CN117791129A - 一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，包括：获取矩形微带贴片天线，将所述矩形微带贴片天线作为阵元，其中，所述矩形微带贴片天线包括介质基板、辐射贴片和接地板；获取若干阵元，将若干所述阵元通过串联馈电方式连接为矩形微带线阵；采用切比雪夫综合法，对所述矩形微带线阵进行优化，获取优化后的矩形微带线阵；通过串并联混合馈电结构，获取面阵馈电网络；将所述面阵馈电网络和所述优化后的矩形微带线阵进行组合，获取矩形微带阵列天线面阵；对所述矩形微带阵列天线面阵进行微调和优化，完成对基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计。本发明能够实现水平120度的扫描探测以及高增益。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法。
背景技术
自二十一世纪初，我国经济经历了飞速的增长，民众的幸福指数也逐步上升，大家开始追求更为高效和便利的生活方式，这种转变在交通出行的需求上得到了充分的体现。根据国家统计局最近公布的数据，到2020年底，我国民用汽车的保有量已经突破了2.8亿辆大关，这足以证明汽车在我国的普及率是非常高的。显而易见，汽车不仅为我们带来了便捷和高效的正向效益，但同时也带来了较高的身体伤害和经济损失风险。根据某些研究和分析，全球每年发生的道路伤害事故超出130万，其中有94％是由于驾驶员的失误导致的，如观察不足、操作失误和新手驾驶员对驾驶技巧的不熟悉。除了对驾驶考试制度进行更为严格的规定和推广安全驾驶观念之外，我们在汽车技术方面也必须追求更高水平的技术创新和普及。假如驾驶员能在1秒前做出准确的响应，那么在交通安全事故中，高达65％的汽车追尾事故的发生率将会显著降低。因此，在经济迅猛增长和交通状况令人担忧的背景下，如何增强道路交通的安全性成为了一个我们不得不正视和解决的挑战。因此，高级辅助驾驶系统的出现变得尤其关键。
ADAS利用安装在汽车上的各种探测工具，如摄像头、激光雷达、毫米波雷达和卫星导航数据，能够在汽车行驶过程中实时监测路况和环境的变化。通过收集有用的数据，并运用各种算法对即将发生的行驶动作进行实时计算，ADAS能够及时发现潜在的安全风险，并以预设的提示方式迅速通知驾驶员，从而赢得他们对危险情况的快速响应。与此同时，ADAS的广泛应用和推广构成了我们未来实现全面自动化驾驶技术的基石，其性能将对未来汽车驾驶技术的进步起到至关重要的影响。在ADAS软件中，汽车雷达等尖端科技被广泛应用，以增强汽车在实际使用中的主动安全特性。超声波雷达的使用范围有其局限性，只能在0.1～3.0米的范围内进行探测，它主要安装在车载泊车系统上，不适合用于探测较长距离的场景；尽管激光雷达在探测范围和精确度上都超越了超声波雷达，但它仍然容易受到如雪、雨、雾等恶劣气候条件的干扰；与此相对照，采用毫米波雷达可以在某种程度上减少上述因素的干扰，并展现出更为出色的表现。因此，毫米波雷达已经崭露头角，成为当前车载雷达系统的主导技术。表1毫米波雷达与其他传感器的对比
在国内，车载毫米波雷达的研究启动相对较晚，但随着最近几年国内自动驾驶技术的飞速进步，微带相控阵天线也得到了快速的发展。然而，目前毫米波相控阵天线产生的波束主要是窄波束，这限制了毫米波相控阵天线的探测范围，从而使得汽车对周围环境的探测具有一定的局限性。因此，开发具有广泛角度扫描能力的毫米波相控阵天线显得尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，能够实现水平120度的扫描探测以及高增益。
一方面为实现上述目的，本发明提供了一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，包括：
将微带贴片天线作为阵元；
获取若干阵元，将若干所述阵元通过串联馈电方式连接为微带线阵；
采用切比雪夫综合法，对所述微带线阵进行优化，获取优化后的微带线阵；
通过串并联混合馈电结构，获取面阵馈电网络；
将所述面阵馈电网络和所述优化后的微带线阵进行组合，获取微带阵列天线面阵；
对所述微带阵列天线面阵进行微调和优化，完成对基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计。
可选的，将若干所述阵元通过串联馈电方式连接为所述微带线阵包括：通过一根微带线将若干所述阵元进行串联，获得所述微带线阵。
可选的，采用切比雪夫综合法，对所述微带线阵进行优化，获取优化后的微带线阵包括：
基于所述微带线阵中所述阵元的数量，通过线阵归一化阵元激励幅度比公式，获取所述微带线阵的激励电流幅度比；
基于所述微带线阵的激励电流幅度比，确定所述微带线阵中所述阵元的宽度；
基于确定阵元的宽度，通过设定不同扫描阈值进行扫描，对所述微带线阵进行优化，获取优化后的微带线阵。
可选的，确定所述微带线阵中每个阵元的宽度包括：
所述微带线阵为左右对称结构，选取所述微带线阵的一侧；
将所述微带贴片天线作为是所述微带线阵的正中心，根据所述激励电流幅度比，依次确定剩余阵元的宽度。
可选的，确定所述微带线阵中每个阵元的宽度还包括对所述阵元的长度、阵元间距和四分之一波长阻抗变换器宽度进行优化。
可选的，对所述微带阵列天线面阵进行微调包括：
通过切比雪夫综合法计算得到串并联混合馈电结构端口的激励电流幅度比，并将加载到所述串并联混合馈电结构输出端的波端口等效为所述微带线阵的输入阻抗；
通过所述激励电流幅度比和所述微带线阵的输入阻抗，对端口阻抗进行推算，获取推算阻抗；
通过调节阻抗变换器，将端口的阻抗调整为所述推算阻抗，实现对矩形微带阵列天线面阵的微调。
可选的，对所述微带阵列天线面阵微调后进行优化包括：
通过对相位进行迭代，获取相位最优解；
所述串并联混合馈电结构的输入端口加入四分之一波长阻抗变换器，对所述串并联混合馈电结构端口进行相位匹配。
可选的，所述微带贴片天线采用矩形贴片天线，所述微带贴片天线包括介质基板、辐射贴片和接地板。
可选的，获取所述矩形微带贴片天线包括：
确定所述介质基板的板材、厚度、损耗角正切和介电常数；
基于初始矩形微带贴片天线的谐振频率、所述介质基板的介电常数，对所述初始矩形微带贴片天线的尺寸进行计算，获取初始矩形微带贴片天线的尺寸；
对所述初始矩形微带贴片天线的尺寸进行优化，获取所述矩形微带贴片天线。
另一方面为实现上述目的，本发明还提供了一种汽车相控阵天线，利用所述方法设计获得的汽车相控阵天线。
本发明技术效果：本发明公开了一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，设计了天线的阵元，计算得到相控阵天线单元的长度和宽度，使用仿真软件不断优化确定最终天线尺寸的参数；将调整后的相控阵天线单元组成1元4的线阵，线阵采用串联馈电的方式，同时从整体方向上考虑对天线阵列的阻抗匹配进行调整，使天线阵列的性能达到最优；采用切比雪夫综合法对线阵水平扫描范围较窄的问题进行优化，使天线的水平扫描范围进一步达到最宽，从而提升了天线的整体性能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例串联馈电网络示意图，其中(a)是通过一根微带线直接将需要使用的天线阵元串联在一起，(b)是先将微带线连接在天线阵元的底部，接着再通过微带线连接成一个整体；
图2为本发明实施例线性结构图；
图3为本发明实施例线性微带天线的S11仿真结果；
图4为本发明实施例线性微带天线的E面和H面方向图仿真结果；
图5为本发明实施例微带天线的相控阵天线结构图，其中(a)是相控阵天线的俯视结构图，(b)是相控阵天线的侧视结构图；
图6为本发明实施例相控阵天线的S11仿真结果；
图7为本发明实施例相控阵天线的方向图仿真结果；
图8为本发明实施例相控阵天线-60°～0°波束偏移图；
图9为本发明实施例相控阵天线0°～60°波束偏移图；
图10为本发明实施例一维相控阵扫描示意图；
图11为本发明实施例一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法的流程示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、微带贴片天线结构；2、介质基板；3、接地板；4、波端口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图11所示，本实施例中提供一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，包括：
将微带贴片天线作为阵元；
获取若干阵元，将若干阵元通过串联馈电方式连接为微带线阵；
采用切比雪夫综合法，对微带线阵进行优化，获取优化后的微带线阵；
通过串并联混合馈电结构，获取面阵馈电网络；
将面阵馈电网络和优化后的微带线阵进行组合，获取微带阵列天线面阵；
对微带阵列天线面阵进行微调和优化，完成对基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计。
在设计阵元时，首先是介质基板的选取，介质基板的厚度以及介电常数是介质基板至关重要的参数，它们会直接影响到天线的带宽、尺寸以及微带的等效介电常数。介质基板介电常数增大会有助于整个辐射贴片尺寸的缩减，但是不能一味的追求数值的减小，这样会造成更大的损耗，导致最终设计的辐射贴片增益降低。
考虑到后期天线加工以及设计指标，选用Rogers3003板材作为介质基板。
Rogers3003凭借其高频损耗小的优势成为77GHz微带阵列天线常用的介质基板，有利于天线的小型化。最终确定介质基板的厚度h＝0.127mm，损耗角正切tanδ＝0.001，介电常数εr＝3.04。
本发明中选用矩形贴片作为阵元，矩形微带贴片的理论成熟，当得到天线的谐振频率f、介质板的介电常数εr以及真空中光速c后，将这些数据代入下式即可得到矩形微带贴片的宽度W，公式如下
矩形微带贴片的长度近似等于λe/2，λe表示波导波长，计算如下：
由于存在边沿缩短效应，在设计天线时，矩形微带贴片长度L为：
其中，L是等效辐射缝隙长度。将数值代入式中通过计算可以W＝1.37mm，L＝1.07mm，上述结果只是初步计算得到，为了使贴片达到更好的性能还需进行不断的优化，以此达到最佳的尺寸。
本发明设计的天线工作频率是76-78GHz，因此在设计的初步阶段，必须充分考虑到天线的成本和性能。77GHz微带贴片天线尺寸较小，对加工工艺要求较高，在设计时天线结构应尽可能简单化。车载毫米波雷达具有宽角度以及远距离探测的功能，此时仅有一个微带贴片天线是远远不够的。因此可以将单个的贴片天线组成阵列，这样既可以提高天线的增益，同时也能增加波束的探测范围。
下面是线阵的设计。线阵是将多个阵元组合到一起最终形成一个阵列的过程。将矩形微带贴片天线看成是一个阵元，多个阵元连接在一起即可形成线阵。串联馈电是常见的组阵形式，阵元通过微带线进行连接，各阵元与输入端之间的距离各不相同。串联馈电的优势在于结构简单且馈线较短，这样馈线对天线造成的损耗也更小，更有利于天线的小型化，可以使整个天线的传输效率更高。同时也存在一些缺点，例如串联馈电会造成各天线阵元相位差不断积累，导致天线的最大辐射方向产生偏移。
如图1所示是常见的两种串联馈电方式，图1(a)是通过一根微带线直接将需要使用的天线阵元串联在一起；图1(b)是先将微带线连接在天线阵元的底部，接着再通过微带线连接成一个整体。
当馈电方式选择图1(a)时，微带线宽度的选取至关重要，如果微带线过宽会影响线阵整体的性能。当选用图1(b)时，每个阵元都与单独的馈线进行连接，阻抗匹配时相对简单一点。本发明在设计线阵时采用的是图1(a)。
当馈电方式选好后，接下来是阵元个数的选取。在理想情况下，每当线阵中阵元个数翻一番时，整体线阵的增益也会随之增加3dB，但也不是数量越多越好，当阵元个数过多，会引起整个馈电网络的损耗随之增加。设计的天线主要运用场景是中短距离探测，因此对天线的增益要求不是很高，对阵元数量的要求不是越多越好。根据以往的设计实例来看，在保证不错的增益下，有效的增加线阵天线的探测角度，阵元的数量应小于6。所以本发明在设计线阵时采用的是4个阵元，以此达到设计目标。
在设计线阵时需要考虑天线的阻抗匹配问题，将串馈线阵看成一个整体，从整体的角度来进行线阵的阻抗匹配。矩形微带贴片阵元的宽度是影响天线阻抗匹配和工作频率的关键因素，在设计线阵时需要考虑到每个阵元的宽度以及微带传输线的宽度，这样才能实现更好的阻抗匹配。
1×4的线阵结构图如图2所示，从图2中可以看出阵元长和宽分别为Li和Wi，阵元之间的间距为di，微带线的宽度为b。
串馈阵列中，电磁波从一端出发传向另一端。在进行设计时，由于是谐振式馈电，所以要求保证阵元之间相位相同，严格防止相位偏差的出现。因为一旦有相位偏差出现，会造成偏差累计，最终导致天线性能恶化，这就不能够取得良好的天线模型。
在串馈的这种天线阵列当中，每个阵元的宽度正比于其等效导纳，而等效导纳又正比与阵元的输入功率，因此可以通过计算激励的功率幅度来得出阵元的宽度，进而实现天线阵列系统符合天线的原理。要设计一个不等阵元的阵列天线，首先可以通过切比雪夫综合法来对各阵元的激励幅度进行计算，如下是巴贝尔公式：
由于阵列天线是对称排布的，因此只需计算其中一半的设计参数。经过计算能够得到归一化阵元激励幅度比为I1：I2＝1：0.57。以阵列中心处为起点开始编号，两个阵元宽度分别为W1和W2，而不等阵元的宽度与激励幅度是成正比的，因此W1：W2＝1：0.57，由于在经过仿真之后对贴片宽度进行了优化，改进了宽度的数值，由此得到W1＝1.40mm，W2＝0.81mm。在阵列天线当中，可以将阵元宽度与阵元长度分别视为调节天线性能的粗调和细调参数，改变宽度会引起天线性能的大幅度变化，而改变长度则引起小幅度变化。因此在之后的设计当中，无需再更改贴片的宽度，只需要对阵元的长度进行微调，以达到优化天线结构的目的。
为保证这个线阵当中每一个阵元都在同一相位，取阵元间距为介质中波长的一半，即d0＝λe/2＝1.14mm。除此之外也要考虑天线的辐射效率，馈线的长度不能太宽，因此取馈线宽度为b＝0.14mm。经过HFSS仿真优化之后，线阵的各项尺寸如表1所示。线阵示意图如图2所示。
表1
| 参数 | 尺寸 | 参数 | 尺寸 |
| W1 | 1.40mm | W2 | 0.81mm |
| L1 | 1.06mm | L2 | 1.08mm |
| d1 | 1.14mm | d2 | 1.19mm |
| b | 0.14mm | h | 0.127mm |
在上述中，展示了一个1×4串馈线阵的设计过程，接下来需要将这个线阵按照一定的要求进行组阵，得到一个一维相控阵天线，即只在一个方向上进行扫描。这种天线在工程上一般会以法线为基准进行左右扫描。首先会以相控阵天线设计的重要条件为出发点，进而提出相控阵天线的完整设计过程。
在将1×4串馈线阵进行组阵之前，需要明确阵列单元之间的间距d。如图2所示，对于间隔距离相等，但是激励的功率辐射不均匀的阵列，要抑制栅瓣必须满足的条件是：
由图10再结合N元切比雪夫阵列零点位置的表达式：
将此表达式取n＝1即可得到x01＝cos[π/(2(N-1))]，将其改写成cos(u/2)＝x/x0之后可得：
u01＝2 arccos(x01/x0)
最后将上述三个式子相结合，可以得到一维相控阵在切比雪夫机理下不出现副瓣的最大阵列间距是：
求解最大阵列间距对于阵列天线来讲意义重大，这将决定天线副瓣是否出现或者出现之后的大小。对于本发明的相控阵天线来讲，需要控制副瓣的电平大小，尽可能地抑制栅瓣的出现。
通过上述可以知道，不出现栅瓣的最大阵列间距与扫描范围、阵列数量、以及副瓣电平都有关系。基于对天线增益的需求，将天线的阵列数量取为12。现在阵列数量确定，就需要平衡好副瓣电平和扫描角度之间的关系。当扫描角度一定时，副瓣电平越低，天线单元间距d就越小；而当副瓣电平一定时，扫描角度越大，天线单元间距就越小。
将式简化，如下式所示：
指标要求水平扫描角度是120度，因此扫描角度为±60度代入上式可以得到d<0.535λ0。为了扩大扫描角度可以将间距选取得稍小一些，但不能过小，否则会引起阵列间产生强烈的互耦，造成天线性能下降。因此在本文的设计当中
选取了二分之一波长，即d＝1.9mm作为阵列间距进行组阵，能够满足120度扫描，并且阵列之间的互耦很小。如图5所示就是77GHz相控阵天线示意图。
图5中每一个阵列单元都与一个移相器相连，各单元移相器之间的相位差为α。因此，可以通过改变移相器的α大小来控制相位，进而实现波束扫描。
直线阵的阵因子计算如下：
当u＝kd cosβm+α＝0时，阵因子就会出现最大值Sm及其对应的最大指向βm。
在设计模型当中，为使分析简便，取βm的余角θm进行计算，因此得到最大指向的表达式为：
涉及到的分析方法将在相控阵的模拟仿真部分进行应用，对分析相控阵天线有重要意义。
图3和图4是最终1×4串联线阵的仿真结果。从图3可以看出该天线的中心频率为77GHz，S11＝-16.7dB，且S11＜-10dB时带宽1.24GHz，满足一般串馈天线的S11参数值和带宽要求。从图4可以得到天线增益为13.1dB，俯仰面波束宽度为25.1°，水平面波束宽度为69.0°，且副瓣电平也较低为SLL＝-17.7dB。因此，该天线满足设计要求。
图6可以看出，相控阵天线的工作频率拟合得很好，几乎就在77GHz处于S11的最低点，S11＝-19.0dB，且当S11＜-10dB时，阻抗带宽为1.15GHz。从图7可以看出，该天线实现了高增益，达到了22.2dB，副瓣电平也在-20.6dB左右，满足低副瓣特性；水平方向H面波束宽度为8.4°，俯仰方向E面波束宽度为24.5°。因此，该相控阵天线满足设计要求，但由于H面的波束较窄，在实际应用当中对搭载的移相器要求较高，也会提高成本。
从前面的研究分析可以知道，改变阵列单元的相位就可以在水平方向上实现波束扫描，而通过改变移相器之间的相位差，即递变相位差α，即可改变扫描角度θm。在本发明的天线当中，可以利用上式来计算θm。相应的性能参数如表2所示。
表2
| 递进相位差 | 波束偏移角度 | 增益 | 第一副瓣电平 | 半功率波束宽度 |
| 0° | 0° | 22.2dB | -20.6dB | 8.4° |
| -10° | 31° | 22.1dB | -20.6dB | 8.5° |
| -20° | 61° | 22.0dB | -21.1dB | 8.8° |
| -30° | 90° | 21.6dB | -16.9dB | 9.7° |
| -40° | 116° | 20.8dB | -16.7dB | 10.9° |
| -50° | 138° | 19.4dB | -20.4dB | 12.9° |
| -60° | 156° | 17.5dB | -22.6dB | 16.6° |
| 10° | -31° | 22.1dB | -22.2dB | 8.5° |
| 20° | -61° | 22.0dB | -22.4dB | 8.9° |
| 30° | -90° | 21.5dB | -14.4dB | 9.7° |
| 40° | -116° | 20.7dB | -15.0dB | 11.0° |
| 50° | -138° | 19.4dB | -20.4dB | 12.9° |
| 60° | -156° | 17.5dB | -20.1dB | 16.7° |
图8和图9分别是相控阵天线-60°～0°的波束偏移图和0°～60°波束偏移图。天线的扫描结果基本上以0°为中心而对称。由此可见，在-60°～60°扫描范围内，相控阵天线都具有良好的增益，副瓣也较主瓣有较大的区分度。因此，可以认为该相控阵天线基本能够实现水平120°的波束扫描，满足汽车雷达的使用需求。
当在扫描角度为±60°时，天线的性能以及出现了衰退的迹象，如继续扩大扫描角度将不再有较好的性能，也就不能满足要求。因此，如果要求天线能够实现大于120°的扫描角度，那就需要继续优化天线的结构设计，进而提高天线的性能。
本发明设计了一款77GHz相控阵天线，以汽车雷达和天线的相关基本理论作为基础，以及利用HFSS软件进行了天线的设计，设计出一个切比雪夫1×4串馈线阵并利用这完全相同的12个线阵作为天线单元组成了一个以77GHz为工作频率的相控阵天线，经过模拟仿真之后在H面上具有高增益、低副瓣的特性，并且能够实现水平120度的波束扫描。为现有的汽车雷达天线的设计方案提供了补充。
本发明首先通过公式计算得到矩形微带天线阵元的尺寸，接着通过HFSS(全波三维电磁仿真软件)对天线阵元进行优化。优化完成后进行线阵的设计，组成线阵能够获得更高的增益，同时也能增加波束宽度，使天线的性能更好。当确定好线阵的阵元个数为4个后，可以采用泰勒综合法继续对线阵进行优化。为了获取更高的增益，将线阵看成是一个阵元，利用1×4的线阵进一步组阵即可形成面阵。整个天线设计完成后还需要进行微调和优化，使天线最终效果达到最佳。基于远程毫米波汽车雷达应用的76-78GHz工作频段。用于汽车雷达应用的毫米波微带串馈阵列天线的性能指标如表3所示。
表3
| 工作频率 | 76-78GHz |
| -10dB带宽 | >1GHz |
| 天线增益 | ≥22dB |
| 极化方式 | 垂直线极化 |
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，包括：
将微带贴片天线作为阵元；
获取若干阵元，将若干所述阵元通过串联馈电方式连接为微带线阵；
采用切比雪夫综合法，对所述微带线阵进行优化，获取优化后的微带线阵；
通过串并联混合馈电结构，获取面阵馈电网络；
将所述面阵馈电网络和所述优化后的微带线阵进行组合，获取微带阵列天线面阵；
对所述微带阵列天线面阵进行微调和优化，完成对基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计。
2.如权利要求1所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，将若干所述阵元通过串联馈电方式连接为所述微带线阵包括：通过一根微带线将若干所述阵元进行串联，获得所述微带线阵。
3.如权利要求1所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，采用切比雪夫综合法，对所述微带线阵进行优化，获取优化后的微带线阵包括：
基于所述微带线阵中所述阵元的数量，通过线阵归一化阵元激励幅度比公式，获取所述微带线阵的激励电流幅度比；
基于所述微带线阵的激励电流幅度比，确定所述微带线阵中所述阵元的宽度；
基于确定阵元的宽度，通过设定不同扫描阈值进行扫描，对所述微带线阵进行优化，获取优化后的微带线阵。
4.如权利要求3所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，确定所述微带线阵中每个阵元的宽度包括：
所述微带线阵为左右对称结构，选取所述微带线阵的一侧；
将所述微带贴片天线作为是所述微带线阵的正中心，根据所述激励电流幅度比，依次确定剩余阵元的宽度。
5.如权利要求4所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，确定所述微带线阵中每个阵元的宽度还包括对所述阵元的长度、阵元间距和四分之一波长阻抗变换器宽度进行优化。
6.如权利要求3所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，对所述微带阵列天线面阵进行微调包括：
通过切比雪夫综合法计算得到串并联混合馈电结构端口的激励电流幅度比，并将加载到所述串并联混合馈电结构输出端的波端口等效为所述微带线阵的输入阻抗；
通过所述激励电流幅度比和所述微带线阵的输入阻抗，对端口阻抗进行推算，获取推算阻抗；
通过调节阻抗变换器，将端口的阻抗调整为所述推算阻抗，实现对矩形微带阵列天线面阵的微调。
7.如权利要求6所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，对所述微带阵列天线面阵微调后进行优化包括：
通过对相位进行迭代，获取相位最优解；
所述串并联混合馈电结构的输入端口加入四分之一波长阻抗变换器，对所述串并联混合馈电结构端口进行相位匹配。
8.如权利要求1所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，所述微带贴片天线采用矩形贴片天线，所述微带贴片天线包括介质基板、辐射贴片和接地板。
9.如权利要求8所述的基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法，其特征在于，获取所述矩形微带贴片天线包括：
确定所述介质基板的板材、厚度、损耗角正切和介电常数；
基于初始矩形微带贴片天线的谐振频率、所述介质基板的介电常数，对所述初始矩形微带贴片天线的尺寸进行计算，获取初始矩形微带贴片天线的尺寸；
对所述初始矩形微带贴片天线的尺寸进行优化，获取所述矩形微带贴片天线。
10.一种汽车相控阵天线，其特征在于，利用所述权利要求1-9任一所述方法设计获得的汽车相控阵天线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311833689.1A CN117791129A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法 |
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| CN202311833689.1A CN117791129A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法 |
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| CN117791129A true CN117791129A (zh) | 2024-03-29 |
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| CN202311833689.1A Pending CN117791129A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种基于大角度扫描范围的汽车相控阵天线设计方法 |
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| CN106486786A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-03-08 | 东南大学 | 一种非均匀阵元间距的低副瓣电平串馈微带天线 |
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- 2023-12-28 CN CN202311833689.1A patent/CN117791129A/zh active Pending
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