CN206211022U - 一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，包括微带馈线、波导微带过渡、介质板、金属地板、波导和1*n个辐射贴片阵元，其中，36≤n≤72，所述辐射贴片阵元、微带馈线和波导微带过渡贴附在介质板的上表面，金属地板贴附在介质板的下表面，波导与微带馈线通过波导微带过渡连接；本实用新型能够解决毫米波微带天线馈电损耗大、效率较低、副瓣较大以及和其他同频段雷达的干扰问题。

Description

一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线

技术领域

本实用新型属于微带天线技术领域，具体涉及一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，可适用于多种类型的雷达天线，特别适用于汽车雷达系统低剖面低成本的应用场景。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，我国机动车辆的保有量日益增加。然而，关于交通事故的报道也屡见不鲜，尤其是在恶劣的天气情况下。毫米波工作频率高、波长短，并且对天气情况不敏感，可以在极端恶劣的天气情况下工作。

天线是通信、雷达等系统中的重要器件。毫米波微带阵列天线因其具有低剖面、低成本、体积小和易加工等特点，在汽车雷达系统中得到了广泛的应用。为了在远距离的情况下找到目标，汽车雷达系统天线要求具有高效率、高增益的性能。但是，随着频率的增高，微带线的损耗也随之增大，因此天线的效率降低。为了提高天线的辐射效率，一方面可以降低天线介质基板的相对介电常数；另一方面可以简化馈电网络。

采用串联馈电的方式可以减小馈电损耗，但是往往也会导致天线副瓣电平升高，一般行波阵列天线的副瓣电平为-10dB左右。为了降低天线波束的副瓣电平，可以采用幅度加权的方法，主要方法有：1、二项式加权法；2、切比雪夫加权法；3、泰勒分布加权法等等。

改变天线各单元辐射大小的主要方式有：1、改变天线各阵元激励电流的大小；2、改变天线本身的尺寸大小。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，能够解决毫米波微带天线馈电损耗大、效率较低、副瓣较大以及和其他同频段雷达的干扰问题。

实现本实用新型的技术方案如下：

一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，包括微带馈线、波导微带过渡、介质板、金属地板、波导和1*n个辐射贴片阵元，其中，36≤n≤72，所述辐射贴片阵元、微带馈线和波导微带过渡贴附在介质板的上表面，金属地板贴附在介质板的下表面，波导与微带馈线通过波导微带过渡连接；

所述微带馈线分别与每一个辐射贴片阵元的一个角直接连接；每一个辐射贴片阵元长度方向的对称线与微带馈线所成夹角为45°；

辐射贴片阵元相错分布在微带馈线的左右两侧，相邻相错分布的两个辐射贴片阵元的间距为半个波导波长，辐射贴片阵元的贴片长度均为半个工作波长，位于微带馈线两端的辐射贴片阵元的贴片宽度小，位于微带馈线中间的辐射贴片阵元的贴片宽度大，从小到大的宽度尺寸分布符合泰勒分布加权。

进一步地，所述微带阵列天线还包括背板，背板为金属材质，背板的长度和宽度尺寸与介质板一致，背板固定在金属地板下方。

进一步地，所述介质板为绝缘介质板。

有益效果：

(1)本实用新型采用串联馈电的方式，使用一根微带馈线分别与每一个辐射贴片阵元的一个角直接相连接的方式馈电，省去了功分器和阻抗变换器等复杂的馈电网络，从而减小了馈线的损耗，提高了天线效率。

(2)本实用新型方案中辐射贴片阵元倾斜45°，相错分布在微带馈线的两侧，实现了45°极化，能够减小外界同频段天线的耦合干扰。

(3)本实用新型方案中辐射贴片阵元的贴片宽度符合泰勒分布加权，使得微带阵列天线能够获得更低的副瓣电平。

(4)本实用新型方案中的背板能够固定微带阵列天线，使微带阵列天线的结构更加坚固稳定。

附图说明

图1为本实用新型单阵列天线侧面示意图。

图2为本实用新型单阵列天线正面示意图。

图3为本实用新型波导微带过渡结构示意图。

图4为本实用新型两阵列微带阵列天线示意图。

图5为本实用新型微带阵列天线驻波仿真结果。

图6(a)为本实用新型微带阵列天线77GHz水平面归一化方向图仿真结果。

图6(b)为本实用新型微带阵列天线77GHz俯仰面归一化方向图仿真结果。

其中，1-辐射贴片阵元，2-介质板，3-金属地板，4-背板，5-波导微带过渡，6-微带馈线，7-匹配贴片，8-波导，9-金属化过孔，10-功分器。

图7为天线干扰示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种工作在77GHz频段的毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，包括微带馈线6、波导微带过渡5、介质板2、金属地板3、波导8和1*n个辐射贴片阵元1，其中，36≤n≤72，所述辐射贴片阵元1、微带馈线6和波导微带过渡5贴附在介质板2的上表面，金属地板3贴附在介质板2的下表面，波导8与微带馈线6通过波导微带过渡5连接；辐射贴片阵元1、微带馈线6和金属地板3都为铜片，介质板2为绝缘介质板。所述微带阵列天线还包括背板4，背板4为金属材质，背板4的长度和宽度尺寸与介质板2一致，背板4固定在金属地板3下方。

图1和图2为微带阵列天线结构示意图，图3为波导微带过渡结构示意图，

所述天线采用一根微带馈线6串联馈电，微带馈线6的线宽为0.25mm，微带馈线6的一端为WR12标准波导8馈电。所述微带馈线6分别与每一个辐射贴片阵元1的一个角直接相连接；每一个辐射贴片阵元1长度方向的对称线与微带馈线6所成夹角为45°。

辐射贴片阵元1相错分布在微带馈线6的左右两侧，相邻相错分布的两个辐射贴片阵元1的间距为半个波导波长，因此各阵元的辐射场同相叠加，波束指向与天线阵面法线相同。辐射贴片阵元1的贴片长度均为半个工作波长，位于微带馈线6两端的辐射贴片阵元1的贴片宽度小，位于微带馈线6中间的辐射贴片阵元1的贴片宽度大，从小到大的宽度尺寸分布符合泰勒分布加权。天线的一端采用WR12标准波导微带线过渡馈电，属于行波阵列天线。

由于泰勒分布阵列天线辐射方向图的副瓣电平只有在靠近主波束的某区域内接近相等，并且相对于其他加权函数，采用泰勒加权可以在相同的副瓣电平要求下，实现相对更窄的波束宽度、更高的增益和更高的效率，因此本实用新型采用泰勒分布加权法。本实用新型采用-20dB的泰勒分布幅度加权，天线阵列从左到右各阵元的幅度归一化比值如表1所示。天线阵元幅度大小采用泰勒加权法，通过控制天线阵元矩形贴片的宽度来实现。

表1辐射贴片阵元1幅度比

本实用新型作为汽车雷达天线中的子阵，可以单独工作，也可以组阵工作，例如，二元阵列，它相比单子阵，可以获得更高的增益，能够应用在要求更高增益的场合下。参考布局和组成，如图4所示。

由图4可以看出，二元阵列由单根子阵、一分二功分器10和波导微带转换器组成。二元阵的估算结果如下：

二元阵列	增益(dB)	波束宽度(°)	副瓣电平(dB)
				水平面	21.78	34	-14.97
俯仰面	21.78	5.1	-16.94

以单根子阵天线为例，下面结合附图对本实用新型的具体实施方案进行清楚、完整的描述，但是本实用新型不仅限于所描述的实施例。

图7是两天线的干扰示意图，天线A和天线B的放置方式如图7所示，天线各自为45°极化，相对方向极化垂直，可以避免相互干扰。

本实例中的高效率毫米波汽车雷达系统微带阵列天线由天线辐射阵列和波导微带过渡5两部分组成，其结构参数的单位都为mm。本实用新型介质板2的相对介电常数ε_γ＝3，介质板2厚度为0.127mm的Rogers3003。天线贴片和金属地板3的金属膜厚度为0.05mm。介质板2大小为10mm*53.5mm，微带馈线6的宽度为0.25mm，微带天线单元间距d＝1.22mm，微带天线阵元的长度为L，阵元宽度为W，其中L约为二分之波长，微带天线的宽度W尺寸不相同，符合泰勒分布加权，其大小在0.09mm～0.25mm之间。微带天线阵元贴片倾斜45°，其一个角直接与微带馈线6相连。图3为天线波导微带过渡5部分，本实用新型采用WR12标准波导。

仿真测试结果如下：

图5为高效率毫米波汽车雷达系统微带阵列天线S11的仿真结果，由图可知，在75.6GHz～79.1GHz的频带范围内，S11≤-10dB，输入阻抗的带宽为3.5GHz。图6(a)和图6(b)给出了天线在77GHz处的水平面和方位面的归一化方向图，可以看出，水平面波束宽度为68°，副瓣电平为-25dB；俯仰面波束宽度为5.2°，副瓣电平为-16.95dB。天线增益为19.02dB，天线仿真效率为88.46﹪。

从上述仿真结果可以看出：俯仰面副瓣电平的仿真结果为-16.95dB和泰勒分布幅度加权的理论值-20dB有一些差距，主要原因是一方面微带馈线传输损耗的影响；另一方面天线阵元贴片宽度W虽然是按公式计算的，但是天线阵元之间存在相互耦合，也会对天线方向图有影响。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，其特征在于，包括微带馈线、波导微带过渡、介质板、金属地板、波导和1*n个辐射贴片阵元，其中，36≤n≤72，所述辐射贴片阵元、微带馈线和波导微带过渡贴附在介质板的上表面，金属地板贴附在介质板的下表面，波导与微带馈线通过波导微带过渡连接；

所述微带馈线分别与每一个辐射贴片阵元的一个角直接连接；每一个辐射贴片阵元长度方向的对称线与微带馈线所成夹角为45°；

辐射贴片阵元相错分布在微带馈线的左右两侧，相邻相错分布的两个辐射贴片阵元的间距为半个波导波长，辐射贴片阵元的贴片长度均为半个工作波长，位于微带馈线两端的辐射贴片阵元的贴片宽度小，位于微带馈线中间的辐射贴片阵元的贴片宽度大，从小到大的宽度尺寸分布符合泰勒分布加权。

2.如权利要求1所述的一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，其特征在于，所述微带阵列天线还包括背板，背板为金属材质，背板的长度和宽度尺寸与介质板一致，背板固定在金属地板下方。

3.如权利要求1所述的一种毫米波汽车雷达系统微带阵列天线，其特征在于，所述介质板为绝缘介质板。