CN114447594B - 一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，通过在辐射单元的一侧面设置寄生贴片，通过寄生贴片改善阻抗匹配，并保持方向图稳定。同时，通过调整所述微带馈线与所述辐射单元之间的间距，和调整所述辐射单元的宽度值，获得不等幅度分布，从而抑制副瓣提高天线增益。
Description
技术领域
本发明涉及车载天线技术领域，尤其是涉及一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法。
背景技术
当前随着无人驾驶技术的快速发展，对车辆环境感知能力的要求越来越高。其中车载雷达由于具有发现障碍物、预测碰撞、自适应巡航控制等功能，可以起到辅助驾驶员的作用，从而降低交通事故发生率。目前车载雷达主要有测速雷达、自适应巡航控制雷达、防撞雷达、其他车辆监督和控制雷达，主要基于激光、超声波、毫米波等技术。其中毫米波车载雷达又分为工作频段为24 GHz和77 GHz的车载雷达。工作频段为24 GHz的车载雷达主要应用于短距雷达，而工作频段为77 GHz的车载雷达不仅可以用来做短距雷达，也可以用于长距雷达，且具有体积更小、相应速度更快、识别精度更高、穿透力更强等特点，逐渐成为了研究热点。
天线作为雷达系统前端的收发部件，是雷达系统的重要组成部分。一般要求具有高增益、窄波束（水平或垂直面）、宽频带、小尺寸、低剖面等性能。现阶段工作频段77 GHz的毫米波雷达多采用串馈微带贴片天线，微带贴片天线是将天线印刷在单层介质板上，具有剖面低、重量轻、成本低廉、生产方便且易与微波电路集成的优点。然而对于目前的微带车载毫米波雷达天线，其覆盖带宽大多数为76~78 GHz，但车载毫米波雷达天线的频段还有79GHz，因此，设计一种能够完整覆盖76~81 GHz频段的毫米波车载雷达天线是非常有意义的。
发明内容
针对上述串馈微带贴片天线的带宽窄,串馈微带贴片天线的波束会发生偏移，且副瓣电平高等技术问题，本发明提出一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，通过设计馈线跟辐射贴片之间的间隙和辐射贴片的宽度，形成所需要的幅度分布，从而达到抑制副瓣的作用。
具体的，本发明所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，包括单层介质基板，及分别设置在所述介质基板上下面的印制辐射贴片和金属地，其中，所述辐射贴片包括微带馈线及分布在所述微带馈线两侧的辐射单元，每一所述辐射单元的一侧面设置寄生贴片，与辐射贴片的距离为0.1mm，所述微带馈线一端连接50欧姆微带馈线，在所述50欧姆微带馈线末端设置转接结构。
进一步的，所述50欧姆微带馈线与微带馈线间设置阻抗变换器。
进一步的，所述微带馈线宽为0.16mm，在微带馈线的两侧分别设置N个交替排布呈梳状的辐射单元，所述辐射单元与所述微带馈线间距为中间小，两边依次增大分布。
其实，所述辐射单元长度均为半个介质波长，宽度从中间向两边依次由大变小分布。
同侧所述辐射单元之间间距为一个介质波长；不同侧相邻的辐射单元之间的距离为半个介质波长。
其中，所述阻抗变换器长为0.27mm，宽为0.12mm。
进一步的，所述寄生贴片分布在所述辐射单元远离所述阻抗变换器的一侧面，长度为0.8mm，宽度为0.14mm。
在所述转接结构一侧面开凹口，所述50欧姆微带馈线延伸至所述凹口内，与所述转接结构间距为0.095mm。
本发明所述宽带电容耦合梳状阵列天线通过调整所述微带馈线与所述辐射单元之间的间距，和调整所述辐射单元的宽度值，获得不等幅度分布。
其中，所述单层介质基板采用高频微波电路板，介电常数为3.1，厚度为0.127mm，所述辐射贴片和金属地3均为金属导体薄片，厚度为18um。
综上所述，本发明提供一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，通过在辐射单元的一侧面设置寄生贴片，通过寄生贴片改善阻抗匹配，并保持方向图稳定。同时，通过调整所述微带馈线与所述辐射单元之间的间距，和调整所述辐射单元的宽度值，获得不等幅度分布，从而抑制副瓣提高天线增益。
附图说明
图1为本发明所述一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法示意图。
图2为图1所述的单层介质基板的上表面印制辐射贴片示意图。
图3为图1所述天线的S参数效果图。
图4为图1所述天线的增益效果图。
图5为图1所述天线的FOV（±5°）增益效果图。
图6为图1所述天线的波束偏移角度效果图。
图7为图1所述天线的垂直波束宽度（3 dB）效果图。
图8为图1所述天线的水平波束宽度（6 dB）效果图。
图9为图1所述天线的76 GHz方向图。
图10为图1所述天线的78 GHz方向图。
图11为图1所述天线的80 GHz方向图。
图12为图1所述天线的81 GHz方向图。
图13为图1所述天线A/B S参数对比图。
图14为图1所述天线A/B 81 GHz方向图对比。
其中，1-介质基板；11-微带馈线；12-辐射单元；13-寄生贴片；14-阻抗变换器；15-50欧姆微带馈线；16-转接结构；2-辐射贴片；3-金属地。
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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明提出一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，整体效果图如所示，包括单层介质基板1，及分别设置在所述介质基板1上下面的印制辐射贴片2和金属地3。其中，介质基板采用Rogers R3003，介电常数为3.1，厚度为0.127mm，辐射贴片跟金属地均为金属导体薄片，厚度为18um。
具体的，如图2所示，所述辐射贴片2包括微带馈线11及分布在所述微带馈线11两侧的辐射单元12，每一所述辐射单元12的一侧面设置寄生贴片13，与辐射贴片12的距离为0.1mm，所述微带馈线11一端连接50欧姆微带馈线15，在所述50欧姆微带馈线15末端设置转接结构16。
进一步的，所述50欧姆微带馈线15与微带馈线11间设置阻抗变换器14。
进一步的，所述微带馈线11宽为0.16mm，在微带馈线11的两侧分别设置N个交替排布呈梳状的辐射单元12，所述辐射单元12与所述微带馈线11间距为中间小，两边依次增大分布。例如，在微带馈线11上下两边分别设置8个辐射单元12，交错分布呈梳子形状。作为优选，所述辐射单元12还可以根据实际需求，进行数量增加或减少，但需两侧边数量保持一致。
其实，所述辐射单元12长度均为半个介质波长，宽度从中间位置处的那个辐射单元12开始向两边的辐射单元12依次由大变小分布。
进一步的，同侧所述辐射单元12之间间距为一个介质波长；不同侧相邻的辐射单元12之间的距离为半个介质波长。即一侧的两个辐射单元12之间的中间位置处，作为另一侧的辐射单元12分布位置。
作为优选的，所述阻抗变换器14长为0.27mm，宽为0.12mm。
进一步的，所述寄生贴片13分布在所述辐射单元12远离所述阻抗变换器14的一侧面，长度为0.8mm，宽度为0.14mm。
在所述转接结构16一侧面开凹口，所述50欧姆微带馈线15延伸至所述凹口内，与所述转接结构16间距为0.095mm。
每个辐射元件的辐射电导由间隙控制，随着间隙的增加，从馈线到辐射贴片的电容耦合变弱，辐射电导相应减低，反之亦然。故本发明所述宽带电容耦合梳状阵列天线通过调整所述微带馈线11与所述辐射单元12之间的间距，和调整所述辐射单元12的宽度值，获得不等幅度分布，从而达到抑制副瓣的作用。寄生贴片用于改善阻抗匹配，并保持方向图稳定。
其中，所述单层介质基板1采用高频微波电路板，介电常数为3.1，厚度为0.127mm，所述辐射贴片2和金属地3均为金属导体薄片，厚度为18um。
具体的，为了进一步举例说明上述天线设计的有效性，对本发明所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法进行仿真，具体如下：
在天线性能方面的测试：
所述宽度梳状天线可实现带宽覆盖76~81 GHz，回波损耗大于10 dB，增益大于14dBi，垂直FOV±5°内增益大于11 dBi，副瓣电平低于-17 dB，波束偏移角度在±2 °。
对上述宽带电容耦合梳状阵列天线进行仿真计算，得到S11、增益、FOV增益、波束偏移角度、波束宽度、方向图等数据。如图3-12所示，分别为天线A的S11、增益、FOV增益、波束偏移角度、波束宽度、76 GHz方向图、78 GHz方向图、80 GHz方向图以及81 GHz方向图。
在下述表1指标对比中，也进一步反映了指标完成度：
进一步在机理及参数方面进行测试：假设天线A未添加寄生贴片，天线B为本发明所述的宽带电容耦合梳状阵列天线，在每一所述辐射单元12的一侧面设置寄生贴片13，如图13-14所示，经测试可得为天线A和B的S11以及81 GHz方向图的对比，可见，添加寄生贴片13后可以有效改善阻抗匹配，并保持方向图稳定，改善了天线的S11和81 GHz方向图。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，包括单层介质基板（1），及分别设置在所述介质基板（1）上下面的印制辐射贴片（2）和金属地（3），其特征在于，所述辐射贴片（2）包括微带馈线（11）及分布在所述微带馈线（11）两侧的辐射单元（12），每一所述辐射单元（12）的一侧面设置寄生贴片（13），与辐射单元（12）的距离为0.1mm，所述微带馈线（11）一端连接50欧姆微带馈线（15），在所述50欧姆微带馈线（15）末端设置转接结构（16），所述50欧姆微带馈线（15）与微带馈线（11）间设置阻抗变换器（14）；
调整所述微带馈线（11）与所述辐射单元（12）之间的间距，和调整所述辐射单元（12）的宽度值，获得不等幅度分布。
2.根据权利要求1所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，其特征在于，所述微带馈线（11）宽为0.16mm，在微带馈线（11）的两侧分别设置N个交替排布呈梳状的辐射单元（12），所述辐射单元（12）与所述微带馈线（11）间距为中间小，两边依次增大分布。
3.根据权利要求2所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，其特征在于，所述辐射单元（12）长度均为半个介质波长，宽度从中间向两边依次由大变小分布。
4.根据权利要求3所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，其特征在于，同侧所述辐射单元（12）之间间距为一个介质波长；不同侧相邻的辐射单元（12）之间的距离为半个介质波长。
5.根据权利要求4所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，其特征在于，所述阻抗变换器（14）长为0.27mm，宽为0.12mm。
6.根据权利要求5所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，其特征在于，所述寄生贴片（13）分布在所述辐射单元（12）远离所述阻抗变换器（14）的一侧面，长度为0.8mm，宽度为0.14mm。
7.根据权利要求6所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，其特征在于，在所述转接结构（16）一侧面开凹口，所述50欧姆微带馈线（15）延伸至所述凹口内，与所述转接结构（16）间距为0.095mm。
8.根据权利要求7任一所述的一种宽带电容耦合梳状串馈天线的改进设计方法，其特征在于，所述单层介质基板（1）采用高频微波电路板，介电常数为3.1，厚度为0.127mm，所述辐射贴片（2）和金属地（3）均为金属导体薄片，厚度为18um。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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