CN215732221U - 一种宽带梳形串馈阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种宽带梳形串馈阵列天线，具体包括单层介质基板（2），所述单层介质基板（2）为矩形板，分别在所述单层介质基板（2）的上下表面印制辐射贴片（1）和金属地（3）；所述辐射贴片（1）沿所述单层介质基板（2）的横向中轴线从所述单层介质基板（2）的一短边中间位置向另一短边中间位置延伸；所述辐射贴片（1）包括主辐射贴片（4）和寄生辐射贴片（5）。本实用新型通过添加微带寄生单元的方式使得天线带宽可以得到扩展，同时天线方向图不发生恶化，且副瓣电平得到良好的抑制。

Description

一种宽带梳形串馈阵列天线

技术领域

本实用新型涉及车载天线技术领域，特别涉及一种宽带梳形串馈阵列天线。

背景技术

随着我国经济水平不断提高，我国汽车数量不断增加，相应的交通事故发生率也越来越高，造成巨大的人员伤亡和经济损失。车载雷达由于具有发现障碍物、预测碰撞、自适应巡航控制等功能，可以起到辅助驾驶员的作用，从而降低交通事故发生率。因此车载雷达系统得到了各大汽车厂商和研究机构的重视，近些年来飞速发展。

目前，车载雷达主要有测速雷达，自适应巡航控制雷达，防撞雷达，其他车辆监督和控制雷达等，主要基于激光、超声波、毫米波等技术。其中，毫米波车载雷达又分为工作频段为24 GHz和77 GHz的车载雷达。相比于24 GHz毫米波雷达，77 GHz雷达具有更高的探测精度和更小的体积等优势，逐渐成为了研究热点。

天线作为雷达系统前端的收发部件，是雷达系统的重要组成部分。现阶段工作频段77 GHz的毫米波雷达多采用串馈微带贴片天线，微带贴片天线是将天线印刷在单层介质板上，具有剖面低，重量轻的优点。而串馈微带贴片天线的波束会发生偏移，且阻抗带宽较窄，无法满足车载雷达的要求。

实用新型内容

为了克服现有技术中的串馈微带贴片天线的带宽窄，串馈微带贴片天线的波束会发生偏移，且副瓣电平高等缺点和不足，本实用新型提出了一种宽带梳形串馈阵列天线，通过在传统微带毫米波雷达天线的基础上增加微带寄生单元，同时天线方向图不发生恶化，且副瓣电平得到良好的抑制，可以应用在79G毫米波雷达收发天线用于雷达距离分辨率的提升。

具体的，本实用新型所述的天线，至少包括单层介质基板，所述单层介质基板为矩形板，分别在所述单层介质基板的上下表面印制辐射贴片和金属地；所述辐射贴片沿所述单层介质基板的横向中轴线从所述单层介质基板的一短边中间位置向另一短边中间位置延伸；所述辐射贴片包括主辐射贴片和寄生辐射贴片，所述辐射贴片和金属地均为金属导体薄片，厚度为18um。

其中，所述主辐射贴片，还包括：辐射单元，微带馈线，阻抗变换器和50欧姆微带线；所述辐射单元设有12个且从右至左依次上下交替排布呈梳状；每一所述辐射单元与微带馈线呈90°且各个所述辐射单元间通过微带馈线相连接；所述50欧姆微带线分布在所述单层介质基板的右侧短边中间位置处，所述50欧姆微带线一端连接阻抗变换器后接入辐射单元的右侧端；所述50欧姆微带线另一端沿着所述单层介质基板的右侧面延伸至下表面与所述金属地连接。

所述单层介质基板采用介电常数为3.1的高频印刷线路板，厚度为0.127mm。

所述微带馈线的线宽为0.22mm；所述微带馈线分布在所述单层介质基板的横向中轴线上，在所述微带馈线的上下侧分别设有6个辐射单元，且所述辐射单元的长度均取半个介质波长，宽度为中间大两边依次减小的渐变宽度大小。

同一侧相邻的所述辐射单元之间的距离等于介质波长，不同侧相邻的所述辐射单元之间的距离等于半个介质波长。

分别将上下侧中间的4个所述辐射单元从中间开设一个宽度为0.1mm的矩形槽。

分别在连接从左侧起第2个所和第4个述辐射单元，第3个和第5个所述辐射单元，第4个和第6个所述辐射单元，第5个和第7个所述辐射单元之间的微带馈线中间位置处开设一个边长为0.1mm的正方形槽。

所述寄生辐射贴片包括第一寄生贴片和第二寄生贴片；所述第一寄生贴片共12个，且分布在所述辐射单元的两侧，与每一所述辐射单元对应且间距为0.1mm。

所述第二寄生贴片设在所述辐射单元的最左侧中间位置出，所述辐射单元在垂直于所述微带馈线方向的长度为1.72mm，平行于所述微带馈线方向的宽度为1.31mm。

综上所述，本实用新型提供一种宽带梳形串馈阵列天线，具体包括单层介质基板，所述单层介质基板为矩形板，分别在所述单层介质基板的上下表面印制辐射贴片和金属地；所述辐射贴片沿所述单层介质基板的横向中轴线从所述单层介质基板的一短边中间位置向另一短边中间位置延伸；所述辐射贴片包括主辐射贴片和寄生辐射贴片。本方案通过添加微带寄生单元的方式使得天线带宽可以得到扩展，同时天线方向图不发生恶化，且副瓣电平得到良好的抑制。

附图说明

图1为本实用新型所述一种宽带梳形串馈阵列天线示意图。

图2为图1所述的单层介质基板的上表面印制辐射贴片意图。

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增益图。

图5为宽带毫米波雷达天线FOV（±5°）增益图。

图6为宽带毫米波雷达天线波束偏移角度。

图7为宽带毫米波雷达天线垂直波束宽度（3 dB）。

图8为宽带毫米波雷达天线水平波束宽度（6 dB）。

图9为宽带毫米波雷达天线76 GHz方向图。

图10为 宽带毫米波雷达天线78 GHz方向图。

图11为宽带毫米波雷达天线80 GHz方向图。

图12为天线A。

图13为天线B。

图14为 天线C。

图15为 天线D。

图16为A/B 对比天线S参数演变。

图17为天线A/B 80 GHz方向图对比。

图18为天线B/C增益对比。

图19为天线C/D S参数对比。

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宽带梳形串馈阵列天线，作进一步详细描述。

如图1-2所示，本实用新型所述的一种宽带梳形串馈阵列天线，其中，1- 辐射贴片；2-单层介质基板；3-金属地；4-主辐射贴片；5-寄生辐射贴片；6-辐射单元；7-微带馈线；8-阻抗变换器；9-50欧姆微带线；10-矩形槽；11-正方形槽；12-第一寄生贴片；13-第二寄生贴片。

本实用新型提出了一种宽带梳形串馈阵列天线，至少包括单层介质基板2，所述单层介质基板2为矩形板，分别在所述单层介质基板2的上下表面印制辐射贴片1和金属地3；所述辐射贴片1沿所述单层介质基板2的横向中轴线从所述单层介质基板2的一短边中间位置向另一短边中间位置延伸；所述辐射贴片1包括主辐射贴片4和寄生辐射贴片5，所述辐射贴片1和金属地3均为金属导体薄片，厚度为18um。

其中，所述主辐射贴片4，还包括：辐射单元6，微带馈线7，阻抗变换器8和50欧姆微带线9；所述辐射单元6设有12个且从右至左依次上下交替排布呈梳状；每一所述辐射单元6与微带馈线7呈90°且各个所述辐射单元6间通过微带馈线7相连接；所述50欧姆微带线9分布在所述单层介质基板2的右侧短边中间位置处，所述50欧姆微带线9一端连接阻抗变换器8后接入辐射单元6的右侧端；所述50欧姆微带线9另一端沿着所述单层介质基板2的右侧面延伸至下表面与所述金属地3连接。

所述单层介质基板2采用介电常数为3.1的高频印刷线路板，厚度为0.127mm。

所述微带馈线7的线宽为0.22mm；所述微带馈线7分布在所述单层介质基板2的横向中轴线上，在所述微带馈线7的上下侧分别设有6个辐射单元6，且所述辐射单元6的长度均取半个介质波长，宽度为中间大两边依次减小的渐变宽度大小。

同一侧相邻的所述辐射单元6之间的距离等于介质波长，不同侧相邻的所述辐射单元6之间的距离等于半个介质波长。

分别将上下侧中间的4个所述辐射单元6从中间开设一个宽度为0.1mm的矩形槽10。

分别在连接从左侧起第2个所和第4个述辐射单元6，第3个和第5个所述辐射单元6，第4个和第6个所述辐射单元6，第5个和第7个所述辐射单元6之间的微带馈线7中间位置处开设一个边长为0.1mm的正方形槽11。

所述寄生辐射贴片5包括第一寄生贴片12和第二寄生贴片13；所述第一寄生贴片12共12个，且分布在所述辐射单元6的两侧，与每一所述辐射单元6对应且间距为0.1mm。

所述第二寄生贴片13设在所述辐射单元6的最左侧中间位置出，所述辐射单元6在垂直于所述微带馈线7方向的长度为1.72mm，平行于所述微带馈线7方向的宽度为1.31mm。

综上所述，本实用新型通过添加寄生单元的方式使得所述宽带梳形串馈阵列天线可实现带宽覆盖76-80 GHz，回波损耗大于10 dB，增益大于14 dBi，垂直FOV±5°内增益大于11 dBi，副瓣电平低于-17 dB，波束偏移角度在±2 °。

为了进一步举例说明上述天线设计的有效性，对本实用新型所述的宽带梳形串馈阵列天线进行仿真计算，得到S11、增益、FOV增益、波束偏移角度、波束宽度、方向图等数据。如图3-11所示，分别为天线A的S11、增益、FOV增益、波束偏移角度、波束宽度、76 GHz方向图、78 GHz方向图和80 GHz方向图。

在表1中，反映了指标完成度：

在图12中，给出了窄带天线A的结构图，通过开槽得到图13所示天线B的结构图，开槽可以改善天线的S11跟80 GHz方向图，图16-17中给出了天线A和B的S11以及80 GHz方向图的对比。

在天线B的基础上，通过在天线的两侧设有寄生贴片，得到如图14所示天线C的结构图，两侧的寄生贴片可以提高天线的增益，在图18中给出了天线B和C的增益对比。

在天线C的基础上，在天线的末端设有一个寄生贴片，得到如图15所示天线D的结构图，末端的寄生贴片可以改善天线的S11，在图19中给出了天线C和D的S11对比。

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)

1.一种宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，至少包括单层介质基板（2），所述单层介质基板（2）为矩形板，分别在所述单层介质基板（2）的上下表面印制辐射贴片（1）和金属地（3）；所述辐射贴片（1）沿所述单层介质基板（2）的横向中轴线从所述单层介质基板（2）的一短边中间位置向另一短边中间位置延伸；所述辐射贴片（1）包括主辐射贴片（4）和寄生辐射贴片（5），所述辐射贴片（1）和金属地（3）均为金属导体薄片，厚度为18um。

2.根据权利要求1所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，所述主辐射贴片（4），还包括：辐射单元（6），微带馈线（7），阻抗变换器（8）和50欧姆微带线（9）；所述辐射单元（6）设有12个且从右至左依次上下交替排布呈梳状；每一所述辐射单元（6）与微带馈线（7）呈90°且各个所述辐射单元（6）间通过微带馈线（7）相连接；所述50欧姆微带线（9）分布在所述单层介质基板（2）的右侧短边中间位置处，所述50欧姆微带线（9）一端连接阻抗变换器（8）后接入辐射单元（6）的右侧端；所述50欧姆微带线（9）另一端沿着所述单层介质基板（2）的右侧面延伸至下表面与所述金属地（3）连接。

3.根据权利要求2所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，所述单层介质基板（2）采用介电常数为3.1的高频印刷线路板，厚度为0.127mm。

4.根据权利要求2所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，所述阻抗变换器（8）为四分之一介质波长的阻抗变换器，宽度为0.1mm。

5.根据权利要求2所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，所述微带馈线（7）的线宽为0.22mm；所述微带馈线（7）分布在所述单层介质基板（2）的横向中轴线上，在所述微带馈线（7）的上下侧分别设有6个辐射单元（6），且所述辐射单元（6）的长度均取半个介质波长，宽度为中间大两边依次减小的渐变宽度大小。

6.根据权利要求5所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，同一侧相邻的所述辐射单元（6）之间的距离等于介质波长，不同侧相邻的所述辐射单元（6）之间的距离等于半个介质波长。

7.根据权利要求6所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，分别将上下侧中间的4个所述辐射单元（6）从中间开设一个宽度为0.1mm的矩形槽（10）。

8.根据权利要求7所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，分别在连接从左侧起第2个所和第4个述辐射单元（6），第3个和第5个所述辐射单元（6），第4个和第6个所述辐射单元（6），第5个和第7个所述辐射单元（6）之间的微带馈线（7）中间位置处开设一个边长为0.1mm的正方形槽（11）。

9.根据权利要求8 所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，所述寄生辐射贴片（5）包括第一寄生贴片（12）和第二寄生贴片（13）；所述第一寄生贴片（12）共12个，且分布在所述辐射单元（6）的两侧，与每一所述辐射单元（6）对应且间距为0.1mm。

10.根据权利要求9所述的宽带梳形串馈阵列天线，其特征在于，所述第二寄生贴片（13）设在所述辐射单元（6）的最左侧中间位置出，所述辐射单元（6）在垂直于所述微带馈线（7）方向的长度为1.72mm，平行于所述微带馈线（7）方向的宽度为1.31mm。

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