一种高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块

摘要

本实用新型属于雷达天线传输技术领域，具体涉及一种高频传输低损耗的宽带微带‑波导传输模块，包括微带到矩形波导的转换单元，与雷达芯片连接、用于雷达芯片电磁信号的传输和转换；以及波导传输单元，与所述微带到矩形波导的转换单元相连，用于波导的继续传输、减少反射损耗；其中，所述微带到矩形波导的转换单元包括微带结构、设于所述微带结构周边的销钉结构，以及与所述销钉结构连接的矩形波导。本实用新型提供了一种高频传输低损耗的宽带微带‑波导传输模块，不仅色散低、损耗小、功率容量高，可有效的避免高频时传输损耗过大，而且具有类似间隙波导的良好阻带特性，可有效的防止高频处波的泄露。

说明书

技术领域

本实用新型属于雷达天线传输技术领域，具体涉及一种高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块。

背景技术

传统车载毫米波雷达存在缺乏测高能力、角度分辨率低、点云稀疏且忽略静态物体等缺陷，在自动驾驶系统中仅起到支持性的安全冗余之用。4D成像雷达增加了俯仰信息和更多的点云数据，可全方位提升毫米波雷达的性能，有望使毫米波雷达成为ADAS系统中的核心传感器之一，是车载毫米波雷达未来发展的重要方向。

目前的车载4D成像毫米波雷达级联了多颗雷达芯片，收发通道多在48个通道(6发8收)，并逐渐向192个(12发16收)以上数量的通道迈进。随着雷达通道数的增加，收发天线的数量也随之增加，其中的一些收发天线将不可避免地要布置在远离雷达芯片的位置，这将导致雷达芯片到天线的馈线损耗大大增加。

目前的毫米波雷达多采用微带线和共面线等平面传输线作为雷达芯片到收发天线的信号传输线，此类传输线的传输特性主要取决于介质基板材料，介质基板材料除了会引起介质损耗，还会激发无用的表面波模式；此外，高次模辐射损耗也会影响传输性能。因此，此类传输线在高频处会存在较强的介质损耗，引发信号衰减等问题，极大地影响了信号的传播，从而影响雷达的探测距离。并且，微带线等平面传输线存在杂散辐射，会对雷达收发天线的辐射方向图产生不可预估的影响。

实用新型内容

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块，通过微带到矩形波导的转换单元与波导传输单元耦合而成，相当于多导体传输模块，传输模块的传输模式从共面波导(Coplanar waveguide，CPW)的TransverseElectromagnetic mode(TEM)-TEM波模式转换到波导的TE10模式，TE10模式具有色散低、损耗小、功率容量高的特性，并且该传输模块中波导的介质为空气，满足传输模块在高频处介质损耗低、色散低的需求，可有效的避免高频时传输损耗过大。另外，相比于传统的微带到波导的转换单元在矩形波导与微带结构存在安装间隙时，会出现传输性能迅速恶化的情况而言，本实用新型中微带到矩形波导的转换单元中的销钉结构具有类似间隙波导的良好阻带特性，可增大矩形波导与微带结构的安装间隙容忍度，当销钉结构与正面金属层存在间隙时，销钉结构与正面金属层间形成电磁带隙结构(Electromagnetic Bandgap，EBG)，EBG结构表现为高阻状态，可有效的防止高频处波的泄露；因此共面波导传输和间隙波导的模式转换和模式耦合能够实现在扩展带宽覆盖范围的同时，避免高频处损耗大的问题。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下技术方案来实现：

本实用新型中的高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块，包括微带到矩形波导的转换单元，与雷达芯片连接、用于雷达芯片电磁信号的传输和转换；以及波导传输单元，与所述微带到矩形波导的转换单元相连，用于波导的继续传输、减少反射损耗；其中，所述微带到矩形波导的转换单元包括微带结构、设于所述微带结构周边的销钉结构，以及与所述销钉结构连接的矩形波导。

作为其中的一种优选方案，所述微带结构包括介质基板，设于所述介质基板顶部的正面金属层、微带线和微带贴片，以及设于所述介质基板底部的背面金属地板；且所述微带线与微带贴片电性连接，所述正面金属层与所述微带线和微带贴片间隙配合。

作为其中的一种优选方案，所述介质基板上、位于所述微带线和微带贴片外周，设有多个连通所述正面金属层与所述背面金属地板的过孔结构。

作为其中的一种优选方案，所述正面金属层上设有与所述矩形波导相适配的矩形开窗，以及与微带线等长的长条形开窗。

作为其中的一种优选方案，所述微带线为与雷达芯片输出端口相适配的50欧姆阻抗线宽，且所述微带线与微带贴片之间设置有匹配段。

作为其中的一种优选方案，所述微带贴片为可与销钉结构耦合的长方体型贴片、圆柱型贴片、椭圆柱型贴片或棱柱型贴片。

作为其中的一种优选方案，所述销钉结构设于正面金属层与矩形波导之间、位于矩形开窗周边，包括至少两种不同尺寸大小的销钉。

作为其中的一种优选方案，所述销钉为均匀围设于矩形开窗周边的长方体型销钉或圆柱体型销钉。

作为其中的一种优选方案，所述波导传输单元包括垂直传输波导、水平传输波导，以及设于所述垂直传输波导与所述水平传输波导之间的波导转换结构。

作为其中的一种优选方案，所述波导转换结构包括用于将所述垂直传输波导转换为所述水平传输波导的第一矩形匹配块和第二矩形匹配块。

综上所述，本实用新型至少具有以下有益之处：

1、本实用新型的高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块，通过微带到矩形波导的转换单元与波导传输单元耦合而成，具有色散低、损耗小、功率容量高的特性；而且该传输模块中波导的介质为空气，满足传输模块在高频处介质损耗低、色散低的需求，可有效的避免高频时传输损耗过大。

2、本实用新型的高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块，微带到矩形波导的转换单元中增设了销钉结构，销钉结构具有类似间隙波导的良好阻带特性，可增大矩形波导与微带结构的安装间隙容忍度，有效的防止高频处波的泄露。

3、本实用新型的高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块，波导传输单元通过垂直传输波导、水平传输波导和波导转换结构结合而成，波导转换结构可有效的减少垂直传输到水平传输的反射损耗，从而进一步的降低传输模块整体的传输损耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例中高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块的整体结构爆炸视图；

图2是本实用新型实施例中高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块的结构剖面示意图；

图3是本实用新型实施例中微带结构与销钉结构的装配结构爆炸视图；

图4是本实用新型实施例中矩形波导与波导传输单元的装配结构示意图；

图5是本实用新型实施例中毫米波雷达的整体结构爆炸视图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

请参阅附图1，本实施例中的高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块2，包括与雷达芯片连接的微带到矩形波导的转换单元10，以及与微带到矩形波导的转换单元10相连的波导传输单元20；其中，微带到矩形波导的转换单元10用于雷达芯片电磁信号的传输和转换，波导传输单元20用于波导的继续传输、减少反射损耗。

请进一步参阅附图2，微带到矩形波导的转换单元10包括微带结构100、设于微带结构100周边的销钉结构200，以及与销钉结构200连接的矩形波导300。其中，微带结构100用于将雷达芯片的电磁信号辐射到销钉结构200和矩形波导300上；销钉结构200用于增大矩形波导300与微带结构100的安装间隙容忍度，当销钉结构200与微带结构100存在间隙时，销钉结构200与微带结构100的上层金属间形成电磁带隙结构(ElectromagneticBandgap，EBG)，EBG结构表现为高阻状态，可以有效的防止能量外泄；矩形波导300的传输介质为空气，可满足传输模块在高频处介质损耗低、色散低的需求，可有效的避免高频时传输损耗过大。

请进一步参阅附图3，微带结构100包括介质基板110，设于介质基板110顶部的正面金属层120、微带线130和微带贴片140，以及设于介质基板110底部的背面金属地板150；且微带线130与微带贴片140电性连接，正面金属层120与微带线130和微带贴片140间隙配合。微带线130用于连接雷达芯片并将雷达芯片的电磁信号传输给微带贴片140，微带贴片140用于辐射能量或电磁波。优选地，介质基板110上、位于微带线130和微带贴片140外周，设有多个连通正面金属层120与背面金属地板130的过孔结构111，过孔结构111的数量、大小、形状和排布方式可根据实际的需求进行设置；正面金属层120上设有与矩形波导300相适配的矩形开窗121，以及与微带线130等长的长条形开窗122；过孔结构111、矩形开窗121和长条形开窗122的设置，可以使得微带结构100具有地面共面波导(grounded coplanarwaveguide，GCPW)的结构形式，使得电磁波或能量可以更容易地传输到微带结构100上，从而使传输模块具备更强的辐射能力，可有效的提高能量或电磁波的传输效率。

进一步优选地，微带线130为与雷达芯片输出端口相适配的50欧姆阻抗线宽，且微带线130与微带贴片140之间设置有匹配段。微带贴片140设置在微带线130的一端上，当信号从雷达芯片传输到微带贴片140时，微带贴片140相当于发射天线，将微带线130中的电流转换为电磁波，辐射到销钉结构200和矩形波导300后继续传输；具体地，微带贴片140为可与销钉结构200耦合的长方体型贴片、圆柱型贴片、椭圆柱型贴片或棱柱型贴片，其结构和尺寸大小可根据实际的需要进行设计，只要能实现与销钉结构200的耦合即可。

请参阅附图2和3，销钉结构200设于正面金属层120与矩形波导300之间、位于矩形开窗121周边，其主要包括不同尺寸大小的第一销钉210和第二销钉220；第一销钉210和第二销钉220的数量、形状、尺寸和排布方式可根据实际的需要进行设计，只要满足形成EBG结构的特性即可，优选地，第一销钉210和第二销钉220为均匀围设于矩形开窗121周边的长方体型销钉或圆柱体型销钉。

本实施例中高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块，通过微带到矩形波导的转换单元10与波导传输单元20耦合而成，相当于多导体传输模块，传输模块的传输模式从共面波导(Coplanar waveguide，CPW)的Transverse Electromagnetic mode(TEM)-TEM波模式转换到波导的TE10模式，TE10模式具有色散低、损耗小、功率容量高的特性，并且该传输模块中波导的介质为空气，满足传输模块在高频处介质损耗低、色散低的需求，可有效的避免高频时传输损耗过大。另外，相比于传统的微带到波导的转换单元10在矩形波导与微带结构存在安装间隙时，会出现传输性能迅速恶化的情况而言，本实施例中微带到矩形波导的转换单元10中的销钉结构200具有类似间隙波导的良好阻带特性，可增大矩形波导300与微带结构100的安装间隙容忍度，当销钉结构200与正面金属层120存在间隙时，销钉结构200与正面金属层120间形成电磁带隙结构(Electromagnetic Bandgap，EBG)，EBG结构表现为高阻状态，可有效的防止高频处波的泄露；因此共面波导传输和间隙波导的模式转换和模式耦合能够实现在扩展带宽覆盖范围的同时，避免高频处损耗大的问题。

实施例2：

请参阅附图1，本实施例中的高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块2，包括与雷达芯片连接的微带到矩形波导的转换单元10，以及与微带到矩形波导的转换单元10相连的波导传输单元20；其中，微带到矩形波导的转换单元10用于雷达芯片电磁信号的传输和转换，波导传输单元20用于波导的继续传输、减少反射损耗。

本实施例中微带到矩形波导的转换单元10与实施例1相同；请进一步参阅附图4，波导传输单元20包括垂直传输波导400、水平传输波导500，以及设于垂直传输波导400与水平传输波导500之间的波导转换结构600；优选地，波导转换结构600包括用于将垂直传输波导400转换为水平传输波导500的第一矩形匹配块610和第二矩形匹配块620，可有效的减少垂直传输到水平传输的反射损耗，从而进一步的降低传输模块整体的传输损耗。

实施例3：

请参阅附图5，本实施例中的毫米波雷达天线，包括PCB板模块1，设于PCB板模块1上、如实施例1或2所述的高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块2，以及设于高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块2上的波导缝隙天线3；该毫米波雷达天线为分层结构设计，具体地，微带结构100与雷达芯片处于同一层，即位于PCB的上表面，波导传输单元20位于中间层，波导缝隙天线3处于最上层；当天线作为发射天线时，雷达芯片的信号经过共面波导传输到微带到矩形波导的转换单元10，经过水平-垂直-水平转换后，进入到中间层的波导传输单元20传输到波导缝隙天线3后，辐射到空气中；若作为接收天线，则上述过程逆向。

本实施例中的毫米波雷达天线，利用波导类传输线没有辐射损耗和介质损耗，插入损耗远远小于微带线等平面传输线的特性，结合平面传输线易集成的优点设计了一种分层天线结构，不仅实现了4D成像毫米波雷达的小型化设计及收发天线的灵活布局，同时实现了雷达芯片信号到雷达收发天线的低损耗传输，减少了传输线对雷达收发天线辐射性能的影响。

从上述实施例的技术方案可以看出，本实用新型提供了一种高频传输低损耗的宽带微带-波导传输模块，不仅色散低、损耗小、功率容量高，可有效的避免高频时传输损耗过大，而且具有类似间隙波导的良好阻带特性，可有效的防止高频处波的泄露。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。