CN215497093U - 一种宽带毫米波雷达垂直极化天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，具体包括介质板，及设置在所述介质板上表面的天线辐射单元，第一寄生贴片，第二寄生贴片和馈电端口；所述第一寄生贴片和所述第二寄生贴片均为成对贴片，并按对分别对称分布在天线辐射单元的两侧；在所述介质板的下表面印刷金属地，并通过馈电端口与所述天线辐射单元连接。本方案通过添加寄生单元的方式使得天线可以在76GHz‑80GHz内，回波损耗小于‑10dB，且经过测试进一步验证了本方案的天线在带宽内的增益大于14 dBi，方向图稳定且垂直方向的方向图最大点相对于0°的偏移在±2°以内，天线在76GHz‑80GHz整个频带范围内辐射特性良好。

Description

一种宽带毫米波雷达垂直极化天线

技术领域

本实用新型涉及车载天线技术领域，特别涉及一种宽带毫米波雷达垂直极化天线。

背景技术

在军事上毫米波雷达已广泛应用于预警探测、武器制导、电子对抗等领域。近年来，随着集成电路和天线设计等技术的不断成熟、元器件成本的不断降低，民用车载毫米波雷达产品不断涌现并投入实际应用。目前车载毫米波雷达主要有超声波雷达、激光雷达、毫米波雷达和图像传感器几种类型。其中，毫米波车载雷达又分为工作频段为24GHz的车载雷达和工作频段为77GHz的车载雷达。工作频段为24GHz的车载雷达主要应用于短距雷达，而工作频段为77GHz的车载雷达不仅可以用来做短距雷达，也可以用于长距雷达，且探测精度更高，逐渐成为了研究热点。

天线阵列是毫米波车载雷达的关键器件之一，一般要求其具有高增益、窄波束(水平或垂直面)、宽频带、小尺寸、低剖面等性能。常见的车载毫米波雷达天线有喇叭天线，透镜天线，微带天线阵列等。其中微带天线阵列具有剖面低、体积小、重量轻、成本低廉、生产方便且易与微波电路集成的优点，因此更适合用于车载毫米波雷达。

然而对于目前的车载毫米波雷达天线，尤其是微带毫米波雷达天线，其覆盖带宽大多数为76GHz-78GHz，很多微带天线覆盖带宽基本都是一个窄带，但是车载毫米波雷达天线的频段还有79GHz，而如果想要加上79GHz频段的雷达天线，则会浪费板材的空间且加大排版的复杂度和天线之间的干扰。

所以，设计一个能够完整覆盖76GHz-80GHz带宽的毫米波车载雷达天线是具有挑战性且具有意义的。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本实用新型提出了一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，该天线采用传统的PCB印刷天线，具有带宽大、增益高、频偏小等优点。该发明通过添加寄生单元的方式，在传统的串馈贴片天线的基础上进一步扩大了带宽，并且保证了方向图的稳定。

具体的，本实用新型所述的天线，包括：

介质板，及设置在所述介质板上表面的天线辐射单元，第一寄生贴片，第二寄生贴片和馈电端口；所述第一寄生贴片和所述第二寄生贴片均为成对贴片，并按对分别对称分布在天线辐射单元的两侧；在所述介质板的下表面印刷金属地，并通过馈电端口与所述天线辐射单元连接。

其中，所述天线辐射单元设有8个贴片单元依次为1A，1B，1C，1D，1E，1F，1G和1H；所述8个贴片单元采用渐变式的排布方式，位于所述天线辐射单元中心的贴片单元1D和1E为最大贴片单元，长度为1.3mm，并以所述最大贴片单元为中心向两边依次由大变小。

进一步的，所述8个贴片单元的间距采用由小变大的排布方式，以所述最大贴片单元为中心向两边每一间距依次由小变大。

其中，所述第一寄生贴片为凸字型结构，且凸出部分的一端朝向所述天线辐射单元，并以所述天线辐射单元中轴线对称分布。

所述第一寄生贴片共5对，分别分布在1B，1C，1D，1E，1F和1G间各个贴片单元中间的两侧。

所述第二寄生贴片为长条形结构，且长边沿着所述天线辐射单元两侧边对称分布。

所述第二寄生贴片共4对，分别分布在1B、1D，1E和1G的两侧。

其中，在单元1C，1D和1E之间的馈线上采用渐变式结构M。

所述馈电端口沿着所述介质板的侧面开设，并分别与介质板上表面的贴片单元1A连接，和下表面的所述印刷金属地连接。

所述介质板的厚度为0.127mm，采用的介质为Rogers 3003。

综上所述，本实用新型提供一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，具体包括介质板，及设置在所述介质板上表面的天线辐射单元，第一寄生贴片，第二寄生贴片和馈电端口；所述第一寄生贴片和所述第二寄生贴片均为成对贴片，并按对分别对称分布在天线辐射单元的两侧；在所述介质板的下表面印刷金属地，并通过馈电端口与所述天线辐射单元连接。本方案通过添加寄生单元的方式使得天线可以在76GHz-80GHz内，回波损耗小于-10dB，且经过测试进一步验证了本方案的天线在带宽内的增益大于14 dBi ，方向图稳定且垂直方向的方向图最大点相对于0°的偏移在±2°以内，天线在76GHz-80GHz整个频带范围内辐射特性良好。

附图说明

图1为本实用新型所述一种宽带毫米波雷达垂直极化天线示意图。

图2为图1所述的各个贴片单元分布示意图。

图3为宽带毫米波雷达天线S参数。

图4为宽带毫米波雷达天线方向图（77GHz）。

图5为宽带毫米波雷达天线方向图（79GHz）。

图6为宽带毫米波雷达天线增益。

图7为宽带毫米波雷达天线FOV增益。

图8为宽带毫米波雷达天线垂直3dB波束宽度。

图9为宽带毫米波雷达天线垂直10dB波束宽度。

图10为 宽带毫米波雷达天线方向图偏移角度。

图11为天线A。

图12为天线B。

图13为天线C。

图14为 天线D。

图15为天线S参数演变。

图16为天线B和天线C方向图偏移角度对比。

图17为天线C和天线D方向图对比（77GHz）。

图18为天线C和天线D方向图对比（79GHz）。

图19为天线C和天线D增益对比。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本实用新型的一种用于77GHz车载毫米波雷达的M形宽波束天线，作进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其中，1- 介质板；2-天线辐射单元；3-第一寄生贴片；4-第二寄生贴片；5-印刷金属地；6-馈电端口。

本实用新型提出了一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，至少包括介质板1，及设置在所述介质板1上表面的天线辐射单元2，第一寄生贴片3，第二寄生贴片4和馈电端口6；所述第一寄生贴片3和所述第二寄生贴片4均为成对贴片，并按对分别对称分布在天线辐射单元2的两侧；在所述介质板1的下表面印刷金属地5，并通过馈电端口6与所述天线辐射单元2连接。

其中，所述天线辐射单元2设有8个贴片单元依次为1A，1B，1C，1D，1E，1F，1G和1H；所述8个贴片单元采用渐变式的排布方式，位于所述天线辐射单元2中心的贴片单元1D和1E为最大贴片单元，长度为1.3mm，并以所述最大贴片单元为中心向两边依次由大变小。

所述8个贴片单元的间距采用由小变大的排布方式，以所述最大贴片单元为中心向两边每一间距依次由小变大，例如，单元1D，1E间距为1.13mm，往两侧单元间距大于1.13mm，并依次增大。

所述第一寄生贴片3为凸字型结构，且凸出部分的一端朝向所述天线辐射单元2，并以所述天线辐射单元2中轴线对称分布。

所述第一寄生贴片3共5对，分别分布在1B，1C，1D，1E，1F和1G间各个贴片单元中间的两侧。

所述第二寄生贴片4为长条形结构，且长边沿着所述天线辐射单元2两侧边对称分布。

所述第二寄生贴片4共4对，分别分布在1B、1D，1E和1G的两侧。

在单元1C，1D和1E之间的馈线上采用渐变式结构M。

所述馈电端口6沿着所述介质板1的侧面开设，并分别与介质板1上表面的贴片单元1A连接，和下表面的所述印刷金属地5连接。

所述介质板1的厚度为0.127mm，采用的介质为Rogers 3003。

综上所述，本实用新型通过添加寄生单元的方式使得天线可以在76GHz-80GHz内，回波损耗小于-10dB，天线在带宽内的增益大于14 dBi ，方向图稳定且垂直方向的方向图最大点相对于0°的偏移在±2°以内，天线在76GHz-80GHz整个频带范围内辐射特性良好。

为了进一步举例说明上述天线设计的有效性，再次进行验证：

如图3可见，S参数完整覆盖了76GHz-80GHz，该天线能达到宽带的效果，主要原因是因为寄生贴片2、3对原始天线产生的耦合效果，图4、5给出了天线的方向图，图6为天线的增益。天线的FOV±5°增益、垂直3dB波束宽度、水平10dB波束宽度、方向图偏移角度在图7-10中可以看出，并且在表1中列出了天线的指标完成情况。

图11-14中可以看到从天线A到天线D的演变，图15为对应的S参数的变化。图16可以看出天线B、C的方向图偏移角度的改善。图17、18可以看出天线C、D在方向图副瓣改善的效果。图19可以看出天线C、D在增益上起到的效果。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，包括：介质板（1），及设置在所述介质板（1）上表面的天线辐射单元（2），第一寄生贴片（3），第二寄生贴片（4）和馈电端口（6）；所述第一寄生贴片（3）和所述第二寄生贴片（4）均为成对贴片，并按对分别对称分布在天线辐射单元（2）的两侧；在所述介质板（1）的下表面印刷金属地（5），并通过馈电端口（6）与所述天线辐射单元（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述天线辐射单元（2）设有8个贴片单元依次为1A，1B，1C，1D，1E，1F，1G和1H；所述8个贴片单元采用渐变式的排布方式，位于所述天线辐射单元（2）中心的贴片单元1D和1E为最大贴片单元，长度为1.3mm，并以所述最大贴片单元为中心向两边依次由大变小。

3.根据权利要求2所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述8个贴片单元的间距采用由小变大的排布方式，以所述最大贴片单元为中心向两边每一间距依次由小变大。

4.根据权利要求3所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述第一寄生贴片（3）为凸字型结构，且凸出部分的一端朝向所述天线辐射单元（2），并以所述天线辐射单元（2）中轴线对称分布。

5.根据权利要求4所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述第一寄生贴片（3）共5对，分别分布在1B，1C，1D，1E，1F和1G间各个贴片单元中间的两侧。

6.根据权利要求5所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述第二寄生贴片（4）为长条形结构，且长边沿着所述天线辐射单元（2）两侧边对称分布。

7.根据权利要求6所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述第二寄生贴片（4）共4对，分别分布在1B、1D，1E和1G的两侧。

8.根据权利要求7所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，在单元1C，1D和1E之间的馈线上采用渐变式结构M。

9.根据权利要求8所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述馈电端口（6）沿着所述介质板（1）的侧面开设，并分别与介质板（1）上表面的贴片单元1A连接，和下表面的所述印刷金属地（5）连接。

10.根据权利要求1所述的一种宽带毫米波雷达垂直极化天线，其特征在于，所述介质板（1）的厚度为0.127mm，采用的介质为Rogers 3003。

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