【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信器件领域，尤其涉及一种适用于毫米波雷达的波导天线设计及制造方法。
技术介绍
1、近年来，人们对大容量的信息传输要求越来越高，要实现大容量的信息传输，需要用到高频毫米波的频段。
2、毫米波雷达的优势在于不受天气影响，即使是恶劣天气也能正常工作，且穿透烟雾、雨雪和灰尘的能力强，具有全天候、全天时的工作特性，且探测距离远、精度较高、被广泛用于车载距离探测，应用包括自适应巡航、碰撞预警、自动紧急制动、盲区探测等。
3、4d毫米波雷达通过增加发射和接收通道数量，提升角度分辨能力，提供更高质量点云成像。相比传统毫米波雷达可探测物体的二维水平坐标信息(距离、方位角)及相对速度，4d雷达增加了垂直天线，可实现对物体高度的探测，提供更高密度、更高分辨率的点云信息。
4、传统的微带天线在大角度下增益衰减较大，多天线阵列间一致性较差，且随着4d雷达多芯片级联方案会要求大幅增加收发天线，若仍采用微带天线设计思路，馈线走线复杂度很大，且天线阵列和雷达芯片在同一pcb上，导致雷达面积过大，高频电路板材使用面积也会变大，成本显著增加。
5、综上，由于波导在高频毫米波应用时，具有传输损耗小，功率容量大，工作带宽宽等优势，波导天线是一款非常适合用于雷达毫米波的场景。
技术实现思路
1、本专利技术为了实现在毫米波频段甚至更高的太赫兹频段具有：一、低损耗，高功率容量及大带宽的应用场景；二、满足低成本需求。专利技术了一种非常适合用于车载毫米波雷达空气集成波
2、本专利技术的具体技术方案如下：
3、根据本专利技术的一个方面，提供一种基于空气集成波导的雷达天线装置，包括：
4、第一金属导电层，第二金属导电层以及印刷电路板，其中，
5、第一金属导电层上设置有用于信号接收或辐射的天线单元，本专利技术中天线单元由五个矩形开口组成，所述的矩形开口贯穿第一金属导电层；
6、第一金属导电层中的相邻矩形开口沿着轴对称线aa’交错设置，且位于轴对称线aa’两侧的矩形开口距轴对称线aa’的距离相等，同时位于轴对称线aa’同一侧的矩形开口距轴对称线aa’也具有相等的距离。
7、另外在第一金属导电层中的天线单元两侧还设置有较长的矩形窗，矩形窗分别在天线单元沿着信号传输的方向两侧各设置一个或两个等。设置矩形窗可用于抑制电磁信号的表面波，起到增强天线的辐射性能。
8、矩形窗的宽度一般设置在0.5mm-1mm之间，长度一般设置的长度和天线单元的整体长度相当就可以。本专利技术中的位于天线单元两侧矩形窗最近距离至少要大于3.5mm。
9、根据本专利技术的有一个方面，所述的第一金属导电层上还设置有用于与第二金属导电层定位的过孔，设置两个，分别位于第一金属导电层的斜对角位置，同时在第一金属导电层上还设置多个用于与第二金属导电层铆接的过孔，此过孔根据实际需要无固定的设置在第一金属导电层上。
10、第一金属导电层上还设置有与雷达壳体定位的两个过孔，分别位于第一金属导电层的斜对角，同时还设置有四个与雷达壳体固定的过孔，这四个过孔分别位于第一金属导电层的四个角落。
11、第二金属导电层的正面设置有水平波导通道，沿着所述水平波导通道的两侧分别设置有一列周期性或非周期性的第一波纹槽，所述沿着轴对称线aa’的方向为电磁波的传输方向。
12、根据本专利技术的又一个方面，所述的第一波纹槽上方设置有第一金属柱，金属柱的形状可以是长方体，也可以是圆柱体。第一金属柱的下方与第一波纹槽处于电连接，而第一金属柱的上方与第一导电层的背面处于电连接，且第一金属柱的上方与第二导电层的正面齐平。
13、根据本专利技术的又一个方面，所述的水平波导通道结构，包括：
14、设置在水平波导主通道两侧侧壁上的多个第一波纹槽，周期性或非周期性的位列于水平波导通道沿着信号传播方向的两侧，且两侧的第一波纹槽关于轴对称线aa’对称。
15、设置在第一波纹槽上方的第一金属柱，周期性或非周期性的位列于水平波导通道沿着信号传播方向的两侧，且与第一波纹槽处于电连接，同时水平波导通道两侧的第一金属柱关于轴对称线aa’对称。
16、根据本专利技术的又一个方面，所述水平波导通道与垂直波导的连接处设置有匹配枝节，该匹配枝节可以实现水平波导与垂直波导之间的阻抗匹配。
17、所述的匹配枝节，由三部分组成，分别是：延伸至垂直波导内部的凸起部分、具有喇叭形状的金属结构以及连接凸起部分和喇叭状的金属结构的矩形脊。
18、第二金属导电层的正面除了设置有传输信号的波导通道外，还有其他设置，包括：
19、用于与第一金属导电层定位的两个凸起，分别位于第二金属导电层的斜对角上；
20、用于与第一金属导电层固定的多个凸起，不规则的分布于第二金属导电层的正面；
21、还设置有四个与雷达壳体固定的螺丝孔，同时还设有两个与雷达壳体定位的过孔。
22、根据本专利技术的又一个方面，所述第二金属导电层结构的背面，包括：
23、第二端口、第二金属柱、第二波纹槽、金属凹槽以及多个防止与印刷电路板有干涉的凹面。
24、其中：
25、第二端口与垂直波导、水平波导及天线单元构成完整的一路用于发射或接收信号的波导天线结构，且第二端口用于耦合印刷电路板上金属贴片上的能量，然后通过天线单元辐射出去，或者用于天线单元接收到的能量过渡到印刷电路板上的金属贴片上。
26、在第二端口周围周期性或非周期性设置有第二波纹槽，同时在第二波纹槽的下方设置有第二金属柱，且第二波纹槽与第二金属柱处于电连接。
27、为了防止第二金属导电层的背面与印刷电路板上的微带线电连接，在第二端口的一角设有金属凹槽，且所涉的金属凹槽宽度比印刷电路板上的微带线宽度略宽。
28、在第二金属导电层的背面设多个凹面，一来可以减轻波导天线的整体重量，二来可以增加散热面积，还可以避免印刷电路板上的元件与第二金属导电层的干涉。
29、根据本专利技术的又一个方面，提供一种前述的基于空气集成波导的雷达天线的加工及组装方法，包括：
30、第一金属导电层的厚度可建议设置范围为0.2mm-2mm，如果第一金属导电层的设计厚度在0.2mm-0.8mm之间，建议所用材料为纯铜板，利用冲压工艺一次完成；
31、如果第一金属导电层的设计厚度在0.8mm-2mm之间，建议所用材料为塑料表面镀金属，其工艺流程为：先利用注塑工艺完成结构模型，再利用真空镀或水镀等方法在注塑的结构表面完成金属化。
32、第二金属导电层第二金属导电层的厚度可建议设置范围为2mm-5mm，第二金属导电层的可以用常规的cnc工艺制造完成，也可以用塑料表面镀金属工艺，其工艺流程为：先利用注塑工艺完成结构模型化，再利用真空镀或水镀等方法在注塑的结构表面完成金属化。
33、对于第一金属导电层与第二导电层的组装，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于，包括：印刷电路板(101)和波导天线组件(102)，还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的电子元件(1)，所述电子元件(1)包含电子元件(1-1)和电子元件(1-2)，所述的电子元件(1-1)和电子元件(1-2)是一样的规格，实际应用中这两个电子元件可以是芯片；还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的金属贴片(2)，还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的开窗(3)，还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的微带线(8),以及设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的多个电子器件(9)，还包括第一金属导电层(18)和第二金属导电层(19)。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述电子元件(1)沿+Z轴向的高度位于第二金属导电层(19)的背面(11)中设有凹面(12)和凹面(15)，用于避免电子元件(1)和第二金属导电层(19)的背面(11)产生干涉。
3.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述
4.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述开窗(3)与第二金属导电层(19)的背面(11)中的波导口的中心坐标在XOY面上相同，并且波导口与开窗(3)处于电连接，波导口在XOY面尺寸可以和开窗(3)在XOY面尺寸一致。
5.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述微带线(8)用于电连接电子元件(1)和金属贴片(2)，可以保证电子元件(1)发射的功率通过微带线(8)传输到金属贴片(2)，然后通过金属贴片(2)辐射到波导口中；或金属贴片(2)通过波导口接收到的信号通过微带线(8)传输到电子元件(1)中。
6.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述电子器件(9)个数至少一个且由于其在Z轴向具有高度，为了防止电子器件(9)与第二金属导电层(19)的背面(11)产生干涉，对多个电子器件(9)分类为：A，B，C，D四组，其中：
7.根据权利要求1或6所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述电子器件(9)可以是电容、电感或电阻器。
8.根据权利要求1所述一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述第一金属导电层(18)上包含辐射元件(28)和矩形开口(29)。
9.根据权利要求8所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述辐射元件(28)由五个辐射孔(30)组成，所述辐射孔(30)的形状可以是椭圆或者矩形，且贯穿第一金属导电层(18)；所述辐射孔(30)的长度可用公式：L＝c/(2*f)来计算获得，其中c为真空中光速，f为工作频率，所述长度L设置在1.5-5mm，另宽度设置在0.3mm-2mm范围内。
10.根据权利要求8所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：
11.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征如下：
12.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述第一金属导电层(18)上还设置有多个用于铆接的过孔(24)，以及用于与第二金属导电层(19)定位的过孔(25)，还设置有与雷达壳体固定的过孔(26)及与雷达壳体定位的过孔(27)。
13.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：第二金属导电层(19)至少包含一路用于发射和接收的天线单元(4)，所述天线单元(4)包含六路发射通道和八路接收通道。
14.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：在第二金属导电层(19)正面(21)上设置有与第一金属导电层(18)定位的凸起(25-1),且在第二金属导电层(19)正面(21)上还设置有用于与第一金属导电层(18)铆接的凸起(24-1)。
15.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：位于第二金属导电层(19)正面(21)的凸起(25-1)通过过孔(25)贯穿第一金属导电层(18)，且位于第二金属导电层(19)正面(21)的凸起(24-1)通过过孔(24)贯穿第一金属导电层(18)。
16.根据权利要求12所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述过孔(26)和过孔(27)在垂直方向上也贯穿第二金属导电层(1...
【技术特征摘要】
1.一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于，包括：印刷电路板(101)和波导天线组件(102)，还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的电子元件(1)，所述电子元件(1)包含电子元件(1-1)和电子元件(1-2)，所述的电子元件(1-1)和电子元件(1-2)是一样的规格，实际应用中这两个电子元件可以是芯片；还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的金属贴片(2)，还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的开窗(3)，还包括设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的微带线(8),以及设置于印刷电路板(101)正表面(10)上的多个电子器件(9)，还包括第一金属导电层(18)和第二金属导电层(19)。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述电子元件(1)沿+z轴向的高度位于第二金属导电层(19)的背面(11)中设有凹面(12)和凹面(15)，用于避免电子元件(1)和第二金属导电层(19)的背面(11)产生干涉。
3.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述金属贴片(2)的形状可以为矩形，梯形或其他不规则的图形，并且所述金属贴片(2)位于开窗(3)的内部。
4.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述开窗(3)与第二金属导电层(19)的背面(11)中的波导口的中心坐标在xoy面上相同，并且波导口与开窗(3)处于电连接，波导口在xoy面尺寸可以和开窗(3)在xoy面尺寸一致。
5.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述微带线(8)用于电连接电子元件(1)和金属贴片(2)，可以保证电子元件(1)发射的功率通过微带线(8)传输到金属贴片(2)，然后通过金属贴片(2)辐射到波导口中；或金属贴片(2)通过波导口接收到的信号通过微带线(8)传输到电子元件(1)中。
6.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述电子器件(9)个数至少一个且由于其在z轴向具有高度，为了防止电子器件(9)与第二金属导电层(19)的背面(11)产生干涉，对多个电子器件(9)分类为：a，b，c，d四组，其中：
7.根据权利要求1或6所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述电子器件(9)可以是电容、电感或电阻器。
8.根据权利要求1所述一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述第一金属导电层(18)上包含辐射元件(28)和矩形开口(29)。
9.根据权利要求8所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：所述辐射元件(28)由五个辐射孔(30)组成，所述辐射孔(30)的形状可以是椭圆或者矩形，且贯穿第一金属导电层(18)；所述辐射孔(30)的长度可用公式：l＝c/(2*f)来计算获得，其中c为真空中光速，f为工作频率，所述长度l设置在1.5-5mm，另宽度设置在0.3mm-2mm范围内。
10.根据权利要求8所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其特征在于：
11.根据权利要求1所述的一种基于空气集成波导的雷达天线装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈康，
申请(专利权)人：领瞳科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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