CN110880643B - 一种24GHz的汽车防撞雷达天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种24GHz的汽车防撞雷达天线，属于微带天线领域。一种24GHz的汽车防撞雷达天线，空气腔设在上介质基板和下介质基板之间，辐射贴片设在上介质基板的上表面中心，下介质基板的上表面上设有接地板，所述接地板上开设有以其中心为中心的十十字环形通槽；辐射贴片的制造方法如下：以正方形为基础图形，分形比例系数k为0.5，经一阶Mikowski分形得到一阶贴片的形状；在一阶贴片上切去所述正方形的直角处的直角及距所述直角最近的两个直角，所述切除点位于直角的两条边上，以所述正方形的中心为圆心开设环形通槽，得到辐射贴片。本发明的24GHz的汽车防撞雷达天线，作为汽车防撞雷达天线，提高了测距的精确度。

Description

一种24GHz的汽车防撞雷达天线

技术领域

本发明属于微带天线领域，尤其是一种24GHz的汽车防撞雷达天线。

背景技术

随着信息技术的发展，微带天线已经有了较为成熟的理论体系。随着汽车的普及，也增加了交通事故的发生。汽车防撞雷达作为当今社会代步工具必不可少的部分，人们对于其的关注越来越多。为了提高汽车雷达的技术性以及完整性，越来越多的学者更加注重汽车防撞雷达的研究。雷达作为辐射和接收电磁波的装置，其性能指标主要有频带宽度、增益、有效面积等。24GHz和77GHz雷达天线作为较常见的汽车防撞雷达天线，由于其体积较大，且一般带宽只有2％左右，如何优化雷达天线，减小体积的同时拓宽工作频率成为目前急需解决的问题。

微带天线由于重量较轻、可实现多频和圆极化、可工作于高频频段等众多优点成为无线通信技术的重大研究领域。但作为汽车防撞雷达天线其尺寸较大、频带过窄等缺点也是显而易见的。这些因素都严重的影响了雷达的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的24GHz的汽车防撞雷达天线尺寸较大、频带过窄的缺点，提供一种24GHz的汽车防撞雷达天线。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种24GHz的汽车防撞雷达天线，包括辐射贴片、上介质基板、下介质基板和空气腔；

空气腔设在上介质基板和下介质基板之间，辐射贴片设在上介质基板的上表面中心，下介质基板的上表面上设有接地板，接地板上开设有以其中心为中心的十十字环形通槽；

辐射贴片的制造方法如下：

以正方形为基础图形，分形比例系数k为0.5，经一阶Mikowski分形得到一阶贴片的形状；

在一阶贴片上切去正方形的直角处的直角及距直角最近的两个直角，切除点位于直角的两条边上，以正方形的中心为圆心开设环形通槽，得到辐射贴片。

进一步的，上介质基板、下介质基板均采用Rogers RT/duroid 5880材料，厚度为0.254mm；

空气腔的厚度为0.254mm。

进一步的，正方形的尺寸为3.24mm×3.24mm。

进一步的，圆环的内径为R2，外径为R1；

R2为0.45mm，R1为0.65mm。

进一步的，十字环形通槽的宽为0.5～1.5mm。

进一步的，十字环形通槽横截面的垂线与辐射贴片横截面的垂线相同。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的24GHz的汽车防撞雷达天线，采用Minkowski分形理论将方形的辐射贴片进行一阶分形，然后对其进行改进，用来达到缩小天线尺寸的效果，解决了雷达天线自身尺寸大的问题；并利用耦合馈电方式，对接地板进行挖槽处理，利用缝隙的形状改变辐射口径的面积，增大天线的带宽，提高雷达测距的精准度。本发明的24GHz的汽车防撞雷达天线，作为汽车防撞雷达天线，提高了测距的精确度，从而提高了汽车的性能。

附图说明

图1为本发明天线的轴测图；

图2为辐射贴片的结构示意图；

图3为接地板的结构示意图；

图4为天线的回波损耗图；

图5为天线的辐射方向与增益图；

图6为辐射贴片分形前后的结构示意图，其中，图6(a)为基础图形，图6(b)为一阶分形后得到的图形。

其中：1-辐射贴片；2-1-上介质基板；2-2-下介质基板；3-空气腔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，图1为本发明天线的轴测图，本发明天线采用缝隙耦合馈电方式。上介质基板2-1和下介质基板2-2均为Rogers RT/duroid 5880，厚度为0.254mm，两层介质板之间为0.254mm的空气腔3；辐射贴片1置于上介质基板2-1的正上方位置，接地板位于下介质基板2-2的上表面；

辐射贴片1采用基于Minkowski分形理论，对一阶分形后的辐射贴片进行优化变形进阶处理，选取分形比例系数k为0.5，得到如图2所示的辐射体形状。辐射贴片1上开设有以其中心为中心的环形通槽，接地板上开设有以其中心为中心的十十字环形通槽，开槽的接地结构降低了馈电网络对辐射贴片的影响，且采用这种开通槽的接地板使得匹配更加方便。如图2所示，辐射贴片1的外形轮廓尺寸为正方形，尺寸Lp×Wp为3.24mm×3.24mm；辐射贴片1的制造方法为：

以正方形为基础单元进行Minkowski一阶分形，采用分形比例系数k为0.5。分形后的图形如图6(b)所示，l1＝Lp/3＝1.08mm，W1＝(k/3)*Lp＝0.54mm；对一阶Mikowski分形后的贴片进行削角处理，得到L12＝0.54mm；最后，以辐射贴片1中心为圆心，挖去一个圆环，圆环的内径为R2，外径为R1，圆环的半径可为0.05～0.25mm。

如图3所示，图3是接地板的结构示意图，Ls×Ws是接地板的尺寸，本发明的仿真中采用Ls＝6mm，Ws＝6mm，接地板、辐射贴片1、上介质基板2-1、下介质基板2-2的位置均为统一垂直方向，口径方向一致。在接地板的中心位置，挖去十字环形通槽，此时天线的磁场耦合较强，电场耦合较弱。本发明中选取L1＝3.3mm，L2＝3mm，W1＝1mm，W2＝0.5mm。

如图4所示，给出了本发明中天线的回波损耗示意图。从图中我们可以看到，本发明中的雷达天线在增益小于-10dB时，其工作频率为23.38GHz～24.63GHz，工作带宽可达1.25GHz。而一般的24GHz雷达由于频率分配限制等原因它的可用带宽最多不超多200MHz，可见本发明中的雷达天线能够有效的拓宽工作带宽。在本发明中拓宽了雷达天线的带宽，可以极大的提高雷达短距离探测的应用效果，如汽车防撞雷达的精准度，盲点检测的范围等。如何拓宽带宽和减小尺寸以增加24GHz雷达天线的应用范围是未来研究汽车雷达的必然趋势。

如图5所示，为该天线的辐射方向与增益的关系图，从图中可以看到，天线的最大辐射方向为

θ＝90°，即辐射贴片的正上方，最大增益约为7.05dB。

下面详细说明本发明的原理：

本发明的主要应用背景是汽车防撞雷达。目前，通用的汽车雷达一般均为24GHz和77GHz。77GHz的雷达多用于长距离的探测，而24GHz的雷达则多用于短距离的探测，如汽车的前后防撞雷达，检测盲点等。带宽越宽的天线，其分辨率越高，直接决定了汽车雷达的性能。且现在的雷达天线由于各方面的因素在体积上比较偏大。

近年来分形理论在各方面的应用越来越广。主要应用于微波射频方向的微带贴片天线最重要的原因就是它可以减小天线的尺寸且能够实现多频工作。目前，比较经常用的有Koch分形理论、Sierpinski分形理论、Minkowski分形理论等。随后，Barnsley提出的IFS(Iterated Function System，迭代函数系统)为分形设计提供了有效的方法，使得分形产生更加便捷。

本发明是研究基于Minkowski分形理论的改进研究，用来实现天线的小型化。如图6所示给出了Minkowski一阶分形的过程，图6(a)为分形的基础图形，Lp和Wp为天线的原始尺寸，k为分形的系数，分形的系数也直接决定了缩减的效果。随着分形系数k的增加，尺寸的缩减效果逐渐减小。经过一些系列的研究优化，本发明选取的分形系数k为0.5，天线的轮廓尺寸为3.24mm×3.24mm。天线尺寸的缩减效果也与分形阶数有不可分割的关系。随着分形阶数多增大，缩减的效果越来越弱，且达到一定的分形阶数后，天线的频率将不会改变。本发明基于基础图形进行了Minkowshi的一阶分形，然后对分形后的辐射贴片进行改进。辐射贴片1上的环形通槽是为了优化天线的工作频率而进行的处理，挖过环形通槽也可以减小天线的工作频率。

为了克服天线工作带宽的问题，本发明利用缝隙馈电方式，利用接地板不同的形状进行辐射，从而加大天线的工作带宽。接地板通槽的宽度影响耦合的强度。适当的降低通槽的宽度，能够减弱磁场的辐射方向，从而促进工作频率的范围。挖通槽的长度也会影响天线的工作频率和回波损耗。通槽的尺寸过长的话，会减小回波损耗，导致天线的辐射效率减弱，还会增高天线的工作频率，降低了天线的工作性能。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种24GHz的汽车防撞雷达天线，其特征在于，包括辐射贴片(1)、上介质基板(2-1)、下介质基板(2-2)和空气腔(3)；

空气腔(3)设在上介质基板(2-1)和下介质基板(2-2)之间，辐射贴片(1)设在上介质基板(2-1)的上表面中心，下介质基板(2-2)的上表面上设有接地板，所述接地板上开设有以其中心为中心的十字环形通槽；

所述接地板为正方形；

辐射贴片(1)的制造方法如下：

以正方形为基础图形，分形比例系数k为0.5，经一阶Mikowski分形得到一阶贴片的形状；

在一阶贴片上切去所述正方形的直角处的直角及距所述直角最近的两个直角，切除点位于直角的两条边上，以所述正方形的中心为圆心开设环形通槽，得到辐射贴片(1)；

所述环形通槽与十字环形通槽对应设置。

2.根据权利要求1所述的24GHz的汽车防撞雷达天线，其特征在于，上介质基板(2-1)、下介质基板(2-2)均采用Rogers RT/duroid 5880材料，厚度为0.254mm；

所述空气腔(3)的厚度为0.254mm。

3.根据权利要求1所述的24GHz的汽车防撞雷达天线，其特征在于，所述正方形的尺寸为3.24mm×3.24mm。

4.根据权利要求3所述的24GHz的汽车防撞雷达天线，其特征在于，所述环形通槽的内径为R2，外径为R1；

R2为0.45mm，R1为0.65mm。

5.根据权利要求3所述的24GHz的汽车防撞雷达天线，其特征在于，所述十字环形通槽的宽为0.5～1.5mm。

6.根据权利要求3所述的24GHz的汽车防撞雷达天线，其特征在于，所述十字环形通槽横截面的垂线与辐射贴片(1)横截面的垂线相同。

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