CN117368850A - 一种ltcc车载毫米波雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LTCC车载毫米波雷达，它包括雷达天线基板组件、天线罩、散热块和底壳组件，所述散热块设置在底壳组件内部，所述天线基板组件设置在散热块上并位于底壳组件内部，所述天线罩设置在天线基板组件的上方并与底壳组件固定连接。本发明提供一种LTCC车载毫米波雷达，基于具有小型化设计、导热性好的车载LTCC介质基板的毫米波雷达，实现对毫米波雷达天线模块及雷达模组的小型化设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种LTCC车载毫米波雷达，属于车载毫米波雷达领域。
背景技术
目前，随着车载探测技术的不断进步以及汽车产业的快速发展，汽车已经成为人们出行、货物运输的主要交通工具，车辆管控与安全驾驶的迫切需求对车载传感器的性能与环境适应性提出了更高的要求。毫米波雷达以其高精度、高集成、低成本及其能全天候、全天时工作的特性成为支撑智能辅助甚至自动驾驶的核心车载传感器。
传统的毫米波雷达天线布置在射频板表层，且与表面贴片元件划区域分开布置，因此毫米波雷达天线的尺寸对射频电路板的尺寸有着直接的影响；同时由于射频电路板安置于雷达天线罩与底壳组成的密封壳体内，模组散热也是亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种LTCC车载毫米波雷达，基于具有小型化设计、导热性好的车载LTCC介质基板的毫米波雷达，实现对毫米波雷达天线模块及雷达模组的小型化设计。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种LTCC车载毫米波雷达，它包括雷达天线基板组件、天线罩、散热块和底壳组件，所述散热块设置在底壳组件内部，所述天线基板组件设置在散热块上并位于底壳组件内部，所述天线罩设置在天线基板组件的上方并与底壳组件固定连接。
进一步，所述雷达天线基板组件包括天线基板，所述天线基板上设置有收发芯片、发射天线组件、接收天线组件和屏蔽罩，所述发射天线组件和接收天线组件分别通过覆铜的形式贴合于天线基板的表面，所述发射天线组件和接收天线组件分别与收发芯片通过馈线连接，所述收发芯片位于屏蔽罩内。
进一步，所述发射电线组件包括第一发射天线、位于所述第一发射天线一侧的第二发射天线以及位于所述第一发射天线另一侧的第三发射天线，所述第二发射天线包括1组天线线阵结构，所述第三发射天线包括1组天线线阵结构，所述第一发射天线为6组天线线阵结构并联而成的面阵天线结构。
进一步，所述接收电线组件包括4路接收天线，所述接收天线包括2组并联的天线线阵结构。
进一步，所述收发芯片的四周设置有多个屏蔽罩卡座，所述屏蔽罩与屏蔽罩卡座卡接固定。
进一步，所述底壳组件包括底壳和插针，所述插针的一端固定在底壳的插槽内，所述插针的另一端穿过散热块的避让槽固定在天线基板的金属通孔内。
进一步，所述插针为中段弯折两端垂直的异型结构插针。
进一步，所述天线基板的介质材料采用LTCC陶瓷材料。
进一步，所述底壳的内壁上设置有多个与所述散热块的侧壁相配合的限位块。
进一步，所述散热块的四角分别设置有螺纹孔，所述天线基板组件通过4个螺丝固定在散热块上。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
1、在毫米波雷达模组内，天线单元的谐振长度与基板材料介电常数的平方根成反比，LTCC材料能够满足9以上的相对介电常数，相较于传统高频电路板3左右的相对介电常数，基于高介电常数LTCC介质基板制作的天线板能减小三分之一以上的天线区域面积，实现雷达天线板的小型化设计。
2、基于LTCC介质基板的毫米波雷达天线板具有小型化的结构，采用与之匹配的小尺寸天线罩、散热片和底壳，实现毫米波雷达模组的小型化设计，便于实现在车身结构上的隐藏式安装。
3、基于LTCC材料的介质基板相对于传统PCB板具有更好的热传导性，对于毫米波雷达模组密闭的工作环境，更有助于雷达模组的散热。
4、基于LTCC材料的介质基板具有良好的高频特性、高速传输特性和较低的损耗角正切，在高频下能保证天线的较小损耗。
附图说明
图1为本发明的一种LTCC车载毫米波雷达的内部结构示意图；
图2为本发明的雷达天线基板组件的结构示意图；
图3为本发明的雷达天线基板组件隐藏屏蔽罩后的结构示意图；
图4为本发明的底壳组件的结构示意图；
图5为本发明的屏蔽罩卡座的结构示意图；
图6为本发明的阻抗变换器的安装示意图；
图7为本发明的一种LTCC车载毫米波雷达发射模式下的回波损耗S参数图；
图8为本发明的一种LTCC车载毫米波雷达发射模式下视场角的增益方向图；
图9为本发明的一种LTCC车载毫米波雷达发射模式下俯仰角的增益方向图；
图10为本发明的一种LTCC车载毫米波雷达发射模式下视场角和俯仰角的对比方向图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1～5所示，本实施例提供一种LTCC车载毫米波雷达，它包括雷达天线基板组件1、天线罩2、散热块3和底壳组件4，散热块3设置在底壳组件4内部，天线基板组件1设置在散热块3上并位于底壳组件4内部，散热块3的四角分别设置有螺纹孔，天线基板组件1通过4个螺丝固定在散热块3上；天线罩2设置在天线基板组件1的上方并通过激光焊接工艺与底壳组件4密闭接合。天线基板组件1、天线罩2、散热块3和底壳组件4配合天线基板10的小型化尺寸进行三维尺寸上的缩减，可以实现毫米波雷达组件的小型化设计，便于实现在车身结构上的隐藏式安装。
如图2、3所示，本实施例的雷达天线基板组件1包括天线基板10，天线基板10上设置有收发芯片13、发射电线组件、接收天线组件和屏蔽罩12，发射电线组件和接收天线组件分别通过覆铜的形式贴合于天线基板10的表面，发射电线组件和接收天线组件分别与收发芯片13电性连接，收发芯片13位于屏蔽罩12内，收发芯片13的四周设置有多个屏蔽罩卡座108，屏蔽罩12与屏蔽罩卡座108卡接固定。
具体地，如图2所示，接收天线组件包括4路接收天线104，4路接收天线104配合收发芯片13的4路接收天线通道，每路接收天线104包括2组并联的天线线阵结构，其中的天线线阵结构均由8个辐射体串联而成，2组天线线阵结构通过匹配网络后与一个一分二功分器相连，通过匹配网络，可以优化走线的输入阻抗，提高天线的辐射效率。
具体地，如图2所示，发射电线组件包括第一发射天线101、位于第一发射天线101一侧的第二发射天线102以及位于第一发射天线101另一侧的第三发射天线103。第二发射天线102包括1组天线线阵结构，第三发射天线103包括1组天线线阵结构，第二发射天线102和第三发射天线103中的天线线阵结构均由8个辐射体串联而成。第一发射天线101为6组天线线阵结构并联而成的面阵天线结构，第一发射天线101包括9×6个辐射体，9×6个辐射体在同一个平面内组成一个面阵结构，每9个辐射体串联组成一个天线线阵结构，6个天线线阵结构之间通过一个一分六功分器并联成一个面阵结构，每个天线线阵结构中辐射体的尺寸从中间到两边依次逐渐减小。第一发射天线101的6组天线线阵结构通过匹配网络后与一个一分六功分器相连，通过匹配网络，可以优化走线的输入阻抗，提高天线的辐射效率；使用6组线阵天线组成的面阵天线结构用于给天线的波束进行赋形，增强天线主波束的方向性，降低副瓣电平，提高天线的抗干扰能力，从而实现前向雷达更优的测距、测速和测角功能。
如图6所示，第一发射天线101中使用的一分六功分器和4路接收天线104中使用的一分二功分器与每一个线阵结构之间均设置有阻抗变换器5，阻抗变换器5用于对多个线阵结构进行阻抗匹配。
本实施例的天线基板10的介质材料采用LTCC陶瓷材料，天线基板10采用这种导热性能更好的LTCC介质基板材料，在天线罩2和底壳组件4组成的密闭空间内，能实现更好的散热性能。
天线走线单元基于更高介电常数的LTCC陶瓷材料介质基板，线走线单元在二维平面的面积占用率上可以减少三分之一以上，满足天线基板10和天线基板组件1的小型化设计要求。
天线基板10采用导热性能更好的LTCC介质基板材料，在天线罩2和底壳组件4组成的密闭空间内，能实现更好的散热性能。
天线基板10具有优良的高频特性和高速传输特性，使用高电导率的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数。
天线基板10可以制作层数很高的电路基板，减少连接芯片导体的长度与接点数，实现更多的布线层数，易于实现多功能化和提高组装集成度。
如图7～10所示，从仿真结果来看，天线E面增益达到21.4dBi，3dB波束宽度为16.2°，同时副瓣电平抑制大于15dBc，天线H面增益达到21.5dBi，3dB波束宽度为11.8°，同时副瓣电平抑制大于15dBc，满足高增益、窄波束、低副瓣的性能要求；同时中心频点回波损耗值优于-20dB，天线整体性能较为优异，在LTCC介质基板材料下天线整体尺寸减小的同时保证了天线性能。
如图4、5所示，本实施例的底壳组件4包括底壳41和插针42，本实施例的插针42为中段弯折两端垂直的异型结构插针，插针42的一端通过塑模工艺固定在底壳41的插槽内，插针42的另一端穿过散热块3的避让槽31直插式固定在天线基板10的金属通孔内，如图1所示，本实施例的底壳41的内壁上设置有多个与散热块3的侧壁相配合的限位块43，通过限位块43对散热块3的四个侧壁进行安装定位。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：它包括雷达天线基板组件(1)、天线罩(2)、散热块(3)和底壳组件(4)，所述散热块(3)设置在底壳组件(4)内部，所述天线基板组件(1)设置在散热块(3)上并位于底壳组件(4)内部，所述天线罩(2)设置在天线基板组件(1)的上方并与底壳组件(4)固定连接。
2.根据权利要求1所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述雷达天线基板组件(1)包括天线基板(10)，所述天线基板(10)上设置有收发芯片(13)、发射电线组件、接收天线组件和屏蔽罩(12)，所述发射电线组件和接收天线组件分别通过覆铜的形式贴合于天线基板(10)的表面，所述发射电线组件和接收天线组件分别与收发芯片(13)电性连接，所述收发芯片(13)位于屏蔽罩(12)内。
3.根据权利要求2所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述发射电线组件包括第一发射天线(101)、位于所述第一发射天线(101)一侧的第二发射天线(102)以及位于所述第一发射天线(101)另一侧的第三发射天线(103)，所述第二发射天线(102)包括1组天线线阵结构，所述第三发射天线(103)包括1组天线线阵结构，所述第一发射天线(101)为6组天线线阵结构并联而成的面阵天线结构。
4.根据权利要求2所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述接收电线组件包括4路接收天线(104)，所述接收天线(104)包括2组并联的天线线阵结构。
5.根据权利要求2所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述收发芯片(13)的四周设置有多个屏蔽罩卡座(108)，所述屏蔽罩(12)与屏蔽罩卡座(108)卡接固定。
6.根据权利要求1所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述底壳组件(4)包括底壳(41)和插针(42)，所述插针(42)的一端固定在底壳(41)的插槽内，所述插针(42)的另一端穿过散热块(3)的避让槽(31)固定在天线基板(10)的金属通孔内。
7.根据权利要求6所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述底壳(41)的内壁上设置有多个与所述散热块(3)的侧壁相配合的限位块(43)。
8.根据权利要求6所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述插针(42)为中段弯折两端垂直的异型结构插针。
9.根据权利要求1所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述天线基板(10)的介质材料采用LTCC陶瓷材料。
10.根据权利要求1所述的LTCC车载毫米波雷达，其特征在于：所述散热块(3)的四角分别设置有螺纹孔，所述天线基板组件(1)通过4个螺丝固定在散热块(3)上。
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