CN115621728A - 一种宽带电容耦合梳状天线及车载毫米波雷达系统 - Google Patents

一种宽带电容耦合梳状天线及车载毫米波雷达系统 Download PDF

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张威
崔悦慧
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Abstract

本发明公开了一种宽带电容耦合梳状天线及车载毫米波雷达系统，包括单层介质基板，所述单层介质基板的一面印制金属地板，其相对面印制辐射单元，所述辐射单元包括微带馈线及分布在微带馈线两侧的多个辐射贴片，所述微带馈线的一端依次连接50欧姆微带线及馈电端口，所述馈电端口与金属地板连接；所述多个辐射贴片与微带馈线间隔距离相等，同侧相邻辐射贴片距离相等；辐射贴片的宽度与电流振幅成正比，通过调整辐射贴片的宽度和长度，控制激励幅度得到低的副瓣电平，在控制过程中相邻辐射贴片的间距，辐射贴片与微带馈线的距离均保持不变。本发明使得带宽覆盖76‑81GHz，适用于77GHz汽车雷达的整个频段。

Description

一种宽带电容耦合梳状天线及车载毫米波雷达系统
技术领域
本发明涉及车载雷达通信领域，特别涉及一种宽带电容耦合梳状天线及车载毫米波雷达系统。
背景技术
近年来，随着毫米波雷达技术快速发展，车载毫米波雷达产品不断涌现并投入实际应用。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，对无人驾驶技术的快速发展起到重要的作用。当前车载雷达主要基于超声波、激光、毫米波和图像传感器等技术。其中，毫米波车载雷达又分为工作频段为24GHz和77GHz的车载雷达。相比于24GHz毫米波雷达，77GHz雷达具有更高的探测精度和更小的体积等优势，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。现阶段工作频段77GHz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，重量轻且易于微波电路集成的优点。在2021年12月，我国工信部正式发布76-79GHz应用与汽车雷达，在国际上，整个76-81GHz均可用于汽车雷达。
然而对于目前的车载毫米波雷达天线，尤其是微带毫米波雷达天线，其覆盖带宽大多数为76-78GHz，且串馈微带贴片天线的波束会发生偏移，满足不了我们的需求。而如果想要加上79GHz频段的雷达天线，则会浪费板材的空间且加大排版的复杂度和天线之间的干扰。因此，若一辐车载雷达天线可以完整覆盖76-81GHz频段，从而可以减少排版的复杂度，为整个车载雷达系统的布局布线带来了便利。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种宽带电容耦合梳状天线及车载毫米波雷达系统。
本发明采用如下技术方案：
一种宽带电容耦合梳状天线，包括单层介质基板，所述单层介质基板的一面印制金属地板，其相对面印制辐射单元，所述辐射单元包括微带馈线及分布在微带馈线两侧的多个辐射贴片，所述微带馈线的一端依次连接50欧姆微带线及馈电端口，所述馈电端口与金属地板连接；
所述多个辐射贴片与微带馈线间隔距离相等，同侧相邻辐射贴片距离相等；
辐射贴片的宽度与电流振幅成正比，通过调整辐射贴片的宽度和长度，控制激励幅度得到低的副瓣电平，在控制过程中相邻辐射贴片的间距，辐射贴片与微带馈线的距离均保持不变。
进一步，所述微带馈线两侧设置相等数目辐射贴片，交错排布呈梳状。
进一步，所述辐射贴片为矩形，长度均为半个介质波长，宽度呈切比雪夫分布。
进一步，还包括寄生单元，所述寄生单元包括多个寄生贴片，所述寄生贴片设置在辐射贴片远离馈电端口一侧，寄生贴片与辐射贴片间距相等。
进一步，所述微带馈线与辐射贴片的间距为0.1mm,保持不变。
进一步，同侧相邻所述辐射贴片的间距为2.46mm；不同侧相邻所述辐射贴片的间距为1.23mm。
进一步，所述寄生贴片为矩形，长度为0.8mm，宽度为0.14mm。
进一步，所述微带馈线通过阻抗变换器与50欧姆微带线连接。
进一步，所述阻抗变换器为四分之一波长阻抗变换器。
一种车载毫米波雷达系统，包括所述的宽带电容耦合梳状天线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明在介质基板上设置微带馈线，微带馈线的两侧设置辐射单元及寄生单元，带宽覆盖76-81GHz，适用于77GHz车载雷达的整个频段；
(2)本发明通过调整辐射单元的宽度和长度，来控制激励幅度，从而获得低的副瓣电平；
(3)本发明采用的添加寄生单元方法，对原辐射单元起到了耦合作用，从而达到了宽带的效果；
(4)本发明辐射体结构新颖，带宽大，增益高，方向图稳定且波束偏移角度小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明实施例的反射系数；
图4是本发明实施例的增益；
图5是本发明实施例的方向图偏移角度；
图6是本发明实施例的76GHz方向图；
图7是本发明实施例的78GHz方向图；
图8是本发明实施例的81GHz方向图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1及图2所示，一种宽带电容耦合梳状天线，包括单层介质基板1，分别设置在所述单层介质基板1上表面的印制辐射单元2和下表面的印制金属地板3，以及馈电端口4。
所述辐射单元2包括微带馈线1A及分布在所述微带馈线1A两侧的辐射贴片1B，所述微带馈线1A一端与阻抗变换器1D连接，所述阻抗变换器与50欧姆微带线1E连接，在所述50欧姆微带线1E末端设置馈电端口4，与所述金属地板3连接。
进一步，宽带电容耦合梳状天线还包括寄生单元1C，所述寄生单元包括多个寄生贴片，寄生贴片的数量与辐射贴片数目相等，辐射贴片的一侧设置寄生贴片，具体寄生贴片是位于远离馈电端口的一侧。
具体为：寄生贴片为矩形，其长度为0.8mm，宽度为0.14mm。
进一步，所述50欧姆微带线1E与微带馈线1A之间设置四分之一波长阻抗变换器1D，所述四分之一波长阻抗变换器1D的长度为0.56mm，宽度为0.16mm。
本实施例中，所述微带馈线1A宽度为0.13mm，在所述微带馈线1A的两侧分别设置八个所述辐射贴片，交错排布呈梳状。所述辐射贴片的数量可以根据实际需求进行增加或减少，但在所述微带馈线1A两侧的所述辐射贴片数量保持一致，所述寄生贴片与辐射贴片的数量相同。
辐射贴片与微带馈线之间的距离相等，均为0.1mm。
所述辐射贴片为矩形，长度为半个介质波长，宽度呈切比雪夫分布，同侧相邻所述辐射贴片的间距为2.46mm；不同侧相邻所述辐射贴片的间距为1.23mm。
所述介质基板1采用高频板材Rogers 3003，厚度为0.127mm，相对介电常数为3.1。
所述辐射贴片2和金属地3均为金属导体薄片，厚度为18um。
本发明通过调整所述辐射单元的宽度和长度值，来控制激励幅度，从而获得低的副瓣电平，具体为：
设辐射贴片的宽度与电流振幅成正比，天线对称半边激励电流分布为I1:I2:I3:I4:I5:I6:I7:I8＝0.8668:0.5043:0.6217:0.7334:0.8327:0.9135:0.9705:1.000，其中，I8表示中心阵元的归一化电流幅度，当频率上升到77GHz频段后，通过改变辐射贴片的宽度和长度，控制激励幅度，从而获得低的副瓣电平，并且在控制过程中，相邻辐射贴片的间距，辐射贴片与微带馈线之间的间距，辐射贴片与寄生贴片的间距均保持不变。克服现有技术中由于频率上升到77G GHz频段后，各个贴片对加工误差敏感，无法有效控制激励幅度的缺陷。
并且需要说明的是：宽度与长度成反比，当宽度改变时，长度也需要对应改变。
如图3-图8所示，本实施例天线具有76-81GHz的阻抗带宽，可覆盖77GHz车载雷达整个频段，回波损耗大于10dB，并且在该带宽上增益达到15dBi以上，波束偏移角度在±2°以内，副瓣电平低于-16dB。
本宽带电容耦合梳状天线具有结构新颖，带宽大，增益高，方向图稳定且波束偏移角度小等特点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，包括单层介质基板，所述单层介质基板的一面印制金属地板，其相对面印制辐射单元，所述辐射单元包括微带馈线及分布在微带馈线两侧的多个辐射贴片，所述微带馈线的一端依次连接50欧姆微带线及馈电端口，所述馈电端口与金属地板连接；
所述多个辐射贴片与微带馈线间隔距离相等，同侧相邻辐射贴片距离相等；
辐射贴片的宽度与电流振幅成正比，通过调整辐射贴片的宽度和长度，控制激励幅度得到低的副瓣电平，在控制过程中相邻辐射贴片的间距，辐射贴片与微带馈线的距离均保持不变。
2.根据权利要求1所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，所述微带馈线两侧设置相等数目辐射贴片，交错排布呈梳状。
3.根据权利要求1所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，所述辐射贴片为矩形，长度均为半个介质波长，宽度呈切比雪夫分布。
4.根据权利要求1-3任一项所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，还包括寄生单元，所述寄生单元包括多个寄生贴片，所述寄生贴片设置在辐射贴片远离馈电端口一侧，寄生贴片与辐射贴片间距相等。
5.根据权利要求4所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，所述微带馈线与辐射贴片的间距为0.1mm,保持不变。
6.根据权利要求1所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，同侧相邻所述辐射贴片的间距为2.46mm；不同侧相邻所述辐射贴片的间距为1.23mm。
7.根据权利要求4所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，所述寄生贴片为矩形，长度为0.8mm，宽度为0.14mm。
8.根据权利要求1所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，所述微带馈线通过阻抗变换器与50欧姆微带线连接。
9.根据权利要求8所述的宽带电容耦合梳状天线，其特征在于，所述阻抗变换器为四分之一波长阻抗变换器。
10.一种车载毫米波雷达系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的宽带电容耦合梳状天线。
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