一种缝隙天线的相位误差修正方法及缝隙天线

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别是涉及一种缝隙天线的相位误差修正方法及缝隙天线。

背景技术

近年来，伴随着我国经济的快速增长，汽车数量大幅增加，而随着自动驾驶级别的飞速发展，雷达作为传感器，其角分辨率的指标要求日益增加，多芯片级联可通过提高通道数满足现阶段角分辨率要求，因此多芯片级联成为77GHz汽车毫米波雷达传感器的发展趋势。基于走线损耗和整版布局考虑，天线形式不再局限于PCB板上天线，金属缝隙天线逐渐流行，毫米波雷达的角分辨率也从一维提高到二维。天线的结构形态比较多样化，尤其是金属缝隙天线，其非对称设计增加了设计灵活度，同时也带了等效相位中心与几何中心的位置偏差，天线作为通道单元，其等效相位中心的误差会引起雷达测角性能的下降，从而影响两个维度的测角指标；同时，鉴于金属缝隙天线宽度受到工作波长的限制，相邻天线间距受到阵型限制，都无法调整，而相邻天线边缘间距不够大会导致空间耦合，对幅相一致性都会造成恶化，故此，与之相关的，对天线的通道一致性的要求也更苛刻，

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的非对称设计的非PCB板上天线，存在等效相位中心偏差，天线的通道一致性差，从而影响雷达测角性的下降等问题，提供一种缝隙天线的相位误差修正方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种缝隙天线的相位误差修正方法，包括以下步骤：

获取相邻两缝隙天线的相位差误差值；

在所述缝隙天线上方开设凹窗结构，所述凹窗结构的中心位置通过相邻两缝隙天线的相位差误差值确定，从而使设有所述凹窗结构的缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合。

进一步的，作为优选技术方案，所述凹窗结构的设置具体包括：

在缝隙天线上方设置初始凹窗结构，并得到初始凹窗结构的中心值；

根据相邻两缝隙天线的相位差误差值调整初始凹窗结构的中心偏移值，直至设置有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的相位差误差值在第一范围内；

获取初始凹窗结构的确定中心偏移值，得到初始凹窗结构的确定中心值，从而得到凹窗结构。

进一步的，作为优选技术方案，相邻两缝隙天线的相位差误差值的获取具体包括：

计算相邻两缝隙天线的理想相位差；

计算相邻两缝隙天线的相位差，结合相邻两缝隙天线的理想相位差得到相邻两缝隙天线的相位差误差值。

进一步的，作为优选技术方案，相邻两个缝隙天线的理想相位差通过以下公式计算：

其中，Δph表示相邻两个缝隙天线的理想相位差，d表示相邻两缝隙天线的等效相位中心间距，λ表示空气波长，θ表示电磁波入射角度。

进一步的，作为优选技术方案，在相邻两缝隙天线的理想相位差的计算过程中，默认缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合。

进一步的，作为优选技术方案，相邻两缝隙天线的相位差的计算具体包括：

通过仿真获取或者实测获取相邻两缝隙天线的相位曲线；

将相邻两缝隙天线的相位曲线进行差运算得到相邻两缝隙天线的相位差。

进一步的，作为优选技术方案，所述第一范围设定为小于等于5°；即，相邻两缝隙天线的相位差误差曲线为围绕0在5°范围以内波动。

进一步的，作为优选技术方案，确定中心偏移值的获取具体包括以下步骤：

设置初始凹窗结构的中心偏移值；

根据初始凹窗结构的中心偏移值计算具有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的理想相位差；

当具有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的理想相位差与相邻两缝隙天线的相位差之间的相位差误差值在第一范围内时，确定初始凹窗结构的确定中心偏移值为设置的初始凹窗结构的中心偏移值的一半。

进一步的，作为优选技术方案，所述初始凹窗结构的宽度和长度与所述缝隙天线的宽度和长度相同，所述初始凹窗结构的深度设置为0.3-1.5mm。

进一步的，作为优选技术方案，所述缝隙天线为不对称的宽平面纵缝天线。

一种缝隙天线，包括金属空腔层，设置在所述金属空腔层上方的缝隙层以及设置在所述缝隙层上方的修正层，在所述修正层上设有第一凹窗结构，所述第一凹窗结构位于所述缝隙层上的缝隙所在处上方，以用于修正所述缝隙天线的等效相位中心，以使所述缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合。

进一步的，作为优选技术方案，在所述修正层上上还设有与所述第一凹窗结构结构相同的第二凹窗结构，所述第二凹窗结构位于所述缝隙层上的缝隙所在处两侧，以用于修正所述缝隙天线空间耦合，以使所述缝隙天线的通道幅相一致。

进一步的，作为优选技术方案，所述第一凹窗结构和第二凹窗结构均可呈方形状、圆形状、梯形状或者椭圆状；所述第一凹窗结构和第二凹窗结构均不遮挡所述缝隙层上的所有缝隙。

进一步的，作为优选技术方案，所述第一凹窗结构可采用权利要求1-10任一项所述的一种缝隙天线的相位误差修正方法得到。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过在缝隙天线上方设置凹窗结构，以将缝隙天线的等效相位中心修正到与几何中心重合，从而到达优化雷达天线的测角性能。

另外，还可通过调整凹窗结构的位置和形状，对雷达天线的方向图进行微调，以进一步优化雷达天线的角分辨率。

附图说明

图1为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法的步骤流程图。

图2为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法的凹窗结构的设置步骤流程图。

图3为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的相位差误差值的计算步骤流程图。

图4为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的初始凹窗结构的确定中心偏移值的计算步骤流程图。

图5为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中使用的缝隙天线示意图。

图6为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中使用的缝隙天线开“窗”结构示意图。

图7为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的缝隙天线设置凹窗结构前的等效相位中心与几何中心示意图。

图8为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的缝隙天线设置凹窗结构后的等效相位中心与几何中心示意图。

图9为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的两相邻缝隙天线设置凹窗结构前的等效相位中心与几何中心示意图。

图10为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的两相邻缝隙天线设置凹窗结构后的等效相位中心与几何中心示意图。

图11为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的相邻两缝隙天线设置凹窗结构前的以间距1.5λ为例的相位差曲线图。

图12为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的相邻两缝隙天线设置凹窗结构前按不同相位中心计算的相位差与理想相位差之差。

图13为本发明提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的相邻两缝隙天线设置凹窗结构后按不同相位中心计算的相位差与理想相位差之差。

图14为本发明提供的一种缝隙天线剖视图。

图15为本发明提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构前结构示意图。

图16为本发明提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构后结构示意图。

图17为本发明提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构后剖视。

图18为本发明提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构前的以间距2λ为例的方位面方向图。

图19为本发明提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构后的以间距2λ为例的方位面方向图。

图20为本发明提供的一种缝隙天线的相邻两缝隙天线设置凹窗结构前/后的以间距2λ为例的相位差误差曲线图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

实施例1

本实施例为克服现有技术中的非对称设计的非PCB板上天线，存在等效相位中心偏差，从而影响雷达测角性的下降等问题，公开一种缝隙天线的相位误差修正方法。

本实施例的一种缝隙天线的相位误差修正方法针对的是结构不对称的缝隙天线，该类缝隙天线由于结构的不对称性会带来辐射场的不对称，从而导致缝隙天线的等效相位中心与几何中心发生偏离，进而影响缝隙天线的测角性能，故此，需要对结构不对称的缝隙天线的等效相位中心进行修正。

请参阅图1，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法的步骤流程图。

本实施例公开的一种缝隙天线的相位误差修正方法，如图1所示，包括以下步骤：

S101.获取相邻两缝隙天线的相位差误差值。

在本实施例中，所采用的缝隙天线均结构相同。

作为优选实施例，本实施例的缝隙天线以不对称的宽平面纵缝天线为例进行说明，具体可参见图5所示，该图中示出了本实施例缝隙天线的相位误差修正方法所使用的缝隙天线示意图，其等效相位中心与几何中心存在一定偏差，如图7所示。

那么，在本步骤中，需要先获取相邻两缝隙天线的相位差误差值，以得到对对缝隙天线的等效相位中心进行优化的基础。

S102.在缝隙天线上方开设凹窗结构，以使设置有凹窗结构的相邻两缝隙天线的相位差误差值在第一范围内，进而使得设有所述凹窗结构的缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合。

在本步骤中，需要在缝隙天线上方设置凹窗结构，该凹窗结构可通过虚拟仿真确定具体参数，也可通过在多个缝隙天线上设置，然后根据仿真结果确定。通过设置凹窗结构将相邻两缝隙天线的相位差误差值修正在第一范围内，进而使得设有所述凹窗结构的缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合，可参见图5和图7所示。

请参阅图2，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线的凹窗结构的设置步骤流程图。

如图2所示，凹窗结构的设置具体包括：

S201.在缝隙天线上方设置初始凹窗结构，并得到初始凹窗结构的中心值。

在本步骤中，需要在缝隙天线上方设置初始凹窗结构，该初始凹窗结构的宽度和长度可与缝隙天线的宽度和长度相同，而初始凹窗结构的深度设置为0.3-1.5mm以内，且其不遮挡缝隙天线上的所有缝隙，通过设置的初始凹窗结构，可直接得到其中心值。

S201.根据相邻两缝隙天线的相位差误差值调整初始凹窗结构的中心偏移值，直至设置有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的相位差误差值在第一范围内。

在本步骤中，参见步骤S201，由于初始凹窗结构的宽度和长度可与缝隙天线的宽度和长度相同，那么，该初始凹窗结构的几何中心与原缝隙天线的几何中心重合，也就得到了初始凹窗结构的中心值，而设置了初始凹窗结构后，若调整初始凹窗结构的位置和形状后，就可改变初始凹窗结构的几何中心，进而达到改变缝隙天线的等效相位中心的目的。

故此，本步骤需要根据相邻两缝隙天线的相位差误差值调整初始凹窗结构的中心偏移值，然后再计算相邻两缝隙天线的相位差误差值，直至设置有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的相位差误差值在第一范围内。

在本实施例中，该第一范围设定为小于等于5°。

也可以理解为：相邻两缝隙天线的相位差误差曲线为围绕0在5°范围以内波动的曲线，也就是图12中所示的虚线。

S203.获取初始凹窗结构的确定中心偏移值，得到初始凹窗结构的确定中心值，从而得到凹窗结构。

本步骤具体为，通过步骤S202，可得到使设置有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的相位差误差值在第一范围内的初始凹窗结构的确定中心偏移值，然后根据初始凹窗结构的确定中心偏移值得到初始凹窗结构的确定中心值，从而得到凹窗结构，而设有凹窗结构的相邻两缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合，可参见图6和图8所示。

本实施例通过上述步骤可实现对缝隙天线的等效相位中心进行调整，使其等效相位中心与几何中心重合，进而提高缝隙天线的测角性能。

请参阅图3，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的相位差误差值的计算步骤流程图。

如图3所示，该相邻两缝隙天线的相位差误差值的计算具体包括：

S301.计算相邻两缝隙天线的理想相位差。

在本步骤中，相邻两个缝隙天线的理想相位差通过以下公式计算：

其中，Δph表示相邻两个缝隙天线的理想相位差，d表示相邻两缝隙天线的等效相位中心间距，λ表示空气波长，θ表示电磁波入射角度。

在本实施例中，在相邻两缝隙天线的理想相位差的计算过程中，默认缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合，故此，上述d还可表示相邻两缝隙天线的几何中心间距。

S302.计算相邻两缝隙天线的相位差。

在本步骤中，相邻两缝隙天线的相位差的计算具体包括：

通过仿真获取或者实测获取相邻两缝隙天线的相位曲线。

将相邻两缝隙天线的相位曲线进行差运算得到相邻两缝隙天线的相位差。

例如，获取的相邻两缝隙天线的相位曲线分别为ph1和ph2，那么，相邻两缝隙天线的相位差通过以下公式获取：

∧oh′＝ph1-phλ(2)

其中，Δph′表示相邻两个缝隙天线的相位差。

在本步骤中，相邻两缝隙天线的相位差曲线图可参见图11所示，图中示出了以间距1.5λ为例的相邻两缝隙天线的相位差曲线图。

S303.结合相邻两缝隙天线的理想相位差得到相邻两缝隙天线的相位差误差值。

本步骤具体为：将通过步骤S301计算得到的相邻两个缝隙天线的理想相位差与通过步骤S302计算得到的相邻两个缝隙天线的相位差进行差运算，从而得到相邻两缝隙天线的相位差误差值。

例如，提取相邻两个缝隙天线的理想相位差Δph，提取相邻两缝隙天线的相位差Δph′，相邻两缝隙天线的相位差误差值通过以下公式获取：

Δerror ph＝Δph-Δph′ (3)

其中，Δerror-ph表示相邻两缝隙天线的相位差误差值。

请参阅图4，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线的相位误差修正方法中的初始凹窗结构的确定中心偏移值的计算步骤流程图。

如图4所示，该确定中心偏移值的获取具体包括以下步骤：

S401.设置初始凹窗结构的中心偏移值。

在本步骤中，该初始凹窗结构的中心偏移值可根据上述步骤S303计算出来的相邻两缝隙天线的相位差误差值Δerror-ph确定。

举例说明，假设初始凹窗结构的中心偏移值为ΔΔd。

S402.根据初始凹窗结构的中心偏移值计算具有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的理想相位差。

在本步骤中，具有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的理想相位差可通过公式(1)计算，具体如下：

其中，Δph″表示具有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的理想相位差。

S403.当具有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的理想相位差与相邻两缝隙天线的相位差之间的相位差误差值在第一范围内时，确定初始凹窗结构的确定中心偏移值为设置的初始凹窗结构的中心偏移值的一半。

本步骤可以为，将公式(4)中的具有初始凹窗结构的相邻两缝隙天线的理想相位差替换公式(3)中的相邻两个缝隙天线的理想相位差，那么：

Δerror-ph＝Δph″-Δph′(5)

此时，通过预估和调整Δd的值，将其迭代计算公式(4)和(5)，直至公式(5)计算的结果在第一范围内，也就是得到图12中所示的虚线，那么，初始凹窗结构的确定中心偏移值设置为

在本实施例中，该第一范围设定为小于等于5°，也可以理解为：相邻两缝隙天线的相位差误差曲线为围绕0在5°范围以内波动的曲线，也就是图12中所示的虚线。

故此，在本实施例中，若不对称缝隙天线没有设置凹窗结构，那么，其等效相位中心与几何中心存在一定偏差，如图9所示，其相位差与理想相位差之差如图12所示，叠加了一个有斜率曲线，说明了其等效相位中心与几何中心不重叠，而设置了凹窗结构后，修正了缝隙天线的等效相位中心，使得其等效相位中心与几何中心重叠，如图10所示，其相位差与理想相位差之差趋于零，如图13所示，相位差与理想相位差之差曲线只有些许波动，说明了其等效相位中心与几何中心重叠。

实施例2

本实施例公开了一种缝隙天线的相位误差修正方法，其在实施例1的基础上进一步公开了初始凹窗结构的形状和位置调整范围。

在本实施例中，该初始凹窗结构的宽度和长度与缝隙天线的宽度和长度相同，初始凹窗结构的深度设置为0.3-1.5mm。

那么在调整过程中，其长度对相位中心没有影响，而宽度和高度对相位中心略有影响，故此，在通过实施例1得到凹窗结构后，也就是凹窗结构的中心位置确定后，还可通过对凹窗结构的宽度和高度进行微调，使得缝隙天线的等效相位中心与几何中心的位置重合度更高。也就是实施例1中的公式(5)的结构趋于零。

另外，在本实施例中，通常来说，凹窗结构的宽度也会受限于相邻两缝隙天线的间距，作为优选实施例，凹窗结构的宽度最小不能对缝隙天线的缝隙有遮挡，最大与缝隙天线的宽度相同，其宽度调整范围最大一般不超过4mm，其高度调整范围为0.5～1.5mm，具体还需要根据缝隙天线的规格进行调整。

实施例3

本实施例公开了一种缝隙天线，其采用实施例1的一种缝隙天线的相位误差修正方法在缝隙天线上方设置凹窗结构，并调整凹窗结构的位置，以将缝隙天线的等效相位中心修正到与几何中心重合，从而到达优化雷达天线的测角性能。

请参阅图14，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线剖视图。

如图14所示，本实施例公开的一种缝隙天线，包括具有空腔11的金属空腔层1，设置在金属空腔层1上方的缝隙层2，以及设置在缝隙层2上方的修正层3，在修正层3上设有第一凹窗结构31，第一凹窗结构31位于缝隙层2上的缝隙21所在处上方，该第一凹窗结构31用于修正缝隙天线的等效相位中心，以使缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合，从而优化雷达天线的测角性能。

优选的，本实施例中的第一凹窗结构31可呈方形状、圆形状、梯形状或者椭圆状，具体形状不做限定，只要不遮挡缝隙层3上的所有缝隙31，且能够实现对缝隙天线的等效相位中心及进行修正，以使缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合即可。

作为优选实施例，本实施例中的第一凹窗结构31可采用权实施例1所述的一种缝隙天线的相位误差修正方法得到，本实施例不再进行重复阐述。

实施例4

本实施例公开了一种缝隙天线，其采用实施例1的一种缝隙天线的相位误差修正方法在缝隙天线上方设置凹窗结构，并调整凹窗结构的位置，以将缝隙天线的等效相位中心修正到与几何中心重合，从而到达优化雷达天线的测角性能。同时，同时在缝隙天线上方两侧同样设置凹窗结构，以改善缝隙天线的空间耦合，从而到达改善雷达天线幅度一致性的目的。

请参阅图16，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构后结构示意。

请参阅图17，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构后剖视图。

如图16-17所示，本实施例公开的一种缝隙天线，包括具有空腔11的金属空腔层1，设置在金属空腔层1上方的缝隙层2，以及设置在缝隙层2上方的修正层3，在修正层3上设有第一凹窗结构31和第二凹窗结构32，第一凹窗结构31位于缝隙层2上的缝隙21所在处上方，该第一凹窗结构31用于修正缝隙天线的等效相位中心，以使缝隙天线的等效相位中心与几何中心重合，从而优化雷达天线的测角性能，第二凹窗结构32与第一凹窗结构31结构相同，且位于缝隙层2上的缝隙1所在处两侧，该第二凹窗结构32以用于修正缝隙天线空间耦合，以使缝隙天线的通道幅相一致。

在本实施例，由于针对是相邻两缝隙天线，故此，第二凹窗结构32位于相邻两缝隙天线的相对两侧和之间，也就是开设了三个第二凹窗结构32，而三个第二凹窗结构32周期性设置。

举例说明，例如，请参阅图15，图中示出了本实施例提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构前结构示意。同时，请参阅图18，图中示出了为本实施例提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构前的以间距2λ为例的方位面方向图，由该图可知，在缝隙天线上没有设置凹窗结构前，其由于空间耦合，抖动明显，且存在幅度不一致性的情况。

然，请参阅图19，图中示出了为本实施例提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构后的以间距2λ为例的方位面方向图，由该图可知，在缝隙天线上设置凹窗结构后，仿真曲线平滑，且明显改善了缝隙天线的幅度一致性。

再参请参阅图20，图中示出了为本实施例提供的一种缝隙天线的两相邻缝隙天线设置凹窗结构前/后的以间距2λ为例的相位差误差曲线图，由该图可知，在缝隙天线上设置凹窗结构后，明显改善了缝隙天线的相位一致性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。