CN115347351A - 一种毫米波雷达梳状阵列天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，包括介质基片、安装在所述介质基片上表面的梳状天线阵列辐射层和安装在所述介质基片下表面的金属地板层；所述梳状天线阵列辐射层包括发射天线阵列系统、接收天线阵列系统与寄生天线阵列系统；多个所述发射系统单元和多个所述接收系统单元通过天线馈电传输线分别连接到设置在所述介质基片的靠近中心位置的雷达芯片上。本发明的天线系统回波损耗带宽更宽、可获得更优的副瓣抑制效果、辐射一致性好，性能更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种用于毫米波频段的雷达梳状阵列天线系统。
背景技术
多维目标探测与识别核心技术为多输入/多输出技术，即在无线通信系统的发射端和接收端使用多个天线或者阵列来进行信息的传输，已经成为无线信道上提高数据传输率和质量的最有效途径。现在为了进一步提高无线通信的传输速率和雷达的分辨率，毫米波频段逐渐成为了研究重点，79Ghz频段是未来交通领域雷达发展的主要方向。
微带天线具有尺寸小、重量轻、剖面低等优点，广泛应用于雷达和通信等领域。目前国内市场上普遍采用的79GHz毫米波雷达天线为串馈微带的天线形式，但是串馈微带阵列天线的带宽较窄，设计与加工过程中还存在以下问题：79GHz毫米波微带天线的性能，尤其是谐振频率对加工误差非常敏感，目前的加工工艺水平，造成实测的结果与设计结果频率偏差几百MHz，甚至更多，需要多次制版反复调整，研制周期加长；馈电微带传输线繁杂并具有辐射性能，对雷达系统直流电源产生干扰，这种影响造成雷达功率放大器件性能下降，会令雷达的远距制式的探测距离达不到预期的设计要求。
基于上述，本发明提出一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，可有效解决并改善现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，具有受加工公差影响小、天线辐射一致性好，雷达系统性能更稳定的优点。
为实现上述目的，本发明提出一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，包括介质基片、安装在所述介质基片上表面的梳状天线阵列辐射层和安装在所述介质基片下表面的金属地板层；所述梳状天线阵列辐射层包括发射天线阵列系统、接收天线阵列系统与寄生天线阵列系统；所述发射天线阵列系统水平安装在所述介质基片的一侧，该发射天线阵列系统包括多个相同的平行设置的发射系统单元；所述接收天线阵列系统水平安装在所述介质基片的另一侧，与所述发射天线阵列系统相对设置，该接收天线阵列系统包括多个相同的平行设置的接收系统单元；所述寄生天线阵列系统包括两个相同的平行设置的寄生系统单元，分别设置在多个所述接收系统单元的两侧。
其中，多个所述发射系统单元和多个所述接收系统单元通过天线馈电传输线分别连接到设置在所述介质基片的靠近中心位置的雷达芯片上。
其中，两个所述寄生系统单元与所述接收天线阵列系统中的接收系统单元平行；所述寄生系统单元与所述接收系统单元结构相同。
其中，多个所述发射系统单元等间距的设置在同一水平面上，相邻的两个所述发射系统单元的间距为自由空间波长的整数倍。
其中，多个所述接收系统单元等间距的设置在同一水平面上，相邻的两个所述接收系统单元的间距为自由空间波长的N/2倍，其中N为正整数。
其中，两个所述寄生系统单元与所述接收系统单元在同一平面内，该寄生系统单元与所述接收系统单元之间的间距等于相邻两个所述接收系统单元之间的间距。
其中，所述天线馈电传输线为其上设置有隔直流偏置电路的微带传输线，所述隔直流偏置电路为扇形微带偏置线路。
其中，所述发射系统单元为基于79GHz毫米波的四列平面梳状天线阵列，包括四个平行设置的梳状天线阵列单元；所述接收系统单元为基于79GHz毫米波的两列平面梳状天线阵列，包括两个平行设置的梳状天线阵列单元；所述寄生系统单元与所述接收系统单元相同，包括两个平行设置的梳状天线阵列单元。
其中，所述梳状天线阵列单元有18个梳齿，各个梳齿的宽度通过加权设计计算得到。
其中，所述梳状天线阵列单元关于几何结构中心对称，其中对称的梳齿的宽度和长度相等，位置相对180°；两个相邻梳齿的间距为一个导波波长。
其中，所述寄生系统单元接地。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：梳状阵列带宽比较宽，实现了至少3GHz的回波损耗带宽；通过幅度加权，抑制幅瓣电平优于-20dB；本发明的天线受加工公差影响比较小，隔直流偏置电路消除对直流源的干扰，天线辐射一致性好，为算法提供了更宽的带宽，大大提高了雷达分辨率，雷达系统性能也更稳定。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例一种毫米波雷达梳状阵列天线系统中的梳状天线阵单元的结构示意图；
图3为本发明实施例的发射系统单元的俯仰面辐射方向图；
图4为本发明实施例的发射系统单元的水平面辐射方向图；
图5为本发明实施例的接收系统单元的水平面辐射方向图；
图6为本发明实施例的天线系统收发天线的驻波系数图；
图7为本发明实施例的天线系统收发天线的隔离度图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的图1～图6，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，适用于79GHz及以下的毫米波，如图1所示，该天线系统的尺寸为70mm×70mm，包括介质基片4、安装在所述介质基片4上表面的梳状天线阵列辐射层和安装在所述介质基片4下表面的金属地板层；本实施例中所述介质基片4选用Rogers RO3003,介电常数为3，厚度为0.127mm；所述梳状天线阵列辐射层包括发射天线阵列系统、接收天线阵列系统及寄生天线阵列系统；所述发射天线阵列系统水平安装在所述介质基片4的一侧，该发射天线阵列系统包括多个相同的平行设置的发射系统单元1；所述接收天线阵列系统安装在所述介质基片4的另一侧，与所述发射天线阵列系统相对设置，该接收天线阵列系统包括多个相同的平行设置的接收系统单元2；多个所述发射系统单元1和多个所述接收系统单元2通过天线馈电传输线5分别连接到设置在所述介质基片4上表面的靠近中心位置的雷达芯片7上；所述寄生天线阵列系统接地，该寄生天线阵列系统包括两个相同的平行设置的寄生系统单元3，该寄生系统单元3与所述接收系统单元2相同，两个所述寄生系统单元3与所述接收天线阵列系统中的接收系统单元2平行，分别设置在多个所述接收系统单元2的两侧。
所述天线馈电传输线5为其上设置有隔直流偏置电路6的微带传输线，所述隔直流偏置电路6为扇形微带偏置线路，在有源偏置电路中起到旁路电容的作用，将射频信号与直流信号隔离开来，以免其影响直流源。在本实施例中，所述隔直流偏置电路6上扇形的半径取四分之一波长，该扇形圆心角为90度左右，为开路扇形微带偏置线路；在偏置端看过去，射频信号就当作是短路，将不再影响直流源；所述波长为本发明的毫米波雷达梳状阵列天线系统的当前工作波长。
多个所述发射系统单元1等间距设置在同一水平面上，相邻的两个所述发射系统单元1的间距为自由空间波长的整数倍；多个所述接收系统单元2等间距设置在同一水平面上，相邻的两个所述接收系统单元2的间距为自由空间波长的N/2倍，其中N为正整数；所述寄生系统单元3与接收系统单元2的间距与相邻两个所述接收系统单元2的间距相同，且与所述接收系统单元2处于同平面；所述自由空间波长与所述毫米波雷达梳状阵列天线系统的工作频率相关。
本实施例中，所述发射天线阵列系统包括三个发射系统单元1，相邻两个所述发射系统单元1之间的间距为自由空间波长的6倍；所述接收天线阵列系统包括四个接收系统单元2，相邻两个所述接收系统单元2之间的间距为自由空间波长的1.5倍。
所述发射系统单元1为基于79GHz毫米波的四列平面梳状天线阵列，包括四个平行设置的梳状天线阵列单元；所述接收系统单元2为基于79GHz毫米波的两列平面梳状天线阵列，包括两个平行设置的梳状天线阵列单元；所述寄生系统单元3与所述接收系统单元2相同，包括两个平行设置的梳状天线阵列单元。
如图2所示，本实施例的梳状天线阵列单元有18个梳齿8，各个梳齿8的宽度通过加权设计得到，抑制幅瓣电平优于-20dB，有利于雷达抗干扰。在本实施例中，该梳状天线阵列单元关于几何结构中心对称，其中对称的梳齿8的宽度和长度相等，位置相对180°；两个相邻梳齿8的间距为一个导波波长。
四个所述梳状阵列天线单元平行设置在同平面，组成所述发射系统单元1，如图3所示为本实施例的发射系统单元1的俯仰面辐射方向图，其中俯仰面波束宽度约为10°，如图4所示为本实施例的发射系统单元1的水平面辐射方向图，其中波束宽度约为20°；两个所述梳状阵列天线单元平行设置在同平面，组成所述接收系统单元2，如图5所示为本实施例的接收系统单元2的水平面辐射方向图，其中波束宽度约为40°；所述寄生系统单元3与该接收系统单元2结构相同，设置所述寄生系统单元3在所述接收系统单元2的两侧，且将该寄生系统单元3设置接地，可使所述接收系统单元2的辐射方向图的对称性更好。
如图6所示为本实施例的天线系统收发天线的驻波系数图，其中驻波系数小于2.0，则带宽至少大于3GHz，满足了系统雷达宽带使用要求；如图7所示为本实施例的天线系统收发天线的隔离度图，其中相邻最近的收发天线隔离度优于35dB，具有良好的收发隔离效果。
所述雷达芯片7将待发射的毫米波信号通过天线馈电传输线5传输至所述发射天线阵列系统，该发射天线阵列系统向待扫描对象发射毫米波信号；所述接收天线阵列系统接收从待扫描对象反射回的毫米波信号，并且将该反射回的毫米波信号通过天线馈电传输线5回传至所述雷达芯片7中。所述寄生天线阵列系统可增加辐射，使所述接收天线阵列系统的辐射方向性更好。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，包括介质基片(4)、安装在所述介质基片(4)上表面的梳状天线阵列辐射层和安装在所述介质基片(4)下表面的金属地板层；
所述梳状天线阵列辐射层包括发射天线阵列系统、接收天线阵列系统与寄生天线阵列系统；
所述发射天线阵列系统水平安装在所述介质基片(4)的一侧，该发射天线阵列系统包括多个相同的平行设置的发射系统单元(1)；
所述接收天线阵列系统水平安装在所述介质基片(4)的另一侧，与所述发射天线阵列系统相对设置，该接收天线阵列系统包括多个相同的平行设置的接收系统单元(2)；
所述寄生天线阵列系统包括两个相同的平行设置的寄生系统单元(3)，分别设置在多个所述接收系统单元(2)的两侧且与所述接收系统单元(2)平行；
其中，多个所述发射系统单元(1)和多个所述接收系统单元(2)通过天线馈电传输线(5)分别连接到设置在所述介质基片(4)的靠近中心位置的雷达芯片(7)上。
2.如权利要求1所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，所述寄生系统单元(3)的结构和大小与所述接收系统单元(2)相同。
3.如权利要求1所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，多个所述发射系统单元(1)等间距的设置在同一水平面上，相邻的两个所述发射系统单元(1)的间距为自由空间波长的整数倍。
4.如权利要求2所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，多个所述接收系统单元(2)等间距的设置在同一水平面上，相邻的两个所述接收系统单元(2)的间距为自由空间波长的N/2倍，其中N为正整数。
5.如权利要求4所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，两个所述寄生系统单元(3)与所述接收系统单元(2)在同一平面内，该寄生系统单元(3)与所述接收系统单元(2)之间的间距等于相邻两个所述接收系统单元(2)之间的间距。
6.如权利要求1所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，所述天线馈电传输线(5)为其上设置有隔直流偏置电路(6)的微带传输线，所述隔直流偏置电路(6)为扇形微带偏置线路。
7.如权利要求1所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，所述发射系统单元(1)为基于79GHz毫米波的四列平面梳状天线阵列，包括四个平行设置的梳状天线阵列单元；所述接收系统单元(2)为基于79GHz毫米波的两列平面梳状天线阵列，包括两个平行设置的梳状天线阵列单元；所述寄生系统单元(3)与所述接收系统单元(2)相同，包括两个平行设置的梳状天线阵列单元。
8.如权利要求7所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，所述梳状天线阵列单元有18个梳齿(8)，各个梳齿(8)的宽度通过加权设计计算得到。
9.如权利要求8所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，所述梳状天线阵列单元关于几何结构中心对称，其中对称的梳齿(8)的宽度和长度相等，位置相对180°；两个相邻梳齿(8)的间距为一个导波波长。
10.如权利要求1所述的一种毫米波雷达梳状阵列天线系统，其特征在于，所述寄生系统单元(3)接地。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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