CN111834742B - 一种车载毫米波雷达阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车载毫米波雷达阵列天线，包括面阵结构，所述面阵结构包括功分馈电网络和多个线阵结构，多个所述线阵结构平行排列，所述线阵结构包括微带馈线和多个辐射体，所述辐射体包括设于微带馈线一侧的第一辐射体、以及设于微带馈线另一侧的第二辐射体，所述第一辐射体和第二辐射体沿微带馈线的长度方向交替排列，相邻两个第一辐射体之间以及相邻两个第二辐射体之间具有间隔，相邻两个所述线阵结构之间的第一辐射体和第二辐射体交替排列并相互延伸至对应的间隔内，相邻两个所述面阵结构共用至少一个线阵结构。本发明能够在保证天线性能的同时，有效减小雷达天线的尺寸，从而提高雷达PCB加工的利用率，进而节省成本。

Description

一种车载毫米波雷达阵列天线
技术领域
本发明涉及车载天线技术领域，具体而言，涉及一种车载毫米波雷达阵列天线。
背景技术
车载毫米波雷达是高级驾驶辅助系统(ADAS)重要的传感器之一，被广泛应用在汽车前向雷达，主要用于主动碰撞避免或预碰撞系统（Collision avoidance system或Precrash system）、自动紧急制动系统(AEB)、自适应巡航系统ACC（Adaptivecruisecontrol）、前防追尾预警（FCW）、车道改变辅助(LCA)/ 偏移报警系统LDWS（ Lanedeparturewarning system）、TTC 安全车距预警、后方横向交通告警(RCTA)等场景，以辅助机动车完成障碍物规避功能。
随着自动驾驶技术的不断发展，毫米波雷达将会拥有巨大的市场需求。而在车载雷达产品的开发中，雷达天线结构以及布局的设计，不仅会影响雷达FOV（视场角），还会影响雷达PCB板的大小，而减小雷达PCB板的大小，能够减小雷达制造的成本。
对于车载毫米波雷达，不仅需要考虑雷达天线的合理布局，还需要考虑雷达天线的增益以及其自身的辐射及散射特性等，这对雷达天线的设计提出了更高要求，其开发设计难度也大大增加。目前大多数厂家仍采用微带串馈阵列天线做车载毫米波前雷达，这类雷达的天线之间间隔较大，且天线大都采用整数介质波长间隔的设计，一定程度上增加了雷达天线的面积，进而增加了制造成本。所以如何在保证雷达天性性能的同时，减小雷达天线的面积，是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明针对背景技术中的不足，提供一种车载毫米波雷达阵列天线。
一种车载毫米波雷达阵列天线，包括面阵结构，所述面阵结构包括功分馈电网络和多个线阵结构，多个所述线阵结构平行排列，所述线阵结构包括微带馈线和多个辐射体，所述辐射体包括设于微带馈线一侧的第一辐射体、以及设于微带馈线另一侧的第二辐射体，所述第一辐射体和第二辐射体沿微带馈线的长度方向交替排列，相邻两个第一辐射体之间以及相邻两个第二辐射体之间具有间隔，相邻两个所述线阵结构之间的第一辐射体和第二辐射体交替排列并相互延伸至对应的间隔内，相邻两个所述面阵结构共用至少一个线阵结构。
进一步的，相邻两个所述面阵结构之间设有用于提高隔离度的隔离结构，所述隔离结构设于两个所述面阵结构共用的线阵结构的功分馈电网络上。
进一步的，所述功分馈电网络包括多个用于连接所述线阵结构的V结构。
进一步的，定义每个面阵结构包括m个线阵结构，m为大于3的奇数，所述V结构的数量为m-1个，位于所述面阵结构中间的线阵结构单独与功分馈电网络连接，其余的所述线阵结构通过V结构相互连接。
进一步的，定义每个面阵结构包括m个线阵结构，m为偶数，所述V结构的数量为m-1个，相邻两个所述线阵结构通过V结构连接。
进一步的，所述V结构的长度等于一个介质波长。
进一步的，所述辐射体之间的距离为半个介质波长。
进一步的，所述辐射体的宽度从微带馈线的中间向两端依次逐渐变小。
进一步的，还包括匹配结构和50欧姆微带线，所述50欧姆微带线与所述功分馈电网络连接，所述匹配结构设于所述50欧姆微带线与线阵结构之间。
进一步的，所述辐射体、微带馈线、匹配结构、功分馈电网络、以及50欧姆微带线均在同一PCB上蚀刻成形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一辐射体和第二辐射体交替分布在微带馈线的两侧，且同侧的辐射体间隔长度为半个介质波长，从而减小天线沿微带馈线长度方向的尺寸。相邻两个线阵结构之间的第一辐射体和第二辐射体交替排列并相互延伸至对应的间隔内，通过V结构连接相邻两个线阵结构，且V结构的长度等于一个介质波长，从而减小天线在微带馈线正交方向的尺寸。面阵结构之间共用至少一个线阵结构，并通过隔离结构提高相邻天线之间的隔离度，从而进一步减小雷达天线的尺寸。本发明能够在保证天线性能的同时，有效减小雷达天线的尺寸，从而提高雷达PCB加工的利用率，进而节省成本。
附图说明
图1为本发明实施例的线阵结构的结构示意图。
图2为本发明实施例的面阵结构的结构示意图。
图3为本发明实施例的两个面阵结构共用一个线阵结构的结构示意图。
图4为本发明实施例的四种隔离结构的结构示意图。
图5为本发明实施例的单面阵结构与两面阵结构共用线阵结构无隔离结构，以及两面阵结构共用线阵结构有隔离结构的阻抗带宽对比图。
图6为本发明实施例的单面阵结构与两面阵结构共用线阵结构无隔离结构，以及两面阵结构共用线阵结构有隔离结构的隔离度对比图。
图7为本发明实施例的单面阵结构与两面阵结构共用线阵结构无隔离结构，以及两面阵结构共用线阵结构有隔离结构的E面方向图对比图。
图8 为本发明实施例的单面阵结构与两面阵结构共用线阵结构无隔离结构，以及两面阵结构共用线阵结构有隔离结构的H面方向图对比图。
图9为图4中四种隔离结构的驻波(反射系数)对比图。
图10为图4中四种隔离结构的隔离度对比图。
图11为图4中四种隔离结构的E面方向图对比图。
图12为图4中四种隔离结构的H面方向图对比图。
图13为不带隔离结构功分器原理图。
图14为带隔离结构功分器原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。
如图1至图4所示，一较佳实施例中，本发明的车载毫米波雷达阵列天线主要包括至少一个面阵结构8，每个面阵结构8由功分馈电网络6和多个线阵结构5组成。
其中，多个线阵结构5平行排列，每个线阵结构5包括微带馈线2和多个辐射体1。辐射体1具体为微带振子，辐射体1呈矩形，包括设于微带馈线2一侧的第一辐射体10、以及设于微带馈线2另一侧的第二辐射体11，第一辐射体10和第二辐射体11沿微带馈线2的长度方向交替排列，即从俯视角度看，辐射体1的排列方式为第一辐射体10、第二辐射体11、第一辐射体10……依次类推。辐射体1的宽度从微带馈线2的中间向两端依次逐渐变小，使得雷达天线具备更大增益，同时使波束更窄，降低副瓣电平。
辐射体1之间的间距为半个介质波长，相邻两个辐射体1交替排列在微带馈线2的两侧，从而保证相邻两个单元为同相馈电，并在微带馈线2的长度方向减小天线的尺寸。
相邻两个第一辐射体10之间以及相邻两个第二辐射体11之间具有间隔，相邻两个线阵结构5之间的第一辐射体10和第二辐射体11交替排列并相互延伸至对应的间隔内，使线阵结构5之间的排列更紧密，从而在微带馈线2的正交方向减小天线的尺寸。
为了进一步减小天线的尺寸，功分馈电网络6包括多个V结构7，本实施例中，V结构7呈“V”形，但不限于此，其他实施例中，V结构7可以是圆弧形。V结构7用于连接功分馈电网络6与线阵结构5。具体而言，定义每个面阵结构8包括m个线阵结构5，当m为大于3的奇数时，V结构7的数量为m-1个，此时位于面阵结构8中间的线阵结构5单独与功分馈电网络6连接，除位于面阵结构8中间的线阵结构5外，其余的线阵结构5通过V结构7相互连接；当m为偶数时，V结构7的数量为m-1个，相邻两个线阵结构5通过V结构7连接。需要说明的是，V结构7从一端至另一端的长度等于一个介质波长，以满足相邻两个线阵结构5之间相位需相差为360°，从而保证m个线阵结构5是等相位馈电的。通过V结构7连接线阵结构5，可在保证线阵结构5等相位馈电的同时，减小线阵结构5之间的距离，从而在微带馈线2的正交方向减小天线的尺寸。
线阵结构5包括匹配结构3和50欧姆微带线4，50欧姆微带线4与功分馈电网络6连接，匹配结构3设于50欧姆微带线4与微带馈线2之间。匹配结构3能够保证信号更好的传输，50欧姆微带线4能够保证设计的天线可以和芯片进行集成。具体实施时，辐射体1、微带馈线2、匹配结构3、以及50欧姆微带线4均在同一PCB上蚀刻成形，以便于加工，且便于最终天线的调试测试。
请参考图3和图4，为了进一步减小天线的尺寸，两个面阵结构8之间可共用至少一个线阵结构5，共用的线阵结构5对应的功分馈电网络7端设有隔离结构9。隔离结构9用于提高雷达相邻两个面阵结构8的隔离度。
为了更清晰的了解本发明的车载毫米波雷达阵列天线，下面通过具体实施例对本发明进行说明。
请参考图1至图4，本实施例的阵列天线具有两个面阵结构8，每个面阵结构8具有八个线阵结构5，每个线阵结构5具有12个辐射体1，两个面阵结构8之间共用1个线阵结构5，即12×1的线阵结构5，以及8×12的面阵结构8，并在共用的线阵结构5的馈电端设置隔离结构9。
请参考图5和图6，在当小型化的面阵结构8共用线阵结构5时，若无隔离结构9，其阻抗匹配以及两面阵结构8之间的隔离度将发生较大变化，而在有隔离结构9时，其阻抗匹配以及两面阵结构8之间的隔离度与单个面阵结构8的阻抗匹配和隔离度保持一致。如7和图8可知，若无隔离结构9，两面阵结构8之间的隔离度也会发生较大变化，而在有隔离结构9时，基本与单个面阵结构的隔离度保持一致。
综合可知，本实施例中的两个面阵结构8共用一个线阵结构5，且设置隔离结构9，能够不影响雷达天线工作频率及工作带宽，同时减小了天线的尺寸。
请参考图4、图9至图14，隔离结构9可采用金属贴片的方式设置在两面阵结构8共用的线阵结构5的馈电端，具体实施时，隔离结构9的结构可以是Y形结构9-1、U形结构9-2、双I形结构9-3、以及双L形结构9-4，但不限于此。
隔离结构9的具体原理如下：原始不带隔离结构9的功分器原理图如图13，Port1为共用线阵结构5的信号输入口，port2和port3为Port1的信号输入口，此时不带隔离结构的S参数矩阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
而port2和port3之间的隔离度，则为面阵结构8共用线阵结构5不带隔离结构9时的隔离度，其可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
带隔离结构9的功分器原理图如图14，Port1为共用线阵结构5的信号输入口，而port2和port3为Port1的信号输入口，此时R=2*Z0为隔离结构9的等效电阻, 同样其S参数可矩阵可写为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
而port2和port3之间的隔离度，则为面阵结构8共用线阵结构5带隔离结构9时的隔离度，其可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
由于具有隔离结构9的S123大于原始的S23，所以设置隔离结构9之后，可提高两天线面阵结构8之间的隔离度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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 (6)

1.一种车载毫米波雷达阵列天线，其特征在于，包括面阵结构，所述面阵结构包括功分馈电网络、以及与功分馈电网络连接的多个线阵结构，多个所述线阵结构平行排列，所述线阵结构包括微带馈线和多个辐射体，所述辐射体包括设于微带馈线一侧的第一辐射体、以及设于微带馈线另一侧的第二辐射体，所述第一辐射体和第二辐射体沿微带馈线的长度方向交替排列，相邻两个第一辐射体之间以及相邻两个第二辐射体之间具有间隔，相邻两个所述线阵结构之间的第一辐射体和第二辐射体交替排列并相互延伸至对应的间隔内，相邻两个所述面阵结构共用至少一个线阵结构；
所述功分馈电网络包括多个用于连接所述线阵结构的V结构，所述V结构的长度等于一个介质波长，定义每个面阵结构包括m个线阵结构，当m为大于3的奇数，所述V结构的数量为m-1个，位于所述面阵结构中间的线阵结构单独与功分馈电网络连接，其余的所述线阵结构通过V结构相互连接；当m为偶数，所述V结构的数量为m-1个，相邻两个所述线阵结构通过V结构连接。
2.根据权利要求1所述的车载毫米波雷达阵列天线，其特征在于，相邻两个所述面阵结构之间设有用于提高隔离度的隔离结构，所述隔离结构设于两个所述面阵结构共用的线阵结构的功分馈电网络上。
3.根据权利要求1所述的车载毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述辐射体之间的距离为半个介质波长。
4.根据权利要求1所述的车载毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述辐射体的宽度从微带馈线的中间向两端依次逐渐变小。
5.根据权利要求1所述的车载毫米波雷达阵列天线，其特征在于，还包括匹配结构和50欧姆微带线，所述50欧姆微带线与所述功分馈电网络连接，所述匹配结构设于所述50欧姆微带线与线阵结构之间。
6.根据权利要求5所述的车载毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述辐射体、微带馈线、匹配结构、功分馈电网络、以及50欧姆微带线均在同一PCB上蚀刻成形。
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