CN110828978A - 一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线 - Google Patents

一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，包括介质基板、辐射天线阵、馈电结构、以及屏蔽罩，所述辐射天线阵、馈电结构设置在所述介质基板一表面，所述馈电结构包括功分器和馈电微带线，所述功分器的输入端通过所述馈电微带线与外部射频芯片连接，所述功分器的输出端通过馈电微带线连接在所述辐射天线阵上；所述屏蔽罩固定在所述介质基板，且罩于所述功分器上。其有益效果在于，通过在馈电结构上设置屏蔽罩，有效的防护环境辐射对本申请的雷达天线工作状态的影响和干扰，且屏蔽大角度的辐射外泄，提高阵列天线的增益和低副瓣性能。同时，本申请还具有高稳定性、低成本和保护阵列天线等优点。

Description

一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线
技术领域
本申请涉及汽车辅助驾驶技术领域，尤其涉及一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线。
背景技术
近年来，随着汽车的普及和自动驾驶的需求越来越高，毫米波雷达因其良好的距离探测以及低成本成为主要的探测器之一。车辆上面配备的毫米波雷达传感器也越来越多，主要包括测速雷达、自适应巡航控制、防撞雷达、盲点监测、自动紧急刹车等。
天线是雷达的核心组成部分，其作用相当于雷达的眼睛，雷达能否捕捉到目标信号，取决于天线的电性能指标是否满足要求。其中阵列天线因具有高增益和良好的波束方向性控制性能，在77GHz前向雷达和成像雷达中的应用非常广泛。通用汽车环球科技运作有限责任公司公开了一种雷达和盖板之间的阵列天线结构（中国专利公开号：CN201580081649），用来减小基于盖板和任何涂料层的物理和电学特性的变化造成的电磁反射和传播中的损失。哈尔滨工业大学公开了一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列（CN201610127630），采用M×N个天线单元构成M行、N列的矩形阵列，用于解决宽带低副瓣微带天线阵列的工作频带窄、增益低的问题。
以上措施都不同程度的改善了汽车雷达天线的性能，但并没有解决环境辐射对雷达天线的影响，以及雷达天线大角度辐射外泄的问题。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，本申请提供一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，包括介质基板、辐射天线阵、馈电结构、以及屏蔽罩，所述辐射天线阵、馈电结构设置在所述介质基板同一表面，所述馈电结构包括功分器和馈电微带线，所述功分器的输入端通过所述馈电微带线与外部射频芯片连接，所述功分器的输出端通过馈电微带线连接在所述辐射天线阵上；所述屏蔽罩固定在所述介质基板，且罩于所述功分器上。
可选地，所述屏蔽罩包括底面开口的壳体、连接在所述介质基板一侧的第一接地板、以及设置在介质基板上的多个安装焊盘，多个所述安装焊盘沿同一轴线设置在所述功分器的每两个输出端之间，所述壳体通过连接在所述第一接地板和安装焊盘上，罩设在所述功分器上。
可选地，所述壳体两侧分别挖设有供所述功分器的输入端和输出端通过的第一通槽、第二通槽，所述壳体内表面还涂布有吸波材料层。
可选地，所述壳体为中部镂空的金属结构。
可选地，所述第一接地板挖设有至少一个通孔。
可选地，所述壳体通过焊接固定在所述第一接地板和安装焊盘上。
可选地，所述辐射天线阵包括至少一个辐射天线，所述辐射天线连接在所述功分器的输出端；多个辐射天线等距或不等距横向分布在所述介质基板上。
可选地，所述辐射天线包括辐射微带线、辐射块阵列，所述辐射块阵列包括多个辐射块，所述辐射块沿介质基板的横向方向等距或不等距分布，且所述辐射块的横向中线重合；所述辐射微带线将所有辐射块串联。
可选地，所述辐射块的横向长度相同，且位于所述介质基板中部的辐射块的纵向宽度最大，多个辐射块的纵向宽度沿所述介质基板逐渐减小。
可选地，所述介质基板在与设置有辐射天线阵相反一表面设置有第二接地板。
本申请的一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其有益效果在于，通过在馈电结构上设置屏蔽罩，有效的防护环境辐射对本申请的雷达天线工作状态的影响和干扰，且屏蔽大角度的辐射外泄，提高阵列天线的增益和低副瓣性能。同时，本申请还具有高稳定性、低成本和保护阵列天线等优点。
附图说明
图1为本申请实施例的天线爆炸图。
图2为本申请实施例的天线组合图。
图3为本申请实施例的屏蔽罩结构示意图。
图4为本申请实施例的不带壳体的俯视图。
图5为本申请实施例的有/无屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线的增益对比图。
图6为本申请有/无屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线的方向性对比图（E面）。
图7为本申请有/无屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线的方向性对比图（H面）。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。
本申请提供一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其有益效果在于，通过在馈电结构上设置屏蔽罩，有效的防护环境辐射对本申请的雷达天线工作状态的影响和干扰，且屏蔽大角度的辐射外泄，提高阵列天线的增益和低副瓣性能。同时，本申请还具有高稳定性、低成本和保护阵列天线等优点。
在如图1-4所示的实施例中，本申请提供一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，包括介质基板1、辐射天线阵2、馈电结构3、以及屏蔽罩4，辐射天线阵2、馈电结构3设置在介质基板1同一表面，馈电结构3包括功分器31和馈电微带线32，功分器31的输入端通过馈电微带线32与外部射频芯片连接，功分器31的输出端通过馈电微带线32连接在辐射天线阵2上；屏蔽罩4固定在介质基板1，且罩于功分器31上。在本实施例中，本申请的天线通过在馈电结构1的功分器31上设置屏蔽罩4，有效的防护环境辐射对本申请的雷达天线工作状态的影响和干扰，且屏蔽大角度的辐射外泄，提高阵列天线的增益和低副瓣性能。同时，本申请还具有高稳定性、低成本和保护阵列天线等优点。
在一些实施例中，屏蔽罩4包括底面开口的壳体41、连接在介质基板1一侧的第一接地板42、以及设置在介质基板1上的多个安装焊盘43，多个安装焊盘43沿同一轴线设置在功分器31的每两个输出端之间，壳体41通过连接在第一接地板42和安装焊盘43上，罩设在功分器31上。在本实施例的一种实施方式中，第一接地板42包括分别焊接功分器31的输入端两端的接地板，第一接地板42通过焊接连接在介质基板1上。壳体41两侧分别挖设有供功分器31的输入端和输出端通过的第一通槽411、第二通槽412，壳体41内表面还涂布有吸波材料层413。在本实施例的一种实施方式中，第一通槽411供功分器的输入端通过，第二通412出端通过，功分器31的输出端可以有一个或多个，在本实施例在，吸波材料层413采用吸波材料3MTMAB6000。其中，吸波材料指能吸收或者大幅减弱投射到它表面的电磁波能量，从而减少电磁波的干扰的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。在本实施例中，功分器31的输出端数量为10个，第二通槽412的数量与功分器的输出端相匹配，同样为10个，壳体41罩设在功分器上。壳体为中部镂空的金属结构。在本实施例中，壳体41向下开口，其内部形成一个腔体，其腔体与功分器之间形成一层第一空气介质间隔层。同时，壳体41内部为镂空结构，使壳体41内部形成第二空气介质间隔层。壳体41本身由金属制成，从而形成第三层介质间隔层。在本实施例中，壳体可以是敷铜材料制成。第一接地板42挖设有至少一个通孔。设置通孔是为了降低接地阻抗，让干扰信号快速流出。壳体通过焊接固定在第一接地板和安装焊盘上。第一接地板42面设置有与壳体41相匹配焊接位，壳体41通过焊接在第一接地板42的焊接位和安装焊盘43与介质基板1固定连接。本申请通过在馈电结构上设置屏蔽罩4，有效的防护环境辐射对本申请的雷达天线工作状态的影响和干扰，且屏蔽大角度的辐射外泄，提高阵列天线的增益和低副瓣性能。同时，本申请还具有高稳定性、低成本和保护阵列天线等优点。
在一些实施例中，辐射天线阵2包括至少一个辐射天线21，辐射天线21连接在功分器31的输出端；多个辐射天线21等距或不等距横向分布在介质基板1上。辐射天线21包括辐射微带线23、辐射块阵列22，辐射块阵列22包括多个辐射块，辐射块沿介质基板1的横向方向等距或不等距分布，且辐射块的横向中线重合；辐射微带线23将所有辐射块串联。辐射块的横向长度相同，且位于介质基板中部的辐射块的纵向宽度最大，多个辐射块的纵向宽度沿介质基板逐渐减小。在本实施例中，本申请采用辐射天线阵2，且辐射天线阵2中辐射天线21的尺寸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，使波束更窄，副瓣电平更低。
在一些实施例中，介质基板在与设置有辐射天线阵相反一表面设置有第二接地板。在本实施例中，介质基板1采用型号为Rogers RO3003的介质基板。基板的介电常数设计值为3.10，损耗角正切0.0013@76.5GHz。
根据上述的实施例，在本申请中带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线与没有屏蔽罩的77GHz车载雷达微带阵列天线进行关于增益的仿真对比如图5所示，仿真结果表明，在75-77GHz频段内，有屏蔽罩的阵列天线的增益远高于无屏蔽罩的阵列天线，且带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线的增益均高于22dB，这个数值说明了增益较高。增益越大，探测的距离越远，信噪比越高。
根据上述的实施例，在本本申请中带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线与没有屏蔽罩的77GHz车载雷达微带阵列天线进行关于E面和H面方向性的仿真对比如图6和图7所示，仿真结果表明，在75-77GHz频段内，有屏蔽罩的阵列天线在E面和H面的副瓣均低于无屏蔽罩的阵列天线。这说明了带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线的波束较窄，可以把能量集中在主射方向辐射。垂直面波束宽度越窄，可以避免主波束扫到比较高的物体，可以减小在垂直面上引入偏离主射方向的物体的干扰。
本申请通过在馈电结构上设置屏蔽罩，有效的防护环境辐射对本申请的雷达天线工作状态的影响和干扰，且屏蔽大角度的辐射外泄，提高阵列天线的增益和低副瓣性能。同时，本申请还具有高稳定性、低成本和保护阵列天线等优点。
上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，包括介质基板（1）、辐射天线阵（2）、馈电结构（3）、以及屏蔽罩（4），所述辐射天线阵（2）、馈电结构（3）设置在所述介质基板（1）同一表面，所述馈电结构（3）包括功分器（31）和馈电微带线（32），所述功分器（31）的输入端通过所述馈电微带线（32）与外部射频芯片连接，所述功分器（31）的输出端通过馈电微带线（32）连接在所述辐射天线阵（2）上；所述屏蔽罩（4）固定在所述介质基板（1），且罩于所述功分器（31）上。
2.根据权利要求1所述的一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述屏蔽罩（4）包括底面开口的壳体（41）、连接在所述介质基板（1）一侧的第一接地板（42）、以及设置在介质基板（1）上的多个安装焊盘（43），多个所述安装焊盘（43）沿同一轴线设置在所述功分器（31）的每两个输出端之间，所述壳体（41）通过连接在所述第一接地板（42）和安装焊盘（43）上，罩设在所述功分器（31）上。
3.根据权利要求2所述的一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述壳体（41）两侧分别挖设有供所述功分器的输入端和输出端通过的第一通槽（411）、第二通槽（412），所述壳体（41）内表面还涂布有吸波材料层（413）。
4.根据权利要求2所述的一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述壳体（41）为中部镂空的金属结构。
5.根据权利要求2所述的一种带有屏蔽罩的77GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述第一接地板（42）挖设有至少一个通孔（421）。
6.根据权利要求2所述的一种带有屏蔽罩的77 GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述壳体（41）通过焊接固定在所述第一接地板（42）和安装焊盘（43）上。
7.根据权利要求1所述的一种带有屏蔽罩的77 GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述辐射天线阵（2）包括至少一个辐射天线（21），所述辐射天线（21）连接在所述功分器（31）的输出端；多个辐射天线（21）等距或不等距横向分布在所述介质基板（1）上。
8.根据权利要求1所述的一种带有屏蔽罩的77 GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述辐射天线（21）包括辐射微带线（23）、辐射块阵列（22），所述辐射块阵列（22）包括多个辐射块，所述辐射块沿介质基板（1）的横向方向等距或不等距分布，且所述辐射块的横向中线重合；所述辐射微带线（23）将所有辐射块串联。
9.根据权利要求8所述的一种带有屏蔽罩的77 GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述辐射块的横向长度相同，且位于所述介质基板（1）中部的辐射块的纵向宽度最大，多个辐射块的纵向宽度沿所述介质基板（1）逐渐减小。
10.根据权利要求1所述的一种带有屏蔽罩的77 GHz车载雷达低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述介质基板（1）在与设置有辐射天线阵（2）相反一表面设置有第二接地板。
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