CN111416214A - 一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线，包括输入功分匹配网络、第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元，本发明核心架构采用五个同相等幅45度线极化角馈微带贴片阵元结构，并且结合角馈辐射以及表面开槽的组合方法，合理拓宽该天线的水平视场角波束宽度，削降低了天线的旁瓣，提高了天线的交叉极化，串馈驻波阵效率高，天线结构紧凑，解决了市场上较长传输线的损耗，减小了汽车雷达的噪声系数，提高了雷达探测灵敏度及整体探测性能，天线采用五元结构，尺寸较小，便于电路集成和设备小型化。

Description

一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线
技术领域
本发明涉及车载毫米波雷达天线技术领域，尤其涉及一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线。
背景技术
自从雷达技术诞生以来，雷达产品在各行各业的应用越来越普及。随着射频芯片技术的不断成熟，越来越多的雷达传感器用于车辆和通用飞行器主动安全领域。车载毫米波雷达是一种安装在汽车上的，用于实现障碍物测量、预测碰撞、自适应巡航控制等功能的雷达，其可以有效地降低驾驶难度、减少驾驶员负担以及减少事故的发生率，因而在汽车领域得到了广泛应用。车载毫米波雷达的探测距离和视场角通常需要权衡设计，如自适应巡航，雷达测距就要求天线具有高增益、窄波束的特点。而在视野盲区探测、倒车碰撞预警、行人检测等应用中，需要雷达具备足够的视场角以检测较大视野范围的目标以避免事故发生。
目前，市场上现有的汽车毫米波雷达结构主要采用传统微带线串馈结构或者串馈阵列结构，视场角有限，无法满足某些巡航或者测距的宽视场角的应用需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线的结构，通过采用同相等幅45度线极化角馈微带贴片结构，并且结合贴边矩形槽结合中间馈电方式，提高了天线的交叉极化，改善了天线驻波匹配并降低了插损，提高了效率，天线结构紧凑，易组阵，水平视野范围宽。
本发明的技术方案是:一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线，包括输入功分匹配网络、第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元；
输入功分匹配网络的输入端为整个毫米波雷达天线的输入端；输入功分匹配网络的第一至第五输出端顺次连接第四角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第一角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第五角馈辐射单元。
本发明的有益效果是：本发明采用E面组阵的方式可以拓宽毫米波雷达天线的水平视场角波束宽度，抑制天线副瓣电平，提高天线增益，同时方便阵列排布和馈电网络的布局，天线采用五元结构，尺寸较小，便于电路集成和设备小型化。
其进一步技术方案为:输入功分匹配网络的输入端连接微带线TL0，TL0的另一端同时连接微带线TL1、TL4、TL9，微带线TL1的另一端顺次串接微带线TL2、TL3，TL3的另一端连接输入功分匹配网络的第三输出端；微带线TL4的另一端连接微带线TL5，TL5的另一端同时连接微带线TL6、TL7，TL6的另一端连接输入功分匹配网络的第二输出端；TL7的另一端连接微带线TL8，TL8的另一端连接输入功分匹配网络的第一输出端；微带线TL9的另一端连接微带线TL10，TL10的另一端同时连接微带线TL11、TL12，TL11的另一端连接输入功分匹配网络的第四输出端；TL12的另一端连接微带线TL13，TL13的另一端连接输入功分匹配网络的第五输出端；微带线TL1、TL2的宽度和长度分别为W1和L1、W2和L2毫米，微带线TL5和TL10的宽度和长度均为W5和L5，微带线TL8、TL6、TL11、TL13的宽度和长度均为W8和L8毫米，微带线TL3的宽度和长度为W8和(L8－L1－L2)毫米，其余微带线的宽度均为W8毫米；输入功分匹配网络的第三输出端在中心位置，第二输出端、第四输出端对称分布在第三输出端两侧，第四输出端、第五输出端对称分布在其余三个输出端的最外两侧，并且五个相邻输出端之间的间距均相等，其间距值在0.5个工作频率波长(0.5λ)到一个工作频率波长(λ)之间。
采用上述进一步方案的有益效果是可以控制毫米波雷达天线寄生单元的尺寸和位置，改善阻抗匹配特性。
其进一步技术方案为:第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元是长度和宽度均为W毫米和L毫米的矩形贴片，贴片馈电方向保持一致，均在45°角方向馈入，并且每个矩形贴片的中部保留一个贴边矩形槽，贴边矩形槽尺寸为dW毫米宽和dL毫米长，同时在每个角馈辐射单元馈线位置dJ毫米处保留dG毫米宽和dH毫米长的反射抵消槽；第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元的振元间距均在0.5个工作频率波长(0.5λ)到一个工作频率波长(λ)之间。
采用上述进一步方案的有益效果是，在传输线上引入了反射抵消槽，槽的大小控制反射回波的幅值，通过调整槽孔与角馈贴片的距离使得两反射波的相位差180度，从而抵消贴片反射回来的电磁波，改善驻波，在矩形贴片的中部开一贴边矩形槽，通过破坏天线TM01模式下电流的连续性，获得单模传输，使得电流沿着主极化方向传播，削降低了天线的旁瓣，提高了天线的交叉极化。贴片式天线成产成本低、天线一致性较好，便于安装与电路功能集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施例提供的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线原理框图。
图2是本发明具体实施例提供的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线电路图。
图3是本发明具体实施例提供的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线电路布局版图。
具体实施方式
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出任何创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线，包括输入功分匹配网络、第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元；
如图1所示，输入功分匹配网络的输入端为整个毫米波雷达天线的输入端；输入功分匹配网络的第一至第五输出端顺次连接第四角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第一角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第五角馈辐射单元；
如图2所示，输入功分匹配网络的输入端连接微带线TL0，TL0的另一端同时连接微带线TL1、TL4、TL9，微带线TL1的另一端顺次串接微带线TL2、TL3，TL3的另一端连接输入功分匹配网络的第三输出端；微带线TL4的另一端连接微带线TL5，TL5的另一端同时连接微带线TL6、TL7，TL6的另一端连接输入功分匹配网络的第二输出端；TL7的另一端连接微带线TL8，TL8的另一端连接输入功分匹配网络的第一输出端；微带线TL9的另一端连接微带线TL10，TL10的另一端同时连接微带线TL11、TL12，TL11的另一端连接输入功分匹配网络的第四输出端；TL12的另一端连接微带线TL13，TL13的另一端连接输入功分匹配网络的第五输出端；微带线TL1、TL2的宽度和长度分别为W1和L1、W2和L2毫米，微带线TL5和TL10的宽度和长度均为W5和L5，微带线TL8、TL6、TL11、TL13的宽度和长度均为W8和L8毫米，微带线TL3的宽度和长度为W8和(L8－L1－L2)毫米，其余微带线的宽度均为W8毫米；输入功分匹配网络的第三输出端在中心位置，第二输出端、第四输出端对称分布在第三输出端两侧，第四输出端、第五输出端对称分布在其余三个输出端的最外两侧，并且五个相邻输出端之间的间距均相等，其间距值在0.5个工作频率波长(0.5λ)到一个工作频率波长(λ)之间。
如图3所示，第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元是长度和宽度均为W毫米和L毫米的矩形贴片，贴片馈电方向保持一致，均在45°角方向馈入，并且每个矩形贴片的中部保留一个贴边矩形槽，贴边矩形槽尺寸为dW毫米宽和dL毫米长，同时在每个角馈辐射单元馈线位置dJ毫米处保留dG毫米宽和dH毫米长的反射抵消槽；第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元的振元间距均在0.5个工作频率波长(0.5λ)到一个工作频率波长(λ)之间。
本实施例的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线为贴片式天线。
以上对本发明实施例所提供的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的技术方案进行了阐述，以上实施例仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围，对于本领域的一般技术人员，在本发明的技术范围内所能想到的变化或改进，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线，其特征在于，包括输入功分匹配网络、第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元；
所述输入功分匹配网络的输入端为整个所述毫米波雷达天线的输入端；所述输入功分匹配网络的第一至第五输出端顺次连接第四角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第一角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第五角馈辐射单元。
2.根据权利要求1所述的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线，其特征在于，所述输入功分匹配网络的输入端连接微带线TL0，TL0的另一端同时连接微带线TL1、TL4、TL9，微带线TL1的另一端顺次串接微带线TL2、TL3，TL3的另一端连接所述输入功分匹配网络的第三输出端；微带线TL4的另一端连接微带线TL5，TL5的另一端同时连接微带线TL6、TL7，TL6的另一端连接所述输入功分匹配网络的第二输出端；TL7的另一端连接微带线TL8，TL8的另一端连接所述输入功分匹配网络的第一输出端；微带线TL9的另一端连接微带线TL10，TL10的另一端同时连接微带线TL11、TL12，TL11的另一端连接所述输入功分匹配网络的第四输出端；TL12的另一端连接微带线TL13，TL13的另一端连接所述输入功分匹配网络的第五输出端；微带线TL1、TL2的宽度和长度分别为W1和L1、W2和L2毫米，微带线TL5和TL10的宽度和长度均为W5和L5，微带线TL8、TL6、TL11、TL13的宽度和长度均为W8和L8毫米，微带线TL3的宽度和长度为W8和(L8－L1－L2)毫米，其余微带线的宽度均为W8毫米；所述输入功分匹配网络的第三输出端在中心位置，第二输出端、第四输出端对称分布在第三输出端两侧，第四输出端、第五输出端对称分布在其余三个输出端的最外两侧，并且五个相邻输出端之间的间距均相等，其间距值在0.5个工作频率波长(0.5λ)到一个工作频率波长(λ)之间。
3.根据权利要求1所述的一种宽水平视野范围的高增益毫米波雷达天线，其特征在于，所述第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元是长度和宽度均为W毫米和L毫米的矩形贴片，贴片馈电方向保持一致，均在45°角方向馈入，并且每个矩形贴片的中部保留一个贴边矩形槽，贴边矩形槽尺寸为dW毫米宽和dL毫米长，同时在每个角馈辐射单元馈线位置dJ毫米处保留dG毫米宽和dH毫米长的反射抵消槽；所述第一角馈辐射单元、第二角馈辐射单元、第三角馈辐射单元、第四角馈辐射单元、第五角馈辐射单元的振元间距均在0.5个工作频率波长(0.5λ)到一个工作频率波长(λ)之间。
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