的电磁辐射，以避免对辐射贴片造成影响。
69.需要说明的是，当屏蔽罩20仅罩设在微带线16上时，芯片14可以通过直接罩设金属薄板来实现屏蔽作用。
70.本技术一些实施例还提供了一种电子设备，包括上述实施例中的雷达传感器。
71.电子设备可以用于汽车的视觉系统中，以使汽车的视觉系统可以探测行驶区域周围环境中的目标物体及障碍物信息，以便汽车的控制系统能够及时发出警示信息。例如，在电子设备用于车辆的防撞预警时，可以获取雷达传感器对车辆的行驶区域内采集到的场景信息，得到雷达传感器检测区域内所包含的障碍物信息。再根据目标障碍物的障碍信息确定出满足预警触发条件的情况下，生成目标预警信号。
72.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本技术的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。