CN110429375A - 一种宽带基片集成波导双缝天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带基片集成波导双缝天线，所述宽带基片集成波导双缝天线适用于77GHz,79GHz车载毫米波雷达，包括m×2个辐射体串联组成的一个线阵结构，每2个辐射体为一列构成一个辐射单元，所述线阵结构中各相对应位置的辐射体的尺寸从中间到两边依次逐渐变小，其中m为大于0的自然数。本发明宽带基片集成波导双缝天线便于控制天线的副瓣电平，且工作带宽范围大，而且在工作带宽内增益和方向的一致性好，而且加工制作方便，成本低。

Description

一种宽带基片集成波导双缝天线

技术领域

本发明涉及雷达天线技术领域，特别是关于一种宽带基片集成波导双缝天线。

背景技术

毫米波雷达作为汽车ADAS系统最重要的传感器之一，其具有穿透雾、烟、灰尘能力强，可全天候工作等特点，随着当前汽车的自动化、智能化水平日趋提升，以及消费者对更高汽车安全性的追求，雷达已经得到了广泛地应用。

24GHz汽车毫米波雷达带宽通常不到200MHz，精度只有75厘米，目标分离能力只有1.5米。而之后出现的超宽带24GHz毫米波雷达，其带宽最高达7GHz，精度可达2.2厘米；但是它有一个明显的缺点，就是由于发射功率太低典型的24GHz超宽带毫米波雷达最大探测距离大约为30米。

在保证毫米波雷达测距的前提下，如何提高雷达雷达精度、目标分辨率，是目前急需解决的问题。因此，整个行业把目光投向了77GHz与79GHz毫米波雷达。一般77GHz雷达带宽为500-1000MHz左右，但与79GHz雷达的4GHz工作带宽相比，77GHz雷达的目标分离精度是分米级，而79GHz雷达的目标分辨精度是厘米级；也就意味着79GHz雷达可以测到更小的目标。 目前，整个行业都在大量的研究投入都在77GHz，但在79GHz也有一定的投入，但目前像博世，德尔福，大陆等在77GHz都具有成熟的产品。但在79GHz目前尚无成熟技术方案和产品。因此，如何提高雷达天线的工作带宽，是目前毫米波雷达天线设计的技术难点。

现有技术中，为提高雷达天线的工作带宽，多采用传统宽带基片集成波导进行设计，而传统宽带基片集成波导分析天线的解决方案是利用短路销钉进行阻抗匹配，以及设计多模工作的单缝基片集成波导缝隙天线阵列，其在一定程度上增加了雷达天线的工作带宽，但仍有待改善。

发明内容

经发明人对现有技术和传统雷达天线的研究及分析，雷达在对近距离的小目标进行检测时，需要雷达具有很高的目标分辨力；根据系统要求，雷达天线需具有较大的工作带宽，才能满足要求，但传统的天线的工作带宽相对较窄，难以满足要求。另外，在近距离检测时，雷达不仅需要具有一定的工作带宽，同时还需要有大角度的覆盖范围。因此在保证雷达天线工作带宽的同时，雷达天线的波束宽度也是关键所在。

为了使雷达天线工作带宽及波束宽度能够满足要求，本发明提供一种便于控制天线的副瓣电平，工作带宽范围大，而且在工作带宽内增益和方向的一致性好，而且加工制作方便，成本低的宽带基片集成波导双缝天线。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种宽带基片集成波导双缝天线，所述缝隙天线包括m×2个辐射体串联组成的一个线阵结构，每2个辐射体为一列构成一个辐射单元，其中m为大于0的自然数。所述辐射体为基片集成波导缝隙振子。所述线阵结构中相邻的辐射单元之间通过馈线连接，所述馈线为基片集成波导馈线。所述缝隙天线还包括匹配结构、阻抗变换结构和电阻馈线，所述基片集成波导馈线、匹配结构、阻抗变换结构和电阻馈线依次相连接。所述基片集成波导馈线、匹配结构、阻抗变换结构和电阻馈线均在同一块PCB板的同一面上蚀刻成形。所述线阵结构中各相对应位置的辐射体的尺寸从中间到两边依次逐渐变小，具体地，所述线阵结构中各辐射体的宽度一致，所述线阵结构中各相对应位置的辐射体的长度从中间到两边依次逐渐变小。所述线阵结构中各相应位置的辐射体距离基片集成波导馈线中心的距离从中间到两边依次逐渐变小。本发明宽带基片集成波导双缝天线为由m个辐射体串联组成的一个线阵结构，且每列辐射单元均包含并排设置的两个辐射体，两个并排设置的辐射体构成一辐射单元，有效确保天线在工作带宽内增益和方向图的一致性；所述线阵结构中各相对应位置的辐射体的尺寸从中间到两边依次逐渐变小，便于控制天线的副瓣天平，使雷达天线具备更大的天线口径，在提供更大增益的同时，保证天线尺寸尽可能小，副瓣天平更低，本发明宽带基片集成波导双缝天线的工作带宽相比传统单缝天线的工作带宽提高约30%。

本发明宽带基片集成波导双缝天线与现有技术相比，具有如下有益效果：

第一、制作方便，加工成本低，所述基片集成波导馈线、匹配结构、阻抗变换结构和电阻馈线均在同一块PCB板的同一面上蚀刻成形，其制作简单、方便，成本低；

第二、易于集成，所述电阻馈线为50欧姆馈线，且与基片集成波导馈线、匹配结构、阻抗变换结构在同一块PCB板的同一面上加工，更易于芯片集成；

第三、增益更大，本发明宽带基片集成波导双缝天线的仿真增益达到14.3dBi，在工作带宽内，本发明设计的实例的增益均大于12dBi,其中大部分频带内大于13dBi,而传统宽带基片集成波导单缝天线在工作带宽内增益只有10dBi，与公开号为CN208690501U，发明创造名称为基于77GHz毫米波雷达的SIW缝隙天线系统所设计的天线相比较，本实施例所设计的宽带基片集成波导双缝天线不仅在工作带宽内增益增高了3dBi；

第四、副瓣电平更低,所述线阵结构中各相对应位置的辐射体的长度从中间到两边均依次逐渐变小，并且各相对应位置的辐射体距离馈线中心位置从中间到两边依次逐渐变小，使得雷达天线具备更大的天线口径，在提供更大增益的同时，保证天线尺寸尽可以小，天线副瓣电平更低；

第五、工作带宽大，本发明宽带基片集成波导双缝天线的工作带宽可达5.8GHz，其工作频率为75.5GHz～81.3GHz，而传统宽带基片集成波导单缝天线的工作带宽为4.5GHz，其工作频率为75.4GHz～79.9GHz，本发明宽带基片集成波导双缝天线与传统宽带基片集成波导单缝天线相比带宽提高了1.3GHz，约提升高30%，并且在79GHz雷达的工作频率:77GHz～81GHz范围内；

第六、适用于77GHz、79GHz雷达车载毫米波雷达，本发明宽带基片集成波导双缝天线在77.5GHz，78.5GHz，79.5GHz和80.5GHz频率天线的波束宽度都可达130°，可知天线在整个工作带宽内天线的波束宽度都可达130°，即是本实施例所设计的宽带基片集成波导双缝天线不仅工作带宽适用79GHz雷达的规定，而且在整个工作带宽内天线的波束宽度也达到79GHz雷达的要求。

附图说明

图1为本发明宽带基片集成波导双缝天线的结构示意图；

图2为本发明实施例应用于3发4收的MIMO雷达的结构示意图；

图3为本发明实施例中的宽带集成波导双缝天线与传统基片集成波导单缝隙阵列的反射系数的对比图；

图4为本发明实施例中的宽带集成波导双缝天线与传统基片集成波导单缝隙阵列的增益的对比图；

图5为本发明实施例中的宽带集成波导双缝天线在77.5GHz，78.5GHz，79.5GHz和80.5GHz频率的方向图；

附图标记说明：辐射单元1，长振子2，短振子3，基片集成波导馈线4，匹配结构5，阻抗变换结构6，电阻馈线7。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种宽带基片集成波导双缝天线，所述双缝天线包括m×2个辐射体（2，3）串联组成的一个线阵结构，每2个辐射体（2，3）为一列构成一个辐射单元1，每个辐射单元1均包含长振子2和短振子3两个辐射体（2，3），所述长振子2和短振子3均为基片集成波导缝隙振子。相邻两个辐射单元1通过基片集成波导馈线4相连接，所述线阵结构中各相对应位置的辐射体（2，3）的长度从中间到两边均依次逐渐变小，并且各相对应位置的辐射体（2，3）距离馈线4中心位置从中间到两边依次逐渐变小，其中m为大于0的自然数。m的取值根据雷达天线的指标要求来选择辐射体的具体数量确定。所述双缝天线还包括匹配结构5、阻抗变换结构6和电阻馈线7，所述基片集成波导馈线4、匹配结构5、阻抗变换结构6和电阻馈线7依次相连接，所述电阻馈线为50欧姆馈线，所述基片集成波导馈线4、匹配结构5、阻抗变换结构6和电阻馈线7均在同一块PCB板的同一面上蚀刻成形。

参考图1和图2，本实施例以应用于3发4收的MIMO雷达，取m=8为例，包括7个本发明宽带基片集成波导双缝天线（8～14），其中3个宽带基片集成波导双缝天线用于发射，4个宽带基片集成波导双缝天线用于接收。每个宽带基片集成波导双缝天线均包括8个辐射单元1，8个辐射单元1串联组成一个线阵结构，相邻两个辐射单元1通过基片集成波导馈线4相连接。每个辐射单元1均包含长振子2和短振子3两个辐射体（2，3），所述长振子2和短振子3均为基片集成波导缝隙振子。本实施例宽带基片集成波导双缝天线还包括匹配结构5、阻抗变换结构6和电阻馈线7，所述基片集成波导馈线4、匹配结构5、阻抗变换结构6和电阻馈线7依次相连接，所述电阻馈线为50欧姆馈线，更易于芯片集成。所述基片集成波导馈线4、匹配结构5、阻抗变换结构6和电阻馈线7均在同一块PCB板的同一面上蚀刻成形，其制作简单、方便，成本低。所述线阵结构中各相对应位置的辐射体（2，3）的长度从中间到两边均依次逐渐变小，并且各相对应位置的辐射体（2，3）距离馈线4中心位置从中间到两边依次逐渐变小，使得雷达天线具备更大的天线口径，在提供更大增益的同时，保证天线尺寸尽可以小，天线副瓣电平更低。

参考图3，本实施例记载的宽带基片集成波导双缝天线，具体地，每个辐射单元1均包含两个振子（2，3），即长振子2和短振子3，两个基片集成波导缝隙振子（2，3)并排分布，使天线形成双缝天线，由图3可知，本实施例记载的宽带基片集成波导双缝天线的工作带宽可达5.8GHz，其工作频率为75.5GHz～81.3GHz，而传统宽带基片集成波导单缝天线的工作带宽为4.5GHz，其工作频率为75.4GHz～79.9GHz，本发明宽带基片集成波导双缝天线与传统宽带基片集成波导单缝天线相比带宽提高了1.3GHz，约提升高30%，并且在79GHz雷达的工作频率:77GHz～81GHz范围内，本实施例所设计的宽带基片集成波导双缝天线适用于79GHz雷达，而且受加工的误差影响也较小。

参考图4，由图4可知，本实施例记载的宽带基片集成波导双缝天线的仿真增益达到14.3dBi，在工作带宽内，本发明设计的实例的增益均大于12dBi,其中大部分频带内大于13dBi,而传统宽带基片集成波导单缝天线在工作带宽内增益只有10dBi，与公开号为CN208690501U，发明创造名称为基于77GHz毫米波雷达的SIW缝隙天线系统所设计的天线相比较，本实施例所设计的宽带基片集成波导双缝天线不仅在工作带宽内增益增高了3dBi，而且本实施例将基片集成波导馈线4、匹配结构5、阻抗变换结构6和电阻馈线7均集成在同一块PCB板的同一面上蚀刻成形,其结构更为简单，加工成本更低，而且更易于芯片集成。

参考图5，由图5可知，本实施例所设计的宽带基片集成波导双缝天线在77.5GHz，78.5GHz，79.5GHz和80.5GHz频率的方向图，可知天线在整个工作带宽内天线的波束宽度都可达130°，即是本实施例所设计的宽带基片集成波导双缝天线不仅工作带宽适用79GHz雷达的规定，而且在整个工作带宽内天线的波束宽度也达到79GHz雷达的要求。

虽然对本发明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。

Claims (10)

1.一种宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述宽带基片集成波导双缝天线适用于用于79GHz车载毫米波雷达，包括m×2个辐射体串联组成的一个线阵结构，每2个辐射体为一列构成一个辐射单元，所述线阵结构中各相对应位置的辐射体的尺寸从中间到两边依次逐渐变小，其中m为大于0的自然数。

2.根据权利要求1所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述辐射体为基片集成波导缝隙振子。

3.根据权利要求1所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述线阵结构中相邻的辐射单元之间通过馈线连接。

4.根据权利要求3所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述馈线为基片集成波导馈线。

5.根据权利要求4所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，还包括匹配结构、阻抗变换结构和电阻馈线，所述基片集成波导馈线、匹配结构、阻抗变换结构和电阻馈线依次相连接。

6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述基片集成波导馈线、匹配结构、阻抗变换结构和电阻馈线均在同一块PCB板的同一面上蚀刻成形。

7.根据权利要求6所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述电阻馈线为50欧姆馈线。

8.根据权利要求7所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述线阵结构中各辐射体的宽度一致。

9.根据权利要求8所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述线阵结构中各相对应位置的辐射体的长度从中间到两边依次逐渐变小。

10.根据权利要求9所述的宽带基片集成波导双缝天线，其特征在于，所述线阵结构中各相应位置的辐射体距离基片集成波导馈线中心的距离从中间到两边依次逐渐变小。