CN216597993U - 一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线包括介质基板、天线阵列和接地金属板，面阵天线包括一个功率分配器及数列线阵结构，通过利用功率分配网络对天线阵列的各线阵的幅度和相位进行控制，使面阵天线的水平面波束指向车身的侧前方或侧后方，提升天线在车身的侧前方或侧后方上的增益，增加雷达在车身的侧前方或侧后方上的探测距离。其波束形成天线的波束指向车前方或者后方，其增益高、波束窄的部分用于车后方的远距离探测；波束增益较低的部分用于侧后方近距离探测。通过在微带线馈线的两侧加入矩形寄生结构，优化天线的阻抗匹配，实现76‑81GHz的阻抗带宽，提升了雷达的测距分辨率。

Description

一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线

技术领域

本实用新型涉及车载天线技术领域，特别涉及一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线。

背景技术

随着汽车辅助驾驶以及智能驾驶技术的普及，车载雷达系统的作用变得越来越重要。毫米波雷达具有较高的分辨率和测量精度，并且能够在雨，雪，雾等恶劣环境中稳定工作，使得其在车载雷达系统中得到了广泛的发展和应用。角雷达作为毫米波车载雷达系统不可或缺的重要部分，主要用于实现后方碰撞预警、变道辅助、盲区检测、侧向来车预警等功能。现有的汽车角雷达系统需要角雷达具有较宽的视野及较高的分辨率，以实现相应的功能。

通常情况下，角雷达天线需要达到120度甚至150度的波束覆盖范围且在一定方向具有较高的增益。然而当天线的波束设计得较宽时，天线的增益通常较低，从而限制的雷达的探测距离。且一般情况下，角雷达安装时需与车身形成一个夹角，天线的最大增益波束指向在雷达的法向方向上，而偏离雷达法向时，天线的增益随着角度的增大逐渐减小，从而进一步限制的雷达对汽车侧前方或侧后方的探测距离。

此外，随着自动驾驶技术的不断发展，ADAS（Advanced Driving AssistanceSystem）系统对毫米波雷达的分辨率提出了更高的要求，以分辨道路上出现的较小目标或距离较近的目标。宽带宽是提升毫米波雷达的分辨率的一个较佳解决方案。然而，现有的毫米波雷达天线的带宽通常只有几百兆到1.5 GHz之间，限制的毫米波雷达测距分辨率的提升。

实用新型内容

为了克服现有技术中角雷达天线在特定波束指向上增益低及天线带宽窄的问题，本实用新型提出了一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，在特定波束指向上增益较高且天线带宽达到5 GHz的毫米波波束赋形天线。

具体的，本实用新型所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，包括介质基板，天线阵列和接地金属板，所述天线阵列置于介质基板正板面，所述接地金属板设置于所述介质基板的背板面；优选的，所述天线阵列由N排线阵结构组成，任一所述线阵结构至少包括：m个相互连接的辐射体，任两个所述辐射体间设置寄生结构；每一所述线阵结构一端与用于对输入信号进行幅度和相位调节的功率分配器相连接。

其中，所述功率分配器与所述线阵结构间设有阻抗变换结构。

优选的，所述辐射体间通过微带线馈线相连接。

进一步的，任2个所述辐射体间的微带线馈线一端设置有匹配结构。

所述线阵结构中的辐射体宽度从中间往两边逐渐减小。

所述辐射体为微带贴片天线。

每一线阵结构的长度相同。

所述功率分配器包括n路输出端口，每路输出端口均连接一个线阵结构。所述功率分配器的每路微带线根据各天线阵列的幅度和相位设置为特定宽度和长度。

所述寄生结构为矩形，且分别对称分布在所述微带线馈线的两侧。

所述寄生结构长度设为0.4至0.5个介质波长，宽度设为0.1至0.25个介质波长。

综上，本实用新型所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线主要是通过利用功率分配网络对天线阵列的各线阵的幅度和相位进行控制，使面阵天线的水平面波束指向车身的侧前方或侧后方，提升天线在车身的侧前方或侧后方上的增益，增加雷达在车身的侧前方或侧后方上的探测距离。其波束形成天线的波束指向车前方或者后方，其增益高、波束窄的部分用于车后方的远距离探测；波束增益较低的部分用于侧后方近距离探测。通过在微带线馈线的两侧加入矩形寄生结构，优化天线的阻抗匹配，实现76-81GHz的阻抗带宽，提升了雷达的测距分辨率。

本实用所述的宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线所能实现的有益效果是：利用功率分配网络对天线阵列的各线阵的幅度和相位进行控制，使面阵天线的水平面波束指向车身的侧前方或侧后方，提升天线在车身的侧前方或侧后方上的增益，增加雷达在车身的侧前方或侧后方上的探测距离。通过在微带线馈线的两侧加入矩形寄生结构，优化天线的阻抗匹配，实现76-81GHz的阻抗带宽，提升了雷达的测距分辨率。

附图说明

图1为本实用新型所述一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线示意图。

图2为雷达系统中天线的覆盖范围及雷达与汽车的安装位置示意图。

图3为实施案列二中宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线示意图。

图4为图3所述的宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线的反射系数图。

图5为图3所述的宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线仿真方向图。

其中，1-天线阵列；2-辐射体；3-寄生结构；4-微带线馈线；5-变换结构；6-功率分配器；7-线阵结构；8-匹配结构。

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车载毫米波角雷达波束赋形天线，作进一步详细描述。

实施例一：

如图1所示为本实用新型所述一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线示意图，具体的，本方案中的天线具体包括：介质基板，天线阵列1和接地金属板，所述天线阵列置于介质基板正板面，所述接地金属板设置于所述介质基板的背板面。

其中，所述天线阵列1由N排线阵结构7组成，任一所述线阵结构7至少包括：m个相互连接的辐射体2，任两个所述辐射体2间设置寄生结构3；每一所述线阵结构7一端与用于对输入信号进行幅度和相位调节的功率分配器6相连接，其中，N和m均是大于1的自然数。

进一步的，所述功率分配器6与所述线阵结构7间设有阻抗变换结构5。

进一步的，所述辐射体2间通过微带线馈线4相连接。

进一步的，任2个所述辐射体2间的微带线馈线4一端设置有匹配结构8。

进一步的，所述线阵结构7中的辐射体2宽度从中间往两边逐渐减小。

进一步的，所述辐射体2为微带贴片天线。

进一步的，每一线阵结构7的长度相同。

进一步的，所述功率分配器6包括n路输出端口，每路输出端口均连接一个线阵结构7。所述功率分配器（6）的每路微带线根据各天线阵列（1）的幅度和相位设置为特定宽度和长度，用于实现对天线面咧的各线阵的幅度和相位进行控制。

进一步的，所述寄生结构3为矩形，且分别对称分布在所述微带线馈线4的两侧。

进一步的，所述寄生结构3长度设为0.4至0.5个介质波长，宽度设为0.1至0.25个介质波长。

本实用新型实现的有益效果是：利用功率分配网络对天线阵列的各线阵的幅度和相位进行控制，使面阵天线的水平面波束指向车身的侧前方或侧后方，提升天线在车身的侧前方或侧后方上的增益，增加雷达在车身的侧前方或侧后方上的探测距离。其覆盖效果如图2所示，波束形成天线的波束指向车前方或者后方，其增益高、波束窄，用于车后方的远距离探测；波束增益较低的部分用于侧后方近距离探测。通过在微带线馈线的两侧加入矩形寄生结构，优化天线的阻抗匹配，实现76-81GHz的阻抗带宽，提升了雷达的测距分辨率。

实施例二：

本实施案例以m=6、n=2为列，即6×2的面阵天线结构进行说明，如图3所示。面阵天线结构包括：介质基板、设于介质基板上的天线阵列及设于介质基板背面的接地金属地板。面阵天线包括一个功率分配器及两列线阵结构，在其他实施例中，也可以是三列或其他数量的线阵列结构；本实施案例中的功率分配器为一分二功分器，在其他实施例中，也可以是一分三或一分N（N为大于1的正整数）的功率分配器。本实施案例中，通过调节功分器的两个输出端口的阻抗和微带线长度去控制天线阵列的各线阵的馈电幅度和相位，从而控制天线阵列的水平波束指向，使面阵天线的水平面波束指向车身的侧前方或侧后方，提升天线在车身的侧前方或侧后方上的增益，增加雷达在车身的侧前方或侧后方上的探测距离。

为了降低阵列天线俯仰面的副瓣电平值，实施案例中的线阵结构中各个辐射体的宽度由中间至两端逐个减小，使沿微带线馈线排列的辐射体的电流服从泰勒分布，从而有效降低天线阵列俯仰面的副瓣电平，提升抗干扰能力。

为了提高天线的阻抗带宽，实施案例在线阵结构的微带馈线两侧加入三对矩形寄生结构，其长度设计为0.4个介质波长，宽度设计为0.15个介质波长。加入的寄生矩形结构能耦合馈线及辐射体的辐射电流，从而改变线阵结构的阻抗匹配，增加天线阵列的阻抗带宽。此外，为了进一步提升天线阵列的阻抗带宽，在线阵结构的第二和第三节微带馈线的末端各加入一节阻抗匹配段。经优化设计后，本实施案例的天线阵列可以实现5GHz的阻抗带宽，在76-81 GHz的频率范围内回波损耗小于-10dB。在其他实施例中，矩形寄生结构长度可以设计为0.4到0.5个介质波长，宽度可以设计为0.1到0.25个介质波长，视阵列天线的阻抗匹配而定。

如图4所示为实施案例中宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线的仿真反射系数图，其具有良好的阻抗匹配，-10dB阻抗带宽为76-81GHz，能较大地提升雷达的测距分辨率。

如图5所示为本实施案例中宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线的仿真方向图，其在25-50度的角度下具有较高的增益，最大增益大于13.8dB，最大增益指向能覆盖车身侧前方或侧后方的区域，能为雷达探测车身测前方或侧后方时提供较远的探测距离。

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)

1.一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，包括介质基板，天线阵列（1）和接地金属板，所述天线阵列置于介质基板正板面，所述接地金属板设置于所述介质基板的背板面；其特征在于，所述天线阵列（1）由N排线阵结构（7）组成，任一所述线阵结构（7）至少包括：m个相互连接的辐射体（2），任两个所述辐射体（2）间设置寄生结构（3）；每一所述线阵结构（7）一端与用于对输入信号进行幅度和相位调节的功率分配器（6）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，所述功率分配器（6）与所述线阵结构（7）间设有阻抗变换结构（5）。

3.根据权利要求2所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，所述辐射体（2）间通过微带线馈线（4）相连接。

4.根据权利要求3所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，任2个所述辐射体（2）间的微带线馈线（4）一端设置有匹配结构（8）。

5.根据权利要求4所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，所述线阵结构（7）中的辐射体（2）宽度从中间往两边逐渐减小。

6.根据权利要求5所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，所述辐射体（2）为微带贴片天线。

7.根据权利要求6所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，每一线阵结构（7）的长度相同。

8.根据权利要求7所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，所述功率分配器（6）包括n路输出端口，每路输出端口均连接一个线阵结构（7），所述功率分配器（6）的每路微带线根据各天线阵列（1）的幅度和相位设置为预设宽度和长度。

9.根据权利要求8所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，所述寄生结构（3）为矩形，且分别对称分布在所述微带线馈线（4）的两侧。

10.根据权利要求9所述的一种宽带车载毫米波角雷达波束赋形天线，其特征在于，所述寄生结构（3）长度设为0.4至0.5个介质波长，宽度设为0.1至0.25个介质波长。

Images