CN115986434B - 一种多入多出毫米波天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多入多出毫米波天线阵列，包括微带板以及位于微带板上方的两列发射天线阵列和两行接收天线阵列，且两列发射天线阵列和两行接收天线阵列呈“口”形分布，发射天线阵列和接收天线阵列均由两组平行且交叉错位呈三角布阵的天线单元组成；天线单元包括两级台阶状的喇叭辐射腔、基片集成波导馈电结构以及若干组金属钉阵列，发射天线阵列和接收天线阵列的多组天线单元的金属板一体化集成为金属构件。本发明采用基片集成波导馈电，损耗小、加工简单、易于和有源芯片集成；天线阵列采用交叉错位的三角布阵方式，并引入金属钉阵列提高了天线的增益和隔离度，降低了天线的副瓣。

Description

一种多入多出毫米波天线阵列
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种多入多出毫米波天线阵列。
背景技术
随着毫米波技术的不断发展，高分辨率的毫米波雷达在实际应用中可以获得更为准确的目标信息，在应用安全方面越来越吸引人们的注意，毫米波天线阵列作为毫米波雷达的重要部件，决定了毫米波雷达的性能。一般地，高分辨率的毫米波天线阵列大多采用相控阵或者多入多出体制，而相控阵天线受到天线单元间距的约束、天线带宽受到天线扫描角度的影响、天线单元间距受加工精度的限制。因此，设计一种高分辨率、加工工艺要求低、宽频带毫米波雷达天线十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多入多出毫米波天线阵列，解决背景技术存在的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供一种多入多出毫米波天线阵列，包括微带板以及位于微带板上方的两列发射天线阵列和两行接收天线阵列，且所述两列发射天线阵列和两行接收天线阵列呈“口”形分布，所述微带板、两列发射天线阵列和两行接收天线阵列为一体化集成组件；
所述发射天线阵列和接收天线阵列均分别由两组平行且交叉错位呈三角布阵的天线单元组成；
所述天线单元包括金属板、位于金属板中心且呈两级台阶状的喇叭辐射腔、位于喇叭辐射腔下方且位于微带板内部的基片集成波导馈电结构以及位于喇叭辐射腔上部开口周围且位于金属板上端的若干组金属钉阵列，所述发射天线阵列和接收天线阵列的多组天线单元的金属板一体化集成为金属构件。
进一步改进在于，两列发射天线阵列的列间距是天线单元水平间距的整数倍，两行接收天线阵列行间距为天线单元垂直间距的整数倍。
进一步改进在于，每个喇叭辐射腔上部开口周围均设置四个金属钉阵列。
进一步改进在于，所述发射天线阵列中，竖向上相邻两个喇叭辐射腔共用一个金属钉阵列，横向上相邻两个喇叭辐射腔共用两个金属钉阵列；所述接收天线阵列中，竖向上相邻两个喇叭辐射腔共用两个金属钉阵列，横向上相邻两个喇叭辐射腔共用一个金属钉阵列。
进一步改进在于，所述喇叭辐射腔由位于上方的大矩形腔和位于下方的小矩形腔组成，大矩形腔和小矩形腔组成两级台阶。
进一步改进在于，所述小矩形腔与微带板连接。
进一步改进在于，所述基片集成波导馈电结构包括基片集成波导、偏置辐射缝，所述基片集成波导设置在微带板中，所述偏置辐射缝设置在所述基片集成波导的一端，位于所述微带板的上表面。
进一步改进在于，所述偏置辐射缝沿垂直于基片集成波导传输方向设置，所述偏置辐射缝位于所述喇叭辐射腔的下表面中心处。
进一步改进在于，所述微带板的上下表面均覆铜。
本发明的有益效果在于：
该毫米波天线阵列，采用基片集成波导馈电，金属喇叭辐射，具有损耗小，加工简单，增益高的优点；天线单元采用交叉错位的三角布阵方式，大大的提高了各天线单元间的隔离度；金属钉阵列的引入提高了天线单元的增益和隔离度，降低了天线阵列的副瓣；两列发射天线阵列之间和两排接收天线阵列之间的间距分别为水平单元和垂直单元间距的整数倍，使得发射天线方向图栅瓣与接收天线方向图零点位置重合，降低了发射和接收天线阵列合成方向图的副瓣。
附图说明
图1是本发明实施例中多入多出毫米波天线阵列排布示意图；
图2是本发明实施例中多入多出毫米波天线阵列的结构示意图；
图3是图1中天线单元的立体结构图；
图4是图1中天线单元的正视结构图；
图5是图1中天线单元的侧视结构图；
图6为本发明实施例1中天线单元的S11示意图；
图7为本发明实施例1中天线单元的隔离度示意图；
图8为本发明实施例1中发射天线单元的增益图；
图9为本发明实施例1中接收天线单元的增益图；
图10为本发明实施例1中发射天线阵列在77GHz时的增益图；
图11为本发明实施例1中接收天线阵列在77GHz时的增益图；
图12为本发明实施例1中发射和接收天线阵列在77GHz时合成增益图。
图中：1、发射天线阵列；2、接收天线阵列；3、金属构件；4、微带板；5、喇叭辐射腔；6、金属钉阵列；7、基片集成波导；8、偏置辐射缝。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1-5所示，本发明公开了一种多入多出毫米波天线阵列，该多入多出天线阵列包含了两列发射天线阵列1和两行接收天线阵列2，构成“口”形分布。发射天线阵列1和接收天线阵列2一体化集成，由位于上部的金属构件3和下部的微带板4构成，微带板4的上下表面均覆铜，上部金属构件3包含了若干矩形喇叭辐射腔5和金属构件3上部的若干金属钉阵列6构成。
单个发射天线阵列1由两列交叉错位的三角布阵的发射天线单元构成，接收天线阵列2由两行交叉错位的三角布阵的接收天线单元构成，发射天线单元和接收天线单元结构相同，均包括金属板、若干具有电磁带隙效应的金属钉阵列6、一个两级台阶的金属喇叭辐射腔5、一个基片集成波导7馈电结构，发射天线阵列1和接收天线阵列2的多组天线单元的金属板一体化集成为金属构件3，金属钉阵列6位于金属喇叭腔上部开口的四周，金属喇叭辐射腔5位于微带板4上方，基片集成波导7馈电结构设置在微带板4中，对金属喇叭辐射腔5进行激励馈电。
进一步的，两列发射天线阵列1的列间距是天线单元水平间距的整数倍，两行接收天线阵列2行间距为天线单元垂直间距的整数倍。
进一步的，每个喇叭辐射腔5上部开口周围均设置四个3×3的长方体金属钉阵列6。
进一步的，发射天线阵列1中，竖向上相邻两个喇叭辐射腔5共用一个金属钉阵列6，横向上相邻两个喇叭辐射腔5共用两个金属钉阵列6；接收天线阵列2中，竖向上相邻两个喇叭辐射腔5共用两个金属钉阵列6，横向上相邻两个喇叭辐射腔5共用一个金属钉阵列6。
进一步的，喇叭辐射腔5由位于上方的大矩形腔和位于下方的小矩形腔组成，大矩形腔和小矩形腔组成两级台阶，小矩形腔与微带板4连接。
进一步的，基片集成波导7馈电结构包括基片集成波导7、偏置辐射缝8，基片集成波导7设置在微带板4中，偏置辐射缝8设置在基片集成波导7的一端，位于微带板4的上表面。偏置辐射缝8沿垂直于基片集成波导7传输方向设置，偏置辐射缝8位于喇叭辐射腔5的下表面中心处。
本发明采用基片集成波导7馈电，具有损耗小，加工简单，易于和有源芯片集成的优点；天线阵列采用交叉错位的三角布阵方式，大大的提高了天线单元间的隔离度；金属钉阵列6的引入，提高了天线的增益和隔离度，降低了天线阵列的副瓣。此种毫米波天线阵列可用于毫米波人体安检仪和毫米波车载雷达等电子产品。
实施例1
本实施例提供了一种工作在75.5-79GHz毫米波天线阵列，它包含了1层厚度为0.127mm的Rogers 3003微带板4，每层微带板4上下面覆铜层厚度为35um，从上到下两阶高度分别为2.4mm和0.92mm喇叭辐射腔5，若干高度为1mm的金属钉阵列6。
天线阵列包含2列发射天线阵列1，每列包含24个天线单元；天线阵列包含2行接收天线阵列2，每行包含48个天线单元。相邻发射天线单元和接收天线单元在方位和俯仰方向的间距均为4mm，天线单元以交叉错位的形式呈“口”形三角排布，交叉错位的喇叭辐射腔5布阵方式和金属钉阵列6大大提高的天线单元之间的隔离度。两列发射天线阵列1相距100mm，两行接收天线阵列2相距44mm，两列发射天线阵列1之间和两行接收天线阵列2之间的间距分别为水平单元和垂直单元间距的整数倍，使得发射天线方向图栅瓣与接收天线方向图零点位置重合，从而降低了发射天线和接收天线合成方向图的副瓣。
本实施例中的多入多出毫米波天线阵列，单元之间具备高隔离度和高的增益，天线阵列具备较高的增益和较低的副瓣。经仿真计算，天线单元的S11如图6所示，在75.5GHz-79GHz内，发射和接收天线单元的S11都小于-15 dB；天线单元的隔离度如图7所示，在75GHz-80GHz内，相邻发射天线单元之间和相邻接收天线单元之间的隔离度都在-40 dB附近；发射天线单元和接收天线单元的增益图分别如图8和图9所示，峰值增益都大于12 dBi。发射天线阵列和接收天线阵列的增益图分别如图10和图11所示所示；天线阵列的合成增益图如图12所示，合成增益图的副瓣明显降低。
综上所述，上述实施例的多入多出毫米波天线阵列，采用基片集成波导馈电，金属喇叭辐射腔，具有损耗小，加工简单，增益高的优点；天线单元采用交叉错位的三角布阵方式，大大的提高了各天线单元间的隔离度；金属钉阵列的引入提高了天线单元的增益和隔离度，降低了天线阵列的副瓣；两列发射天线阵列之间和两排接收天线阵列之间的间距分别为水平单元和垂直单元间距的整数倍，使得发射天线方向图栅瓣与接收天线方向图零点位置重合，降低了发射和接收天线阵列合成方向图的副瓣。
以上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。

Claims (9)

1.一种多入多出毫米波天线阵列，包括微带板以及位于微带板上方的两列发射天线阵列和两行接收天线阵列，且所述两列发射天线阵列和两行接收天线阵列呈“口”形分布，其特征在于，所述微带板、两列发射天线阵列和两行接收天线阵列为一体化集成组件；
所述发射天线阵列和接收天线阵列均分别由两组平行且交叉错位呈三角布阵的天线单元组成；
所述天线单元包括金属板、位于金属板中心且呈两级台阶状的喇叭辐射腔、位于喇叭辐射腔下方且位于微带板内部的基片集成波导馈电结构以及位于喇叭辐射腔上部开口周围且位于金属板上端的若干组金属钉阵列，所述发射天线阵列和接收天线阵列的多组天线单元的金属板一体化集成为金属构件。
2.根据权利要求1所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：两列发射天线阵列的列间距是天线单元水平间距的整数倍，两行接收天线阵列行间距为天线单元垂直间距的整数倍。
3.根据权利要求1所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：每个喇叭辐射腔上部开口周围均设置四个金属钉阵列。
4.根据权利要求3所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：所述发射天线阵列中，竖向上相邻两个喇叭辐射腔共用一个金属钉阵列，横向上相邻两个喇叭辐射腔共用两个金属钉阵列；所述接收天线阵列中，竖向上相邻两个喇叭辐射腔共用两个金属钉阵列，横向上相邻两个喇叭辐射腔共用一个金属钉阵列。
5.根据权利要求1所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：所述喇叭辐射腔由位于上方的大矩形腔和位于下方的小矩形腔组成，大矩形腔和小矩形腔组成两级台阶。
6.根据权利要求5所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：所述小矩形腔与微带板连接。
7.根据权利要求1所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：所述基片集成波导馈电结构包括基片集成波导、偏置辐射缝，所述基片集成波导设置在微带板中，所述偏置辐射缝设置在所述基片集成波导的一端，位于所述微带板的上表面。
8.根据权利要求7所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：所述偏置辐射缝沿垂直于基片集成波导传输方向设置，所述偏置辐射缝位于所述喇叭辐射腔的下表面中心处。
9.根据权利要求1所述的一种多入多出毫米波天线阵列，其特征在于：所述微带板的上下表面均覆铜。
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