CN109460585A - 一种毫米波雷达微带天线设计标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，包括以下步骤：根据雷达性能指标和用到的硬件器材确定天线的输入信息；将天线信息输入天线设计算法模型，获得天线阵子和馈线的尺寸；根据设计好的天线加工到实际的雷达电路系统中，进行俯仰面雷达方向图测试；通过比对雷达方向图的增益大小和角度偏差，获得天线的补偿长度，并对原有设计天线补偿修改，再加工天线使其达到预期设计效果。本发明通过天线设计以及实测后对误差补偿反馈，能够快捷有效对实际加工及板材本身误差实现矫正，效优化天线性能，使其达到设计效果，还能大大缩短天线开发周期和成本。

Description

一种毫米波雷达微带天线设计标定方法

技术领域

本发明涉及雷达电子技术领域，具体的说是一种毫米波雷达微带天线设计标定方法。

背景技术

77GHz毫米波雷达具有全天候，长距离，高分辨率定位目标的能力，因此在智能汽车应用领域，它被广泛用来探测周围目标的距离，速度和角度方位。雷达天线在实际中有多种形式，微带天线因其具有成本低，加工一致性好，易于和整体电路板一体化等优点，被大多数设计所采用。

但77GHz毫米波雷达波长很短，空间波长只有3.92mm，实际天线尺寸和设计值的微小偏差会直接影响天线方向图，导致实际的天线性能往往和设计偏差较大。这个误差主要来源于两个方面，一个是受限于板厂加工能力的公差；另一个是用于制作天线的高频板材自身的误差，比如业内最好的板材厂家罗杰斯，板子的介电常数误差范围5％。

发明内容

为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了一种毫米波雷达微带天线设计标定方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据雷达性能指标和用到的硬件器材确定天线的输入信息；

步骤S2：将天线信息输入天线设计算法模型，获得天线阵子和馈线的尺寸；

步骤S3：根据设计好的天线加工到实际的雷达电路系统中，进行俯仰面雷达方向图测试；

步骤S4：通过比对雷达方向图的增益大小和角度偏差，获得天线的补偿长度，并对原有设计天线补偿修改，再加工天线使其达到预期设计效果。

进一步的，所述天线采用的是边馈微带天线阵。

进一步的，所述步骤S1中，雷达的性能指标包括雷达工作中心频率、带宽、要求的角度覆盖方位、可探测的距离。

进一步的，所述步骤S1中，硬件器材包括前端收发芯片、制作天线的板材。

进一步的，所述步骤S2中，天线设计算法模型具有：

1)天线具体设计指标的输入，包括：

①天线工作的中心频率、工作带宽、阵列数、主副瓣抑制比、天线馈线阻抗匹配要求；

②所选高频板材的电参数，包括介电常数、正切损耗角、介质的厚度、铜箔厚度；

2)天线性能参数的输出，包括主瓣宽度、天线增益、馈线尺寸。

进一步的，所述步骤S4中，观察天线俯仰的主瓣最大方向的角度值θ_{delt_EL}，采用补偿反馈法，带入公式；

θ/360*λ-d；

式中，λ为电磁波空间波长；在测出第一版天线的方向图后，利用角度偏差值求出天线的补偿长度d。

本发明的有益效果是：本发明通过天线设计以及实测后对误差补偿反馈，能够快捷有效对实际加工及板材本身误差实现矫正，效优化天线性能，使其达到设计效果，还能大大缩短天线开发周期和成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的标定方法流程示意图；

图2为本发明中采用边馈微带天线阵的示意图；

图3为本发明中基于天线设计算法模型中的天线模型示意图；

图4为传统的天线实测性能图；

图5为本发明中设计的天线实测性能图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图5所示，一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据雷达性能指标和用到的硬件器材确定天线的输入信息；

其中，所述天线采用的是边馈微带天线阵。

雷达的性能指标包括雷达工作中心频率、带宽、要求的角度覆盖方位、可探测的距离。

硬件器材包括前端收发芯片、制作天线的板材，其次，还包括板材设计的长、宽、高参数。

步骤S2：将天线信息输入天线设计算法模型，获得天线阵子和馈线的尺寸；

首先需要建立天线设计算法模型，该算法模型包括：

1、天线单元阵尺寸设计，即根据选定板材材料的电性能，设计天线单元阵子的尺寸；

2、天线单元阵与对应等效电路及归一化阻抗进行匹配，即根据设计好的单元阵子尺寸，转换成等效电路模型进而做阻抗匹配；

3、单个阵子天线的方向图，即根据设计好的单元阵子尺寸，计算出单个阵子的辐射方向图；

4、天线阵因子设计及其方向图，即根据输入的天线阵子个数，计算出天线阵方向图；

5、天线单元阵之间馈线网络设计，即结合之前计算出的单元阵的阻抗匹配关系计算出对应的单元阵的馈线网络的尺寸。

对本发明中天线在天线设计算法模型中的示意图可参见图3，其中，h表示基板的介质厚度；t表示板材铜箔厚度；W表示微带线线宽；L表示微带线线长；θ表示垂直方向角度；φ表示水平方向角度；er表示基材相对介质常数；E-plane表示E平面；H-plane表示H平面。

其次，该天线设计算法模型具有两部分构成：

1)天线具体设计指标的输入，包括：

①天线工作的中心频率、工作带宽、阵列数(由雷达应用需要覆盖的角度、距离范围来决定)、主副瓣抑制比、天线馈线阻抗匹配要求；

②所选高频板材的电参数，包括介电常数、正切损耗角、介质的厚度、铜箔厚度；

2)天线会根据设计软件实现自动输出参数，该线性能参数的输出，包括主瓣宽度、天线增益、馈线尺寸。

步骤S3：根据设计好的天线加工到实际的雷达电路系统中，进行俯仰面雷达方向图测试；

步骤S4：通过比对雷达方向图的增益大小和角度偏差，获得天线的补偿长度，并对原有设计天线补偿修改，再加工天线使其达到预期设计效果。

当雷达工作在76.5GHz时，测得天线实际方向图，观察天线俯仰的主瓣最大方向的角度值分别为θ_{delt_EL}(以平行于天线平面为0度)。这是由阵子的实际间距和设计有偏差从而阵子之间不同相造成的。为此我们采用补偿反馈法，在测出第一版天线的方向图后，利用角度偏差值求出天线的补偿长度d如下：

θ/360*λ＝d；

式中，λ为电磁波空间波长；在测出第一版天线的方向图后，利用角度偏差值求出天线的补偿长度d。

在经过补偿反馈法修改后，天线实测性能图如图5所示，参照传统天线实测性能图4，对比可以得出：1、天线主瓣方向角度更接近法线方向；2、天线辐射功率更集中；3、天线主副瓣抑制比更佳。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：根据雷达性能指标和用到的硬件器材确定天线的输入信息；

步骤S2：将天线信息输入天线设计算法模型，获得天线阵子和馈线的尺寸；

步骤S3：根据设计好的天线加工到实际的雷达电路系统中，进行俯仰面雷达方向图测试；

步骤S4：通过比对雷达方向图的增益大小和角度偏差，获得天线的补偿长度，并对原有设计天线补偿修改，再加工天线使其达到预期设计效果。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，其特征在于：所述天线采用的是边馈微带天线阵。

3.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，其特征在于：所述步骤S1中，雷达的性能指标包括雷达工作中心频率、带宽、要求的角度覆盖方位、可探测的距离。

4.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，其特征在于：所述步骤S1中，硬件器材包括前端收发芯片、制作天线的板材。

5.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，其特征在于：所述步骤S2中，天线设计算法模型具有：

1)天线具体设计指标的输入，包括：

①天线工作的中心频率、工作带宽、阵列数、主副瓣抑制比、天线馈线阻抗匹配要求；

②所选高频板材的电参数，包括介电常数、正切损耗角、介质的厚度、铜箔厚度；

2)天线性能参数的输出，包括主瓣宽度、天线增益、馈线尺寸。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达微带天线设计标定方法，其特征在于：所述步骤S4中，观察天线俯仰的主瓣最大方向的角度值θ_{delt_EL}，采用补偿反馈法，带入公式；

θ/360*λ-d；

式中，λ为电磁波空间波长；在测出第一版天线的方向图后，利用角度偏差值求出天线的补偿长度d。