CN105428800A - 用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线 - Google Patents

Abstract

一种多波束集成波导天线，属于雷达天线领域，为了解决现有相控阵体制的防撞雷达价格昂贵、防撞雷达在复杂环境中提取目标算法难度大、防撞雷达系统硬件复杂等问题，技术要点是：由第一层的基片集成波导天线阵，(2n-2)层带状线，和底层微波电路集成；所述微波电路主要由X个一分(2n-1)不等功分器，(2n-1)个一分X不等功分器组成，其中，n+1为形成的波束数量，n≥2，X为阵列天线的单元数。效果是：通过功率分配器和移相的微带线实现阵列幅度、相位分配，实现多波束，并且在此基础上可扩展波束的数量。

Description

用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线

技术领域

本发明属于雷达天线领域，尤其涉及一种用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线。

背景技术

近年来，机动车辆已成为人民生活中主要的交通工具。然而，随着车辆数量的不断增长，尤其是私家车的数量正在逐年的高速增长，带来了城市交通拥堵、交通事故频发、交通环境恶化等日益严重的交通问题。在这一背景下，把车辆和道路综合起来系统地解决交通问题的思想就油然而生，这就是智能交通系统(ITS)。研制高性能的汽车防撞雷达系统，用于主动辅助司机进行安全驾驶，是ITS安全计划中非常重要的一部分。而雷达天线作为雷达系统重要的组成部分，如何设计易于集成、价格低廉、可批量化生产的雷达天线则具有非常重要的现实意义和应用前景。

现有防撞雷达天线种类选择有多种方式，有微带贴片、波导缝隙、喇叭天线、卡塞格伦天线。在方位角度目标识别中多采用的方法有相控阵电扫描法或双接收天线法；首先相控阵扫描法，需要使用功率分配器并配合移相器来满足要求的相位差，这样的结构比较复杂，且这样的一部雷达造价成本极为昂贵。双接收天线法是两个接收天线同时采集回波，对每个天线采到的接收信号进行算法后处理，通过目标配对得到目标信息，最后根据不同天线所得到的目标距离变化获得目标方位角。这种双天线法，每根天线独立接收，方位波束宽度较宽，因此在雷达接收机接收的雷达中频信号中，不仅含有了目标回波信息，还含有噪声信号和干扰信号，如邻近车道上的车辆、车道间的护拦、路旁的树木以及架设的路标和广告牌等，还有些多径效用产生的电磁辐射等等，这些杂波信号会同时进入两个天线，对雷达系统形成干扰，加大了算法后处理的难度，降低目标配对的准确性，导致雷达做出错误判断。

波导缝隙天线阵列具有低剖面、机械强度好、结构紧凑、口径效率高和损耗小等优良特性，但带宽窄，同时在毫米波频段加工精度要求高、周期长、成本高又在一定程度上限制了其应用。基片集成波导采用印刷电路板工艺或低温共烧陶瓷工艺等，通过在介质基片上蚀刻紧密排列的两列平行的金属化通孔，形成类似波导结构，从而可以将电磁波限制在一定范围内向前传播。具有体积小、重量轻，可采用PCB加工工艺，降低了加工成本，易于与微波毫米波集成电路集成，使微波毫米波系统小型化，便于大量生产等优点，目前已应用在天线领域。

发明内容

为了解决现有相控阵体制的防撞雷达价格昂贵、防撞雷达在复杂环境中提取目标算法难度大、防撞雷达系统硬件复杂等问题，本发明提出了一种多波束集成波导天线。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，由第一层的基片集成波导天线阵，(2n-2)层带状线，和底层微波电路集成；所述微波电路主要由X个一分(2n-1)不等功分器，(2n-1)个一分X不等功分器组成，其中，n+1为形成的波束数量，n≥2，X为阵列天线的单元数。

进一步的，第一层的基片集成波导天线阵的X个馈电点通过通孔连接到底层的微波电路的一分(2n-1)不等功分器的主路；

每个一分(2n-1)不等功分器的第一分支通过过孔连接至第二层的带状线，并由第二层的带状线通过过孔连接至底层第一个一分X不等功分器的X个支路；

每个一分(2n-1)不等功分器的第二分支通过过孔连接至第三层的带状线，并由第三层的带状线通过过孔连接至底层第二个一分X不等功分器的X个支路；

依此类推；

每个一分(2n-1)不等功分器的第n分支直接通过(2n-1)根相位相等的底层微带线与第n个一分X不等功分器的X个支路相连；

每个一分(2n-1)不等功分器的第(n+1)分支通过过孔连接至第(n+1)层带状线，并由第(n+1)层的带状线通过过孔连接至底层的第(n+1)个一分X不等功分器的X个支路；

依此类推；

X个一分(2n-1)不等功分器的主路连接至微波开关。

进一步的，多波束集成波导天线为三波束波导天线，由第一层的基片集成波导天线阵，第二层的带状线，第三层的带状线，第四层的微波电路集成，所述微波电路由四个一分三不等功分器、三个一分四不等功分器、四段等相位微带线和微波开关网络组成。

进一步的，第一层的基片集成波导天线阵的四个馈电点通过通孔连接到第四层的微波电路的一分三不等功分器的主路；

每个一分三不等功分器的第一分支通过过孔连接至第二层的带状线，并由第二层的带状线连接至底层第一一分四不等功分器的四个支路；

每个一分三不等功分器的第二分支通过过孔连接至四段等相位微带线，并由四段等相位微带线连接至底层第二一分四不等功分器的四个支路；

每个一分三不等功分器的第三分支通过过孔连接至第三层的带状线，并由第三层的带状线连接至底层第三一分四不等功分器的四个支路；

三个一分四不等功分器的主路连接至微波开关。

进一步的，所述的多波束为三个波束，分别为法线方向的波束、偏左和偏右对称的两个波束，第二层的带状线与第三层的带状线呈对称结构。

进一步的，所述基片集成波导天线阵加载有负载匹配电阻。

进一步的，相邻天线先经过功率分配器合成，再进行功率分配和相位加权的处理。

有益效果：本发明的多波束集成波导天线，使用了基片集成波导天线，其本身具有体积小、重量轻，加工成本低，易于与微波毫米波集成电路集成的优点，而一般集成波导天线负载端采取短路面形式，本发明基片集成波导天线阵加载有负载匹配电阻，不仅有效地增加了工作带宽，易于低副瓣的控制，而且成本上并没有明显增加，上述方案使得本发明具有频带宽、副瓣低，易于加工、成本低、效率高的优点。

本发明的多波束集成波导天线，其馈电网络中不仅有功率分配器，还有多层带状线结构起到移相作用，通过以上结构对电磁波能量进行幅度再分配和相位加权从而产生所需的多波束。底层的一分三不等功分器和一分四不等功分器之间的微带线相位相等，因此网络结构左右具有对称性，中间带状线结构的每层移相功能也可以产生一个固定指向的波束，而且波束具有左右对称，因此左右波束的两个网络层物理结构也对称，以上都简化了整个馈电网络的结构，使得本发明具有结构简单、易于集成的优点，且通过微波开关切换便可实现天线波束指向的变化。

由于其对称性的结构，便于功能的扩展，只需改变功率分配器和微波开关，可以扩展成5波束、7波束等的扫描，扫描波束的增加可以通过馈电网络的扩展实现。

附图说明

图1为本发明所述的多波束集成波导天线阵的结构示意图；

图2为本发明所述的第二层带状线网络结构示意图；

图3为本发明所述的第三层带状线网络结构示意图；

图4为本发明所述的馈电网络功率分配器及微波开关网络的结构示意图；

图5为本发明所述的多波束集成波导天线PCB结构示意图；

图6为本发明所述的多波束集成波导天线扫描波束原理示意图。

其中：1.基片集成波导天线阵，2.带状线，3.带状线，4.微波电路，5.微波开关网络，6.一分四不等功分器，7.一分三不等功分器。

具体实施方式

实施例1：

一种用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，由第一层的基片集成波导天线阵，(2n-2)层带状线，和底层微波电路集成；所述微波电路主要由X个一分(2n-1)不等功分器，(2n-1)个一分X不等功分器组成，其中，n+1为形成的波束数量，n≥2，X为阵列天线的单元数。

进一步的，第一层的基片集成波导天线阵的X个馈电点通过通孔连接到底层的微波电路的一分(2n-1)不等功分器的主路；

每个一分(2n-1)不等功分器的第一分支通过过孔连接至第二层的带状线，并由第二层的带状线通过过孔连接至底层第一个一分X不等功分器的X个支路；

每个一分(2n-1)不等功分器的第二分支通过过孔连接至第三层的带状线，并由第三层的带状线通过过孔连接至底层第二个一分X不等功分器的X个支路；

依此类推；

每个一分(2n-1)不等功分器的第n分支直接通过(2n-1)根相位相等的底层微带线与第n个一分X不等功分器的X个支路相连；

每个一分(2n-1)不等功分器的第(n+1)分支通过过孔连接至第(n+1)层带状线，并由第(n+1)层的带状线通过过孔连接至底层的第(n+1)个一分X不等功分器的X个支路；

依此类推；

X个一分(2n-1)不等功分器的主路连接至微波开关。

实施例2:

一种用于车载防撞雷达的三波束集成波导天线，由第一层的基片集成波导天线阵1，第二层的带状线2，第三层的带状线3，第四层的微波电路4集成，所述微波电路4由四个一分三不等功分器7、三个一分四不等功分器6、四段等相位微带线和微波开关网络5组成。

进一步的，第一层的基片集成波导天线阵1的四个馈电点通过通孔连接到第四层的微波电路4的一分三不等功分器7的主路；

每个一分三不等功分器7的第一分支通过过孔连接至第二层的带状线2，并由第二层的带状线2连接至底层第一一分四不等功分器6的四个支路；

每个一分三不等功分器7的第二分支通过过孔连接至四段等相位微带线，并由四段等相位微带线连接至底层第二一分四不等功分器6的四个支路；

每个一分三不等功分器7的第三分支通过过孔连接至第三层的带状线3，并由第三层的带状线3连接至底层第三一分四不等功分器6的四个支路；

三个一分四不等功分器6的主路连接至微波开关5。

附图4进一步表明了其连接关系，如图4所示，一分三不等功分器7的四个支路①通过第二层的带状线2连接至第一一分四不等功分器的四个支路，四个支路②通过底层微带线连接至第二一分四不等功分器的四个支路，四个支路③通过第三层带状线连接至第三一分四不等功分器的四个支路。

进一步的，所述的多波束为三个波束，分别为法线方向的波束、偏左和偏右对称的两个波束，第二层的带状线与第三层的带状线呈对称结构。通过功分器和带状线的扩展可形成更多波束，如五波束、七波束等。

实施例3：

具有与实施例2相同的技术方案，更为具体的是，所述基片集成波导天线阵加载有负载匹配电阻。相邻天线先经过功率分配器合成，再进行功率分配和相位加权的处理。所述的微波开关网络属于单刀三掷开关网络。两层带状线结构对称，所移相位为等差数列，一个为正，一个为负。一分三不等功分器和一分四不等功分器之间的微带线相位相等，负载匹配电阻阻值为100Ω。

本实施例的多波束集成波导天线，在射频前端即可实现空域滤波，能有效地抑制杂波信号，且只需要对微波开关网络切换，无需进行算法配对的处理即可实现不同方位目标的判断。与传统车载雷达双天线接收系统相比，本实施例通过波束扫描功能，以直接空域滤波的形式获得目标信息，有效地滤掉杂波信号，不需要进行目标配对算法处理。基片集成波导天线阵加载有负载匹配电阻，进一步改善了带宽、有效控制了副瓣电平。相邻天线先经过功率分配器合成再进行功率分配和相位加权，在满足左右波束副瓣的前提下，降低了馈电网络的复杂度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，其特征在于，由第一层的基片集成波导天线阵，(2n-2)层带状线，和底层微波电路集成；所述微波电路主要由X个一分(2n-1)不等功分器，(2n-1)个一分X不等功分器组成，其中，n+1为形成的波束数量，n≥2，X为阵列天线的单元数。

2.如权利要求1所述的用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，其特征在于，第一层的基片集成波导天线阵的X个馈电点通过通孔连接到底层的微波电路的一分(2n-1)不等功分器的主路；

每个一分(2n-1)不等功分器的第一分支通过过孔连接至第二层的带状线，并由第二层的带状线通过过孔连接至底层第一个一分X不等功分器的X个支路；

每个一分(2n-1)不等功分器的第二分支通过过孔连接至第三层的带状线，并由第三层的带状线通过过孔连接至底层第二个一分X不等功分器的X个支路；

依此类推；

每个一分(2n-1)不等功分器的第n分支直接通过(2n-1)根相位相等的底层微带线与第n个一分X不等功分器的X个支路相连；

每个一分(2n-1)不等功分器的第(n+1)分支通过过孔连接至第(n+1)层带状线，并由第(n+1)层的带状线通过过孔连接至底层的第(n+1)个一分X不等功分器的X个支路；

依此类推；

X个一分(2n-1)不等功分器的主路连接至微波开关。

3.如权利要求1或2所述的用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，其特征在于，由第一层的基片集成波导天线阵，第二层的带状线，第三层的带状线，第四层的微波电路集成，所述微波电路由四个一分三不等功分器、三个一分四不等功分器、四段等相位微带线和微波开关网络组成。

4.如权利要求3所述的用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，其特征在于，第一层的基片集成波导天线阵的四个馈电点通过通孔连接到第四层的微波电路的一分三不等功分器的主路；

每个一分三不等功分器的第一分支通过过孔连接至第二层的带状线，并由第二层的带状线连接至底层第一一分四不等功分器的四个支路；

每个一分三不等功分器的第二分支通过过孔连接至四段等相位微带线，并由四段等相位微带线连接至底层第二一分四不等功分器的四个支路；

每个一分三不等功分器的第三分支通过过孔连接至第三层的带状线，并由第三层的带状线连接至底层第三一分四不等功分器的四个支路；

三个一分四不等功分器的主路连接至微波开关。

5.如权利要求4所述的用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，其特征在于：所述的多波束为三个波束，分别为法线方向的波束、偏左和偏右对称的两个波束，第二层的带状线与第三层的带状线呈对称结构。

6.如权利要求5任一项所述的用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，其特征在于：所述基片集成波导天线阵加载有负载匹配电阻。

7.如权利要求5任一项所述的用于车载防撞雷达的多波束集成波导天线，其特征在于：相邻天线先经过功率分配器合成，再进行功率分配和相位加权的处理。