CN213905596U - 一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及天线领域，具体涉及一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，包括地线单元、介质基板以及设置在介质基板上表面的微带阵列天线，微带阵列天线包括多个微带阵列天线单元，微带阵列天线单元之间并列设置，微带阵列天线单元包括若干个依次连接的微带结构。本实用新型的微带阵列天线采用圆形微带结构通过微带线连接，展宽了天线的带宽，使得天线覆盖的工作频率从77GHz到高频段的82GHz；采用平面天线结构，实现了基于77GHz毫米波频段汽车雷达应用的终端天线，利于在实际环境中与雷达电路结构在PCB上共形；具有易于集成、带宽宽、增益性能优等优点。

Description

一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，具体涉及一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线。

背景技术

毫米波雷达在交通领域应用较为广泛，在车载毫米波雷达应用中，77GHz毫米波雷达在探测精度和探测距离上更具优势，是车载毫米波雷达的发展趋势。天线作为雷达系统重要的组成部分，其性能好坏往往决定了整个雷达系统的成败。常用的天线形式有微带、波导缝隙、透镜三种。77GHz车载雷达对应的频率极高，波长相对较短，其电磁波产生的电磁辐射、电磁线路加工工艺以及精度都有一个很高的水平，对天线的要求也更为严格。毫米波车载雷达天线系统技术要求：高增益，高辐射效率，窄的波束宽度，以及毫米波段的工作带宽频段，小尺寸，低剖面，低成本等等。目前的77GHz汽车雷达天线体积较大、不易集成，而且带宽窄，带宽一般仅有2％左右；不覆盖在毫米波汽车雷达方面更具优势的77GHz频点。

发明内容

本实用新型提供了一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，克服了上述现有技术的不足，其通过在介质基板上表面设置微带阵列天线，设置的微带阵列天线包括多个微带阵列天线单元，微带阵列天线单元包括若干个具有圆形辐射单元和微带线条带的微带结构，形成的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线具有易于集成、带宽宽、增益性能优等优点。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，包括地线单元和介质基板，还包括设置在介质基板上表面的微带阵列天线，微带阵列天线包括多个微带阵列天线单元，微带阵列天线单元之间并列设置，微带阵列天线单元包括若干个依次连接的微带结构。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的一种改进，上述微带结构包括圆形辐射单元和微带线条带，相邻的圆形辐射单元连接在微带线条带的两端。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的一种改进，上述每个微带阵列天线单元相邻的圆形辐射单元之间等距离设置。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的一种改进，上述地线单元为与介质基板下表面相配合(这种配合可以是尺寸上的配合，即可以金属层结构覆盖在介质基板的下表面。)的金属层结构，设置在介质基板的下表面。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的一种改进，上述介质基板为PCB基板，PCB基板的介电常数为2.0～5.0。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的中心棒的一种改进，上述PCB基板的厚度范围为0.05～2.0mm。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的一种改进，上述圆形辐射单元半径范围为2.0～10mm。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的一种改进，上述微带线条带的宽度范围为0.1～2.0mm。

本实用新型公开的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的一种改进，上述微带阵列天线单元等间距设置。

相比现有技术，本实用新型的有益效果是：通过在介质基板上设置微带阵列天线，天线具有平面属性，易于集成；设置的微带阵列天线包括多个微带阵列天线单元，天线阵列采用圆形结构，带宽宽，并且具有低剖面、重量轻、制造成本低和馈线长度短、损耗小等优点；设置的微带阵列天线单元包括若干个具有圆形辐射单元和微带线条带的微带结构，形成的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线工作频率在72～85GHz，在77GHz处增益性能达到最优，适应目前毫米波汽车雷达天线的应用需求；被广泛地应用于毫米波无线通信系统和雷达系统中，是现阶段77GHz车载毫米波雷达应用较为广泛的一种天线。

天线具有平面的结构，易于在具体应用中与雷达电路结构的PCB板实现共形；天线采用圆形微带结构并通过微带线连接，展宽了天线的带宽，使得天线覆盖的工作频率从77GHz到高频段的82GHz，实现了基于77GHz毫米波频段汽车雷达应用的终端天线。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的微带阵列天线单元结构示意图(正面)。

图2是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的微带阵列天线单元结构示意图(背面)

图3是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的微带阵列天线单元结构示意图(侧面)

图4是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的微带天线阵列结构示意图

图5是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的回波损耗曲线

图6是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的电压驻波比性能曲线

图7是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线在频点72.5GHz的三维方向图

图8是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线在频点74.5GHz的三维方向图

图9是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线在频点77GHz的三维方向图

图10是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线在频点79GHz的三维方向图

图11是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线在频点82GHz的三维方向图

图12是本实用新型实施列所公开的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线的增益性能曲线

附图中的编码分别为：01为介质基板；02为微带阵列天线；03为微带阵列天线单元；04为微带结构；05为圆形辐射单元；06为微带线条带；07为地线单元。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本实用新型所述的一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，天线具有平面的结构，易于在具体应用中与雷达电路结构的PCB板实现共形；天线的一个微带阵列天线单元可以采用的是四个圆形微带结构并通过微带线连接形成，圆形结构具有渐变传输线特性从而展宽了天线的带宽，可覆盖77GHz毫米波频段，适用于汽车毫米波雷达。

如附图1、2、3、4所示，本实用新型提供一种技术方案：一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，包括介质基板01、微带阵列天线02和地线单元07。通常介质基板01为PCB基板，通常为一种具有正反两面的绝缘板结构，在这里具有一定的介电常数(2.0～8.0)和厚度(0.05～2.0mm)，并且具有平面属性。为降低介质板01对耦合结构分布的影响，一般采用较低介电常数(2.0～5.0)的介质基板，并在保证硬度合适情况下选用较薄(0.05～2.0mm)的厚度。本实用新型的实例中采用柔性PET介质基板，其介电常数为3.38，厚度为0.1mm。

微带阵列天线设置在介质基板的上表面，本实用新型PCB介质基板尺寸为75mm长，12mm宽；微带阵列天线02铺设在介质基板01的正面。

微带阵列天线02包括多个微带阵列天线单元03，多个微带阵列天线单元03在PCB基板上并列设置，在图4中展示了6个微带阵列天线单元03并列设置的情形；微带阵列天线单元03包括若干个依次连接的微带结构04；微带结构04包括一个圆形辐射单元05和一个微带线条带06，其具有相同的对称轴线；在同一微带阵列天线单元03上相邻的两个圆形辐射单元05连接在微带线条带06的两端；同一微带阵列天线单元03上相邻的圆形辐射单元05之间等距离设置，即连接圆形辐射单元05的微带线条带06的长度相同。在图1和图4展示了微带阵列天线单元03由四个圆形辐射单元05和四个微带线条带06彼此相间设置的情形。

为使天线工作在设计频段，并且解决辐射结构在77GHz毫米波段尺寸过小不易于加工的问题，要求圆形辐射单元05半径选取在2.0～10mm之间，从而使得天线的辐射为高次模辐射；为使天线达到最佳的50欧姆阻抗匹配，微带线条带06的宽度选择范围在0.1mm～2.0mm。本实用新型实施例中，圆形辐射单元05的半径选择为5mm；微带线条带06的宽度选择在0.38mm，以达到最佳的阻抗匹配。为了更好的使得天线在77GHz完成信号的收发，4个微带结构04构成一路微带阵列天线单元03，圆形辐射单元05的间距优化在17.7毫米的距离。

本实用新型天线的介质基板的背面铺设有地线单元07，该地线单元覆盖整个介质基板的背面。

如附图5～12所示，本实用新型实施例的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线在实际使用时，天线的能量从正面的微带阵列天线和背面的地线单元07之间馈入。具体的馈电方式可采用直接芯片引脚馈电或者通过1.0mm连接器直接进行馈电，该馈电结构不仅制作简单，且与雷达系统的其余电路结构直接兼容。最后六路阵列天线构成77GHz雷达的两发四收的阵列拓扑结构，此结构将直接用于连接雷达电路板。

本实用新型的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线进行了72～85GHz的微波全波仿真。图5展示的为天线的回波损耗曲线。从图中可以看出本实用新型所展示的实施例在72GHz到85GHz频段，天线的S11性能都在-5dB以下，完全满足天线正常工作所需要的指标需求。

本实用新型实施例的电压驻波比性能如图6所示。天线在72～85GHz频段中的电压驻波比都完全处在2.5以下，完全符合天线正常工作所需要的电压驻波比的要求。

为了体现本实用新型在各个毫米波频点的辐射方向性，图7～11给出了本实用新型实施例在各频点的三维方向图。如图9所示，在77GHz频点处，实施例天线的增益达到5.4dBi。图7、图8、图10、图11则分别展示了实施例天线在频点72.5GHz、74.5GHz、79GHz和82GHz的三维方向图。天线增益性能在77GHz处达到峰值。

本实用新型实施例的增益性能曲线展示在图12中。天线的增益在77GHz处达到峰值5.4dBi。因此本实用新型在77GHz频点展示出了较高的天线增益性能，远远高于一般终端天线的0～2dBi的天线增益性能指标。

由于圆形结构具有渐变传输线特性，本实用新型的微带阵列天线单元采用的是四个圆形微带结构并通过微带线连接，从而展宽了天线的带宽天线，使得天线覆盖的工作频率从77GHz到高频段的82GHz，涵盖目前车载雷达所必须的毫米波频段。采用高次模结构设计了平面天线结构，实现了基于77GHz毫米波频段汽车雷达应用的终端天线。本实用新型所涉及天线更利于在实际环境中与雷达电路结构在PCB上共形，外观上融为一体，适合在汽车雷达领域广泛应用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，包括地线单元和介质基板，其特征在于，还包括设置在介质基板上表面的微带阵列天线，所述微带阵列天线包括多个微带阵列天线单元，所述微带阵列天线单元之间并列设置，所述微带阵列天线单元包括若干个依次连接的微带结构，所述微带结构包括圆形辐射单元和微带线条带，所述相邻的圆形辐射单元连接在所述微带线条带的两端。

2.根据权利要求1所述的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，其特征在于，每个所述微带阵列天线单元中相邻的圆形辐射单元之间等距离设置。

3.根据权利要求1所述的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述地线单元为与介质基板的下表面相配合的金属层结构，设置在所述介质基板的下表面。

4.根据权利要求1所述的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述介质基板为PCB基板，所述PCB基板的介电常数为2.0～5.0。

5.根据权利要求4所述的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述PCB基板的厚度范围为0.05～2.0mm。

6.根据权利要求1所述的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述圆形辐射单元半径范围为2.0～10mm。

7.根据权利要求1所述的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述微带线条带的宽度范围为0.1～2.0mm。

8.根据权利要求1所述的基于高次模的宽带毫米波雷达阵列天线，其特征在于，所述微带阵列天线单元等间距设置。

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