CN111509372A - 一种汽车防撞雷达阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车防撞雷达阵列天线，包括一分八移相阻抗匹配网络、第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵、第八四元等幅线阵，本发明核心架构采用八个同相四元等幅线阵所组成的面阵结构，并且结合对称移相结构的一分八公分匹配网络和多层基板设计结构及TSV互连技术，合理规避了天线馈线结构对于天线谐振单元的信号干扰，同时有效抑制副瓣电平，控制天线寄生单元的尺寸和位置，优化天线的辐射特性，改善阻抗匹配特性，解决了市场上较长传输线的损耗，提高了雷达探测灵敏度及整体探测性能，便于电路集成和设备小型化。

Description

一种汽车防撞雷达阵列天线
技术领域
本发明涉及车载高增益阵列天线技术领域，尤其涉及一种汽车防撞雷达阵列天线。
背景技术
近年来，随着雷达技术的发展，雷达的体积越来越小，成本也不断降低，这使得雷达被应用于汽车防撞领域成为可能。汽车防撞雷达是一种可以预警或者直接对驾驶员的操作进行临时干预，防止发生事故的汽车辅助驾驶系统。汽车防撞雷达根据其作用距离又可分为长距雷达、中距雷达和短距雷达三种类型，每种类型对天线性能的要求也不同。长距雷达测量距离可以达到100米以上，雷达波束也很窄，方向性极好，长距雷达一般要求使用增益高且波束窄的天线。毫米波雷达不仅可以用来做短距雷达，也可以用于长距雷达，其天线尺寸可以做的更小，从而使整个雷达的尺寸大大减小；同时毫米波雷达的测量精度更高。
由于国外在毫米波雷达和车载雷达方面的研究开始的较早，发展速度也比较快，早在上世纪末就实现了毫米波雷达的商业化应用，而且产品已经应用在汽车、交通监控、安防、防撞、工业应用等多个不同的领域。在雷达研究领域，国外厂商量产的产品基本上都能达到250米以上的有效探测距离。目前，国内市场上现有的国产毫米波天线结构主要采用传统微带线串馈结构或者串馈阵列结构，传输线损耗大，天线增益有限，目前国内大部分雷达产品都还维持在探测距离200米左右的水平，无法满足长距雷达的应用需求。
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汽车防撞雷达阵列天线的结构，通过采用八个同相四元等幅线阵所组成的面阵结构，并且结合对称移相结构的一分八公分匹配网络和多层基板设计结构及TSV互连技术，合理规避了天线馈线结构对于天线谐振单元的信号干扰，优化天线的辐射特性，解决了市场上较长传输线的损耗，提高了雷达探测灵敏度及整体探测性能，便于电路集成和设备小型化。
本发明的技术方案是：一种汽车防撞雷达阵列天线，包括一分八移相阻抗匹配网络、第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵、第八四元等幅线阵；
一分八移相阻抗匹配网络的输入端为汽车防撞雷达阵列天线的输入端；一分八移相阻抗匹配网络的第一输出端至第八输出端顺次连接第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵的输入端。
本发明的有益效果是：本发明优化天线的辐射特性，改善阻抗匹配特性，解决了市场上较长传输线的损耗，提高了雷达探测灵敏度及整体探测性能，便于电路集成和设备小型化。
其进一步技术方案为：一分八移相阻抗匹配网络的输入端IN和中间节点IN1之间通过微带线TL1连接，IN1和中间节点IN2a、IN2b之间分别通过串联微带线TL2和TL3、串联微带线TL16和TL17连接，IN2a和中间节点IN3a、IN3b之间分别通过串联微带线TL10和TL11、串联微带线TL4和TL5连接，IN2b和中间节点IN3c、IN3d之间分别通过微带线串联TL24和TL25、串联微带线TL18和TL19连接；IN3a和一分八移相阻抗匹配网络的第一输出端、第二输出端分别通过串联微带线TL13和TL15、串联微带线TL12和TL14连接，IN3b和一分八移相阻抗匹配网络的第三输出端、第四输出端分别通过串联微带线TL7和TL8、串联微带线TL6和TL9连接，IN3c和一分八移相阻抗匹配网络的第五输出端、第六输出端分别通过串联微带线TL27和TL29、串联微带线TL26和TL28连接，IN3d和一分八移相阻抗匹配网络的第七输出端、第八输出端分别通过串联微带线TL21和TL23、串联微带线TL20和TL22连接；TL2和TL16的长度相差0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
采用上述进一步方案的有益效果是可以控制天线阵列的相位一致性，同时采用最短功分匹配路径降低功分网络的寄生损耗，改善阻抗匹配特性。
其进一步技术方案为：第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵均包括四元等幅线阵，其中每个四元等幅线阵的输入端AIN均同时连接微带线ATL4和ATL5，ATL4的另一端连接ATL2，ATL2的另一端连接谐振单元1，谐振单元1的另一端连接微带线ATL3，ATL3的另一端连接谐振单元2；ATL5的另一端连接ATL6，ATL6的另一端连接谐振单元3，谐振单元3的另一端连接微带线ATL7，ATL7的另一端连接谐振单元4；谐振单元1至谐振单元4均包括W毫米宽和L毫米长的微带线；微带线ATL4和ATL5的长度相差0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
采用上述进一步方案的有益效果是，可以优化高增益阵列天线的辐射特性，改善天线副瓣电平抑制特性。
其进一步技术方案为：汽车防撞雷达阵列天线包括顶层金属层、中间介质层1、中间接地层、中间介质层2和底层金属层，一分八移相阻抗匹配网络在底层金属层，第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵在顶层金属层；顶层金属层的线阵的输入端跟底层金属层一分八移相阻抗匹配网络的输出端之间通过穿过中间层的TSV通孔连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用多层结构构成可以让天线阵列和功分匹配网络分布在不同物理层，规避了馈电和功分网络对天线辐射特性的影响，同时采用TSV通孔技术可以减少三维互联损耗，便于天线集成化及小型化。
其进一步技术方案为：汽车防撞雷达阵列天线为贴片式天线，第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵排布在顶层金属层电路板的顶层，且按照从左到右顺次排布，天线间距为0.5λ；第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵排布在顶层金属层电路板的底层，且按照从左到右顺次排布，天线间距为0.5λ；并且相邻天线的边界间距为0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用第一至第八四元等幅线阵在E面和H面组阵的方式可以有效控制天线寄生单元的尺寸和位置，优化天线的辐射特性，提高天线增益。
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汽车防撞雷达阵列天线原理框图。
图2是本发明具体实施例提供的一种汽车防撞雷达阵列天线中四元等幅线阵的原理和电路布板示意图。
图3是本发明具体实施例提供的一种汽车防撞雷达阵列天线电中一分八移相阻抗匹配网络原理图。
图4是本发明具体实施例提供的一种汽车防撞雷达阵列天线多层结构组成拉伸示意图。
图5是本发明具体实施例提供的一种汽车防撞雷达阵列天线电路版图俯视角透视图。
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汽车防撞雷达阵列天线，包括一分八移相阻抗匹配网络、第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵、第八四元等幅线阵；
如图1所示，一分八移相阻抗匹配网络的输入端为汽车防撞雷达阵列天线的输入端；一分八移相阻抗匹配网络的第一输出端至第八输出端顺次连接第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵的输入端。
如图3所示，一分八移相阻抗匹配网络的输入端IN和中间节点IN1之间通过微带线TL1连接，IN1和中间节点IN2a、IN2b之间分别通过串联微带线TL2和TL3、串联微带线TL16和TL17连接，IN2a和中间节点IN3a、IN3b之间分别通过串联微带线TL10和TL11、串联微带线TL4和TL5连接，IN2b和中间节点IN3c、IN3d之间分别通过微带线串联TL24和TL25、串联微带线TL18和TL19连接；IN3a和一分八移相阻抗匹配网络的第一输出端、第二输出端分别通过串联微带线TL13和TL15、串联微带线TL12和TL14连接，IN3b和一分八移相阻抗匹配网络的第三输出端、第四输出端分别通过串联微带线TL7和TL8、串联微带线TL6和TL9连接，IN3c和一分八移相阻抗匹配网络的第五输出端、第六输出端分别通过串联微带线TL27和TL29、串联微带线TL26和TL28连接，IN3d和一分八移相阻抗匹配网络的第七输出端、第八输出端分别通过串联微带线TL21和TL23、串联微带线TL20和TL22连接；TL2和TL16的长度相差0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
如图2所示，第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵均包括四元等幅线阵，其中每个四元等幅线阵的输入端AIN均同时连接微带线ATL4和ATL5，ATL4的另一端连接ATL2，ATL2的另一端连接谐振单元1，谐振单元1的另一端连接微带线ATL3，ATL3的另一端连接谐振单元2；ATL5的另一端连接ATL6，ATL6的另一端连接谐振单元3，谐振单元3的另一端连接微带线ATL7，ATL7的另一端连接谐振单元4；谐振单元1至谐振单元4均包括W毫米宽和L毫米长的微带线；微带线ATL4和ATL5的长度相差0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
如图4所示，汽车防撞雷达阵列天线包括顶层金属层、中间介质层1、中间接地层、中间介质层2和底层金属层，一分八移相阻抗匹配网络在底层金属层，第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵在顶层金属层；顶层金属层的线阵的输入端跟底层金属层一分八移相阻抗匹配网络的输出端之间通过穿过中间层的TSV通孔连接。
如图5所示，第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵排布在顶层金属层电路板的顶层，且按照从左到右顺次排布，天线间距为0.5λ；第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵排布在顶层金属层电路板的底层，且按照从左到右顺次排布，天线间距为0.5λ；并且相邻天线的边界间距为0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
以上对本发明实施例所提供的一种汽车防撞雷达阵列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，如增加或者减少“四元”等幅线阵的振元个数，或者增加或者减少“第一至第八”四元等幅线阵的组阵个数，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车防撞雷达阵列天线，其特征在于，包括一分八移相阻抗匹配网络、第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵；
所述一分八移相阻抗匹配网络的输入端为所述汽车防撞雷达阵列天线的输入端；所述一分八移相阻抗匹配网络的第一输出端至第八输出端顺次连接第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种汽车防撞雷达阵列天线，其特征在于，所述一分八移相阻抗匹配网络的输入端IN和中间节点IN1之间通过微带线TL1连接，IN1和中间节点IN2a、IN2b之间分别通过串联微带线TL2和TL3、串联微带线TL16和TL17连接，IN2a和中间节点IN3a、IN3b之间分别通过串联微带线TL10和TL11、串联微带线TL4和TL5连接，IN2b和中间节点IN3c、IN3d之间分别通过微带线串联TL24和TL25、串联微带线TL18和TL19连接；IN3a和所述一分八移相阻抗匹配网络的第一输出端、第二输出端分别通过串联微带线TL13和TL15、串联微带线TL12和TL14连接，IN3b和所述一分八移相阻抗匹配网络的第三输出端、第四输出端分别通过串联微带线TL7和TL8、串联微带线TL6和TL9连接，IN3c和所述一分八移相阻抗匹配网络的第五输出端、第六输出端分别通过串联微带线TL27和TL29、串联微带线TL26和TL28连接，IN3d和所述一分八移相阻抗匹配网络的第七输出端、第八输出端分别通过串联微带线TL21和TL23、串联微带线TL20和TL22连接；TL2和TL16的长度相差0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
3.根据权利要求1所述的一种汽车防撞雷达阵列天线，其特征在于，所述第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵均包括四元等幅线阵，其中每个四元等幅线阵的输入端AIN均同时连接微带线ATL4和ATL5，ATL4的另一端连接ATL2，ATL2的另一端连接谐振单元1，谐振单元1的另一端连接微带线ATL3，ATL3的另一端连接谐振单元2；ATL5的另一端连接ATL6，ATL6的另一端连接谐振单元3，谐振单元3的另一端连接微带线ATL7，ATL7的另一端连接谐振单元4；谐振单元1至谐振单元4均包括W毫米宽和L毫米长的微带线；微带线ATL4和ATL5的长度相差0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
4.根据权利要求1所述的一种汽车防撞雷达阵列天线，其特征在于，所述汽车防撞雷达阵列天线包括顶层金属层、中间介质层1、中间接地层、中间介质层2和底层金属层，所述一分八移相阻抗匹配网络在底层金属层，所述第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵、第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵在顶层金属层；顶层金属层的线阵的输入端跟底层金属层一分八移相阻抗匹配网络的输出端之间通过穿过中间层的TSV通孔连接。
5.根据权利要求1所述的一种汽车防撞雷达阵列天线，其特征在于，所述汽车防撞雷达阵列天线为贴片式天线，所述第一四元等幅线阵、第二四元等幅线阵、第三四元等幅线阵、第四四元等幅线阵排布在顶层金属层电路板的顶层，且按照从左到右顺次排布，天线间距为0.5λ；第五四元等幅线阵、第六四元等幅线阵、第七四元等幅线阵和第八四元等幅线阵排布在顶层金属层电路板的底层，且按照从左到右顺次排布，天线间距为0.5λ；并且相邻天线的边界间距为0.5λ，其中，λ为78.5GHz工作频率的等效电磁波长。
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