【技术实现步骤摘要】
本申请涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线单元、具有该天线单元的天线阵列及电子设备。
技术介绍
1、毫米波天线因其具有部件体积小、高空间分辨率、抗干扰能力强等优点，现已经成为天线设计领域研究的主流。雷达等电子设备的信号的发射和接收由毫米波天线来实现。天线的主要指标有带宽、增益、波束宽度、天线极化等。对车载雷达而言，分辨率、探测距离、探测角度范围是关键指标，带宽越宽代表天线可以支持的距离分辨率越高，天线增益越高或馈线损耗越低均代表天线可以支持雷达探测距离越远，波束宽度越宽代表相同情况下雷达探测的角度范围越大。
2、在76ghz-81ghz频段，大多毫米波雷达采用平面印刷天线和波导天线。平面印刷天线工艺成熟，但在毫米波频段的馈线介质损耗大、天线效率低，且频率越高损耗越大。波导天线分为基片集成波导(siw)天线、空心波导天线和间隙波导天线，其中siw天线与微带天线类似，传输介质损耗大；波导缝隙天线加工精度要求高且带宽窄，传统波导天线电性能好，但结构复杂须多层实现，间隙波导天线加工精度要求降低，但设计和结构仍较复杂，实现成本高。
3、平面印刷天线效率低，馈线损耗大，设计自由度有限；波导缝隙天线加工精度要求高，带宽窄；传统口径辐射阵，结构复杂须多层实现；间隙波导设计结构复杂，成本高。
技术实现思路
1、基于上述问题，本申请提供了一种天线单元、具有该天线单元的天线及电子设备，通过天线单元的过渡波导的阶梯结构实现基模到高阶模的转换，提升天线单元带宽，简化天线结构，节省成本。
2、本申请实施例的第一方面提供一种天线单元，包括：馈电波导；过渡波导，包括依次连接的第一部分、第二部分、第三部分及第四部分，第一部分的一端与馈电波导连接，第一部分远离馈电波导的一端的波导尺寸逐渐变小以形成第一阶梯结构；第二部分与第一部分并列设置，第二部分远离馈电波导的一端的波导尺寸逐渐变小以形成第二阶梯结构，第二阶梯结构与第一阶梯结构相背设置；第三部分连接与第二部分远离馈电波导的一端，第三部分远离第二部分的一端的波导尺寸逐渐变小以形成第三阶梯结构，第三阶梯结构位于第三部分与第四部分相背的一侧；第四部分与第三部分并列设置且与第一部分相邻，第四部分远离第三部分的一端的波导尺寸逐渐变小以形成相对设置的第四阶梯结构和第五阶梯结构，第四阶梯结构与第一阶梯结构相邻；辐射波导与第四部分连接。
3、采用上述技术方案，通过天线单元的过渡波导的阶梯结构实现基模到高阶模的转换，提升天线单元可实现的带宽，简化天线结构，节省成本。
4、基于第一方面，一种可能的实现方式中，第一部分的波导尺寸变小的方向为第一渐变方向，第二部分的波导尺寸变小的方向为第二渐变方向，第三部分的波导尺寸变小的方向为第三渐变方向，第四部分的波导尺寸变小的方向为第四渐变方向；第一渐变方向与第三渐变方向相互平行且方向相同，第二渐变方向与第四渐变方向相互平行且方向相反，第一渐变方向与第二渐变方向相互垂直。
5、采用上述技术方案，通过控制波导尺寸的变化以形成阶梯结构，且多个部分的波导尺寸变小的方向具有相关性，以提升基模到高阶模的转换性能和可实现的带宽。
6、基于第一方面，一种可能的实现方式中，辐射波导具有多个辐射端，每个辐射端具有对应的辐射开口，过渡波导为方波导，天线单元满足以下关系式：0.85λ≥l≥0.55λ；0.3λ≥b≥0.15λ；0.3λ≥b≥0.15λ；其中，λ为自由空间波长，l为方波导的尺寸，b为馈电波导的波导宽度，b为辐射开口的波导宽度。
7、采用上述技术方案，保证天线单元的紧凑型，且多个天线单元便于组合安装，提升多个天线单元的组合的自由度。
8、基于第一方面，一种可能的实现方式中，辐射波导具有多个辐射端，每个辐射端具有对应的辐射开口，过渡波导为圆波导，天线单元满足以下关系式：
9、0.40λ≥l≥0.32λ；
10、0.3λ≥b≥0.15λ；
11、0.3λ≥b≥0.15λ；
12、其中，λ为自由空间波长，l为方波导的尺寸，b为馈电波导的波导宽度，b为辐射开口的波导宽度。
13、基于第一方面，一种可能的实现方式中，第一阶梯结构、第二阶梯结构、第三阶梯结构、第四阶梯结构和第五阶梯结构中至少一个的相邻阶梯的相交处设置有过渡圆弧或倒角。
14、采用上述技术方案，通过设置圆弧或倒角，以提升基模到高阶模的转换性能和可实现的带宽。
15、基于第一方面，一种可能的实现方式中，辐射波导包括功分器和辐射端，功分器与第四部分连接，辐射端与功分器连接。
16、采用上述技术方案，简化天线单元的结构，提升多个天线单元组合的自由度，降低组合成本。
17、第二方面，提供一种天线阵列，天线阵列包括多个第一方面中任意一项的天线单元。
18、采用上述技术方案，对个天线单元通过阶梯结构实现基模到高阶模的转换，提升天线单元可实现的带宽，简化天线结构，节省成本。
19、基于第二方面，一种可能的实现方式中，天线阵列包括发送天线阵列和接收天线阵列，发送天线阵列包括第一发送子天线阵列、第二发送子天线阵列和第三发送子天线阵列，接收天线阵列包括第一接收子天线阵列和第二接收子天线阵列；每个子天线阵列包括至少两个天线单元；第一接收子天线阵列中的天线单元和第二接收子天线阵列中的天线单元分别沿第一方向间隔设置，第一发送子天线阵列中的天线单元和第二发送子天线阵列中的天线单元分别沿第二方向间隔设置，第一方向与第二方向相垂直；第一接收子天线阵列、第二接收子天线阵列、第一发送子天线阵列及第二发送子天线阵列围设形成一方形结构，第三发送子天线阵列位于方形结构内。
20、采用上述技术方案，简化组装复杂度，降低组装成本，且该组合结构可降低芯片与天线单元之间的馈线损耗。且多个天线单元的组合排布方式固定，便于模块化和通用化。
21、基于第二方面，一种可能的实现方式中，第一接收子天线阵列的中心点和第二接收子天线阵列的中心点沿第二方向的距离大于第一发送子天线阵列沿第二方向的长度或第二发送子天线阵列沿第二方向的长度，其中，中心点是第一接收子天线阵列或第二接收子天线阵列沿第二方向的中心。
22、采用上述技术方案，通过限定延伸长度，以提升天线阵列的带宽性能。
23、基于第二方面，一种可能的实现方式中，第三发送子天线阵列的天线单元沿方形的对角线等间隔设置。
24、采用上述技术方案，通过限定天线单元的排布，以提升天线阵列的带宽性能。
25、基于第二方面，一种可能的实现方式中，第一接收子天线阵列中的天线单元和第二接收子天线阵列中的天线单元分别沿第一方向等间隔设置，第一发送子天线阵列中的天线单元和第二发送子天线阵列中的天线单元分别沿第二方向等间隔设置。
26、采用上述技术方案，通过等间隔设置天线单元，便于实现天线阵列的模块化和通用化。
27、基于第二方面，一种可能的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种天线单元，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一部分的波导尺寸变小的方向为第一渐变方向，所述第二部分的波导尺寸变小的方向为第二渐变方向，所述第三部分的波导尺寸变小的方向为第三渐变方向，所述第四部分的波导尺寸变小的方向为第四渐变方向；
3.如权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述辐射波导具有多个辐射端，每个所述辐射端具有对应的辐射开口，所述过渡波导为方波导，所述天线单元满足以下关系式：
4.如权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述辐射波导具有多个辐射端，每个所述辐射端具有对应的辐射开口，所述过渡波导为圆波导，所述天线单元满足以下关系式：
5.如权利要求1至4任一项所述的天线单元，其特征在于，所述第一阶梯结构、所述第二阶梯结构、所述第三阶梯结构、所述第四阶梯结构和所述第五阶梯结构中至少一个的相邻阶梯的相交处设置有过渡圆弧或倒角。
6.如权利要求1至4任一项所述的天线单元，其特征在于，所述辐射波导包括功分器和辐射端，所述功分器与所述第四部分连接，所述辐射端与所述功分器连
7.一种天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括多个如权利要求1至6中任意一项所述的天线单元。
8.如权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括发送天线阵列和接收天线阵列，所述发送天线阵列包括第一发送子天线阵列、第二发送子天线阵列和第三发送子天线阵列，所述接收天线阵列包括第一接收子天线阵列和第二接收子天线阵列；每个子天线阵列包括至少两个所述天线单元；
9.如权利要求8所述的天线阵列，其特征在于，所述第一接收子天线阵列的中心点和所述第二接收子天线阵列的中心点沿所述第二方向的距离大于所述第一发送子天线阵列沿所述第二方向的长度或所述第二发送子天线阵列沿所述第二方向的长度，其中，所述中心点是所述第一接收子天线阵列或所述第二接收子天线阵列沿所述第二方向的中心。
10.如权利要求8或9所述的天线阵列，其特征在于，所述第三发送子天线阵列的天线单元沿所述方形的对角线等间隔设置。
11.如权利要求8至10任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述第一接收子天线阵列中的所述天线单元和所述第二接收子天线阵列中的所述天线单元分别沿第一方向等间隔设置，所述第一发送子天线阵列中的所述天线单元和所述第二发送子天线阵列中的所述天线单元分别沿所述第二方向等间隔设置。
12.如权利要求7至11任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列还包括收发射频芯片，每个所述天线单元的馈电波导具有对应的馈电接口；
13.如权利要求7至12任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列还包括收发射频芯片、激励贴片、寄生贴片及电路板，所述收发射频芯片、所述激励贴片、所述寄生贴片间隔设置于所述电路板上，所述激励贴片和所述寄生贴片与对应的所述天线单元的馈电接口对应设置；
14.如权利要求13所述的天线阵列，其特征在于，所述激励贴片为矩形贴片、圆形贴片、三角形贴片或圆环性贴片。
15.如权利要求13或14所述的天线阵列，其特征在于，所述激励贴片和所述寄生贴片满足以下关系式：
16.如权利要求7至15任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述馈线单元包括微带线和巴伦，所述微带线的一端与所述收发射频芯片的芯片管脚连接，所述微带线的另一端与所述巴伦连接，所述巴伦与所述激励芯片连接。
17.如权利要求7至16任一项所述的天线阵列，其特征在于，
18.如权利要求7至17任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括第一波导板和第二波导板，所述第一波导板朝向所述第二波导板的一侧设置有多个第一凹槽，所述第二波导板朝向第一波导板的一侧设置有多个第二凹槽，每个所述第一凹槽与对应的所述第二凹槽形成一收容空间，所述收容空间用于收容对应的所述天线单元。
19.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求7至18任一项所述的天线阵列。
...【技术特征摘要】
1.一种天线单元，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一部分的波导尺寸变小的方向为第一渐变方向，所述第二部分的波导尺寸变小的方向为第二渐变方向，所述第三部分的波导尺寸变小的方向为第三渐变方向，所述第四部分的波导尺寸变小的方向为第四渐变方向；
3.如权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述辐射波导具有多个辐射端，每个所述辐射端具有对应的辐射开口，所述过渡波导为方波导，所述天线单元满足以下关系式：
4.如权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述辐射波导具有多个辐射端，每个所述辐射端具有对应的辐射开口，所述过渡波导为圆波导，所述天线单元满足以下关系式：
5.如权利要求1至4任一项所述的天线单元，其特征在于，所述第一阶梯结构、所述第二阶梯结构、所述第三阶梯结构、所述第四阶梯结构和所述第五阶梯结构中至少一个的相邻阶梯的相交处设置有过渡圆弧或倒角。
6.如权利要求1至4任一项所述的天线单元，其特征在于，所述辐射波导包括功分器和辐射端，所述功分器与所述第四部分连接，所述辐射端与所述功分器连接。
7.一种天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括多个如权利要求1至6中任意一项所述的天线单元。
8.如权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括发送天线阵列和接收天线阵列，所述发送天线阵列包括第一发送子天线阵列、第二发送子天线阵列和第三发送子天线阵列，所述接收天线阵列包括第一接收子天线阵列和第二接收子天线阵列；每个子天线阵列包括至少两个所述天线单元；
9.如权利要求8所述的天线阵列，其特征在于，所述第一接收子天线阵列的中心点和所述第二接收子天线阵列的中心点沿所述第二方向的距离大于所述第一发送子天线阵列沿所述第二方向的长度或所述第二发送子天线阵列沿所述第二方向的长度，其中，所述中心点是所述第一接收子天线阵列或所述第二接收子天线阵列沿所述第二方向的中心。
10.如权利要...
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