CN212323215U - 一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，包括介质基板，介质基板上设置有微带天线，绕微带天线设置有高阻抗结构；高阻抗结构为由相同的正六边形金属贴片依次间隙排成具有若干行列的蜂巢结构；在正六边形金属贴片的中心设置有金属圆柱，金属圆柱贯通介质基板和接地板；正六边形金属贴片的边长为0.2896mm～0.3404mm，任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距为0.5746mm～0.6254mm；任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距均相等。本申请通过绕微带天线设置一定参数范围内的高阻抗结构，能够达到抑制微带天线工作频段76GHz‑77GHz频率范围内表面波传播的效果，相比现有技术提高了高阻抗结构消除表面波的效果。

Description

一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统

技术领域

本实用新型涉及微波射频领域，尤其涉及一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统。

背景技术

雷达天线具有收发电磁波的功能，雷达要求天线有较高的增益、较低的副瓣、较平滑的方向图。但是现有技术天线多数都是开放式结构，这种结构可引导表面波的传播，表面波的存在会导致空间辐射波效率降低；同时表面波在介质层截断处会产生辐射，与天线辐射波干涉叠加，从而引起天线方向图形状的波动，增大天线的副瓣电平及后瓣，使天线方向图变差。

现有技术中经常使用高阻抗表面阻止微带贴片天线高次模的激励，禁止特定频带内的电磁波传播的特性，用来消除或减弱平面电路中的表面波。如一件授权公告号为CN102044753B的中国实用新型专利公开了″带十字型高阻抗表面金属条接地的天线及其无线天线装置″，其中将十字型高阻抗表面金属条尽可能平铺在金属电路板的上表面，特别在天线辐射单元覆盖的下方区域，构建了一个高阻抗表面，对某一频段的表面波具有高阻抗特性。

但是该专利中十字型结构排列不够紧密，一定表面积上可设置的高阻抗结构数量有限，导致对表面波的达不到良好的抑制效果。此外，目前在天线工作76GHz-77GHz频率范围内，由于天线尺寸小，摆放比较紧凑，相互之间耦合导致的表面波影响更为严重，但是目前现有技术中尚未有在76GHz-77GHz频率范围的可以消除表面波的高阻抗结构。

实用新型内容

本申请通过提供一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，用于解决现有技术中没有在76GHz-77GHz频率范围可以消除表面波的高阻抗结构的问题，同时也用于解决现有技术中十字型高阻抗表面消除表面波效果不够好的问题。

本申请提供了一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，包括介质基板，所述介质基板上设置有微带天线，所述介质基板远离微带天线的一面设置有一接地板；定义相隔最远的两个所述微带天线分别为第一微带天线和第二微带天线，所述第一微带天线远离第二微带天线的一侧和第二微带天线远离第一微带天线的一侧均沿微带天线延伸方向设置有高阻抗结构，微带天线远离芯片的一端也连续的设置有高阻抗结构，所述芯片设置于所述雷达的射频电路板上；所述高阻抗结构为由相同的正六边形金属贴片依次间隙排成具有若干行和若干列的蜂巢结构；所述正六边形金属贴片的中心设置有金属圆柱，所述金属圆柱贯通介质基板和接地板；所述正六边形金属贴片的边长为 0.2896mm～0.3404mm，任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距为 0.5746mm～0.6254mm；所述任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距均相等。

本申请通过在微带天线延伸方向的两侧和微带天线远离芯片的一端连续设置由正六边形金属贴片规律构成的蜂巢状高阻抗结构，并优化出高阻抗结构正六边形金属贴片边长及正六边形金属贴片排列布局的参数，使微带天线的工作频段76GHz-77GHz频率范围在高阻抗结构的阻带内。利用高阻抗结构可以阻止微带天线高次模的奖励，禁止特定频带内的电磁波传播的特性，因此本申请中结构可以达到抑制微带天线工作频段76GHz-77GHz频率范围内表面波传播的效果，使微带天线的性能不再恶化，保证了各个微带天线性能的一致性。

进一步的，当介质基板面积足够时，在相邻的两个微带天线之间也设置有高阻抗结构。高阻抗结构可以对每一条微带天线的表面波进行有效抑制，起到了阻隔相邻天线间发生耦合的情况，达到进一步提高天线增益的作用。

进一步的，当正六边形金属贴片的边长为0.315mm，所述任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距为0.6mm时，本申请中高阻抗结构对表面波的抑制效果最好。

进一步的，为达到更好的阻抗效果，本申请中设置于微带天线两侧的高阻抗结构沿微带天线延伸方向设置不少于三行；设置于微带天线远离芯片一端的高阻抗结构沿垂直微带天线延伸方向设置不少于三行。阻抗效果与正六边形金属贴片排成的行数成正比，行数越多阻抗效果越好，但是综合考虑介质基板的面积大小和阻抗效果，高阻抗结构正六边形金属贴片依次排列至少不少于3行。

进一步的，在第一微带天线远离第二微带天线的一侧和高阻抗结构之间设置有寄生天线，第二微带天线远离第一微带天线的一侧和高阻抗结构之间设置有寄生天线。寄生天线放在微带天线两边，是为了保证位于阵列边缘的辐射天线能够与位于阵列中间的辐射天线所处的电磁环境相同。

优选的，当微带天线数量较少或者不受介质基板面积限制，本申请中每个微带天线的两侧均设置有寄生天线，能够更好的用于解决微带天线方向图因左右天线布阵不对称导致的方向图不对称的问题。

进一步的，本申请中介质基板上设置有贯穿所述介质基板的金属过孔，寄生天线的输入端通过金属过孔与接地板相连接。

有益效果

本申请中提供了一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，所以有效解决了目前现有技术中没有在76GHz-77GHz频率范围可以消除表面波的高阻抗结构的问题，也解决了现有技术中十字型高阻抗表面消除表面波效果不够好的问题。进而达到了如下技术效果：

1、本申请中通过在微带天线延伸方向的两侧和微带天线远离芯片的一端连续设置由正六边形金属贴片规律构成的蜂巢状高阻抗结构，并优化出高阻抗结构的参数，达到了抑制微带天线工作频段76GHz-77GHz频率范围内表面波传播的效果，使微带天线的性能不再恶化，保证了各个微带天线性能的一致性。

2、本申请中创造性的设计了由正六边形金属贴片规律构成的蜂巢状高阻抗结构，达到了在单位面积上可以设置更多的高阻抗结构单元，提高了对表面波的抑制或消除效果。

3、本申请通过在微带天线旁设置寄生天线，起到了保障两边天线的方向图和中间天线的方向图相一致的有益效果。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1为本申请中天线系统主视示意图；

图2为本申请中天线系统俯视示意图；

图3为本申请中天线系统的高阻抗仿真图；

图4为本申请中天线系统与未设置高阻抗结构的天线系统的天线方位面方向图仿真对比图；

图5为本申请中天线系统与未设置高阻抗结构的天线系统的天线俯仰面方向图仿真对比图。

1、介质基板；2、微带天线；3、正六边形金属贴片；4、金属圆柱；5、接地板；6、寄生天线。

具体实施方式

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

为解决目前现有技术中没有在76GHz-77GHz频率范围可以消除表面波的高阻抗结构的问题，同时也为了解决现有技术中十字型高阻抗表面消除表面波效果不够好的问题。本申请通过在微带天线2延伸方向的两侧和微带天线2远离芯片的一端连续设置由正六边形金属贴片3规律构成的蜂巢状高阻抗结构，并优化出高阻抗结构正六边形金属贴片3边长及正六边形金属贴片3排列布局的参数，使微带天线2的工作频段76GHz-77GHz频率范围在高阻抗结构的阻带内，达到了在微带天线2工作频段76GHz-77GHz频率范围内良好抑制表面波传播的效果。

如图1和图2所示，具体实施时，本申请提供了一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，包括介质基板1，所述介质基板1上设置有微带天线 2，所述介质基板1远离微带天线2的一面设置有一接地板5；定义相隔最远的两个所述微带天线2分别为第一微带天线和第二微带天线，所述第一微带天线远离第二微带天线的一侧和第二微带天线远离第一微带天线的一侧均沿微带天线2延伸方向设置有高阻抗结构，微带天线2远离芯片的一端也连续的设置有高阻抗结构，所述芯片设置于所述雷达的射频电路板上；所述高阻抗结构为由相同的正六边形金属贴片3依次间隙排成具有若干行和若干列的蜂巢结构；所述正六边形金属贴片3的中心设置有金属圆柱4，所述金属圆柱4贯通介质基板1和接地板5；所述正六边形金属贴片3的边长为0.2896mm～0.3404mm，所述任意两个相邻正六边形金属贴片3的中心间距为0.5746mm～ 0.6254mm；所述任意两个相邻正六边形金属贴片3的中心间距均相等。

本申请通过在微带天线2延伸方向的两侧和微带天线2远离芯片的一端连续设置由正六边形金属贴片3规律构成的蜂巢状高阻抗结构，并优化出高阻抗结构正六边形金属贴片3边长及正六边形金属贴片3排列布局的参数，使微带天线2的工作频段76GHz-77GHz频率范围在高阻抗结构的阻带内。利用高阻抗结构可以阻止微带天线2高次模的奖励，禁止特定频带内的电磁波传播的特性，因此本申请中结构可以达到抑制微带天线2工作频段76GHz-77GHz频率范围内表面波传播的效果，使微带天线2的性能不再恶化，保证了各个微带天线2性能的一致性。

具体实施时，当介质基板1面积足够时，在相邻的两个微带天线2之间也设置有高阻抗结构。高阻抗结构可以对每一条微带天线2的表面波进行有效抑制，起到了阻隔相邻天线间发生耦合的情况，达到进一步提高天线增益的作用。

具体实施时，当正六边形金属贴片3的边长为0.315mm，任意相邻正六边形金属贴片3的中心间距为0.6mm时，本申请中高阻抗结构对表面波的抑制效果最好。

具体实施时，为达到更好的阻抗效果，本申请中设置于微带天线2两侧的高阻抗结构沿微带天线2延伸方向设置不少于三行；设置于微带天线2远离芯片一端的高阻抗结构沿垂直微带天线2延伸方向设置不少于三行。阻抗效果与正六边形金属贴片3排成的行数成正比，行数越多阻抗效果越好，但是综合考虑介质基板1的面积大小和阻抗效果，高阻抗结构正六边形金属贴片3依次排列至少不少于3行。

具体实施时，在第一微带天线远离第二微带天线的一侧和高阻抗结构之间设置有寄生天线6，第二微带天线远离第一微带天线的一侧和高阻抗结构之间设置有寄生天线6。寄生天线6放在微带天线2两边，用于解决微带天线2方向图因左右天线布阵不对称导致的方向图不对称的问题，保证两边微带天线2 的方向图和中间微带天线2的方向图一致。

具体实施时，当微带天线2数量较少或者不受介质基板1面积限制，本申请中每个微带天线2的两侧均设置有寄生天线6，能够更好的用于解决微带天线2方向图因左右天线布阵不对称导致的方向图不对称的问题。

具体实施时，本申请中介质基板1上设置有贯穿所述介质基板1的金属过孔，寄生天线6的输入端通过金属过孔与接地板5相连接。

通过测试得知，当本申请中高阻抗结构中的正六边形金属贴片3的边长为0.315mm，所述任意两个相邻正六边形金属贴片3的中心间距为0.6mm时，本申请中高阻抗天线系统的高阻抗效果如图3、4、5所示。

图3为高阻抗表面在75-78GHz频段内的S参数，正常波能够传播时回波损耗的S参数值要求小于-15dB，插入损耗的S参数很大，而阻带特性是插入损耗的S参数值很小，回波损耗的S参数值很大，这样波就不能传播了，由此可以看出天线的工作频段76-77GHz频率范围在高阻抗表面的阻带内，从而抑制该频段内表面波的传播。

图4为天线加高阻抗表面与未加高阻抗表面时方位面方向图的仿真对比，其中实线为加入高阻抗表面的仿真图，虚线为未加高阻抗表面的仿真图，可以看出：在微带天线2周围加入高阻抗表面后天线增益提高了0.5dB，后瓣电平减小比较明显。

图5为天线加高阻抗表面与未加高阻抗表面时俯仰面方向图的仿真对比，其中实线为加入高阻抗表面的仿真图，虚线为未加高阻抗表面的仿真图，可以看出：在微带天线2周围加入高阻抗表面后天线增益提高了0.5dB，后瓣电平减小比较明显。

申请人也有进行天线加高阻抗表面与未加高阻抗表面时方向图仿真对比结果是：在微带天线2周围加入高阻抗表面后天线方向图波动明显减少(这里省略附图)。

显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的″第一″、″第二″以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的″一个″″一″或者″该″等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

Claims (8)

1.一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：

包括介质基板，所述介质基板上设置有微带天线，所述介质基板远离微带天线的一面设置有一接地板；定义相隔最远的两个所述微带天线分别为第一微带天线和第二微带天线，所述第一微带天线远离第二微带天线的一侧和第二微带天线远离第一微带天线的一侧均沿微带天线延伸方向设置有高阻抗结构，微带天线远离芯片的一端也连续的设置有高阻抗结构，所述芯片设置于所述雷达的射频电路板上；

所述高阻抗结构为由相同的正六边形金属贴片依次间隙排成具有若干行和若干列的蜂巢结构；所述正六边形金属贴片的中心设置有金属圆柱，所述金属圆柱贯通介质基板和接地板；

所述正六边形金属贴片的边长为0.2896mm～0.3404mm，任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距为0.5746mm～0.6254mm；所述任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距均相等。

2.如权利要求1所述的一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：相邻的两个所述微带天线之间也设置有高阻抗结构。

3.如权利要求1所述的一种能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：所述正六边形金属贴片的边长为0.315mm，所述任意两个相邻正六边形金属贴片的中心间距为0.6mm。

4.如权利要求3所述的能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：设置于微带天线两侧的高阻抗结构沿微带天线延伸方向设置不少于三行；设置于微带天线远离芯片一端的高阻抗结构沿垂直微带天线延伸方向设置不少于三行。

5.如权利要求4所述的能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：所述第一微带天线远离第二微带天线的一侧和高阻抗结构之间设置有寄生天线，所述第二微带天线远离第一微带天线的一侧和高阻抗结构之间设置有寄生天线。

6.如权利要求4所述的能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：所述微带天线的两侧均设置有寄生天线。

7.如权利要求5所述的能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：所述介质基板上设置有贯穿所述介质基板的金属过孔，所述寄生天线的输入端通过金属过孔与接地板相连接。

8.如权利要求6所述的能够抑制雷达天线表面波的高阻抗天线系统，其特征在于：所述介质基板上设置有贯穿所述介质基板的金属过孔，所述寄生天线的输入端通过金属过孔与接地板相连接。

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