CN220914574U - 一种低副瓣梳形阵列天线 - Google Patents
一种低副瓣梳形阵列天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220914574U CN220914574U CN202322452929.5U CN202322452929U CN220914574U CN 220914574 U CN220914574 U CN 220914574U CN 202322452929 U CN202322452929 U CN 202322452929U CN 220914574 U CN220914574 U CN 220914574U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- comb
- array antenna
- substrate integrated
- integrated waveguide
- waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 238000011166 aliquoting Methods 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 206010039203 Road traffic accident Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种低副瓣梳形阵列天线，其解决了长距毫米波雷达需要较远探测距离、较好方向性和较低雷达误报率的技术问题，其设有依次电连接的接地共面波导结构、接地共面波导‑基片集成波导转接结构、基片集成波导不等功分器、基片集成波导‑微带线转接结构和四个并列设置的1×18梳形阵列天线。本实用新型可广泛应用于车载毫米波雷达。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信领域，特别是涉及一种低副瓣梳形阵列天线。
背景技术
车载毫米波雷达是工作在毫米波频段的车载雷达，车载雷达是一种可以对驾驶员监测预警，以达到有效防止交通事故发生目的的汽车辅助驾驶系统。天线可以将自由空间波与传输线中的导行波相互转换，既可以做为发射端，又可以做为接收端，在系统中起着十分重要的作用。毫米波天线可分为喇叭天线、透镜天线、反射面天线、缝隙波导天线、微带天线等。其中喇叭天线、透镜天线的剖面过高，从而限制了其应用空间；缝隙波导天线虽然具有损耗低，高辐射效率的优点，但成本较高，同时对加工精度的要求也高；间隙波导天线具有损耗低、对上下层连接要求不高、易于加工等特点，但国内无法商用。而微带天线具有剖面低、体积小、成本低、易集成等特点，所以被广泛应用。
车载毫米波雷达按照距离划分主要分为长距、中距、短距三种，其中长距雷达一般要求较远的探测距离、较好的方向性和较低的雷达误报率，因此要求其前端天线阵列的增益高、波束窄、副瓣电平低。
发明内容
本实用新型为了解决现有长距毫米波雷达需要较远探测距离、较好方向性和较低雷达误报率的技术问题，提供一种高增益、窄波束的低副瓣梳形阵列天线。
本实用新型提供一种低副瓣梳形阵列天线，设有依次电连接的接地共面波导结构、接地共面波导-基片集成波导转接结构、基片集成波导不等功分器、基片集成波导-微带线转接结构和四个并列设置的1×18梳形阵列天线；
所述接地共面波导结构以低损耗将低副瓣梳形阵列天线与芯片连接；
所述接地共面波导-基片集成波导转接结构将基片集成波导传输结构与接地共面波导传输结构相互转换；
所述基片集成波导不等功分器将能量按照预期设计不等分给各个端口，从而实现对E面方向图的副瓣控制；
所述基片集成波导-微带线转接结构将基片集成波导与微带线传输相互转换；
所述梳形阵列天线是传输线的导行波与空间中的电磁波转换的媒介。
优选地，所述1×18梳形阵列天线设有微带馈电端口，四分之一波长阻抗变换段，18个开路支节和主馈线，所述微带馈电端口通过所述四分之一波长阻抗变换段与所述主馈线电连接，所述18个开路支节与与所述主馈线电连接。
优选地，所述18个开路支节根据泰勒分布在18个单元、-24dB副瓣电平的理想情况下计算得到的电流分布以及阻抗计算公式得到，所述18个开路支节以二分之一波长的间距交错放置在主馈线两侧，整体呈中心对称。
优选地，所述基片集成波导不等功分器为1分4不等功分器。
优选地，所述基片集成波导不等功分器设有一个等分结构和二个不等分结构，所述不等分结构设有2端口和3端口分别连接所述1×18梳形阵列天线。
优选地，所述基片集成波导不等功分器还设有调节功率分布的短路金属柱，根据短路金属柱位置的不同，能量流入比例也会不同。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型采用组阵的形式提高天线增益，设有4×18梳形阵列天线，为实现低于-20dB的副瓣电平，可通过切比雪夫分布、泰勒分布计算出单元的功率分布，以实现方向图副瓣抑制，从而满足车载雷达较远的探测距离、较好的方向性和较低的雷达误报率的需求。
本实用新型设有SIW(基片集成波导)1分4不等功分器，组成了4×18的低副瓣梳形阵列，还可以根据实际应用需求可以选择合适的阵列数目，可以同时实现E面和H面的副瓣抑制，实现高增益、窄波束、低副瓣，便于车载雷达长距离探测的需求。
本实用新型由GCPW(接地共面波导)结构进行馈电，方便与芯片直连。其中，GCPW与SIW、SIW与微带线之间均设计了转接结构，转接性能良好，损耗低。
附图说明
图1a为1×18梳形阵列天线的结构示意图；
图1b为4×18梳形阵列天线的结构示意图；
图2为1×18梳形阵列天线的S11曲线图；
图3为1×18梳形阵列天线在76.5GHz处E面和H面的方向图；
图4为SIW不等功分器的结构示意图；
图5为SIW不等功分器结构的S11曲线图；
图6为SIW不等功分器结构输出端口的幅值分布图；
图7为SIW不等功分器结构输出端口的相位分布图；
图8为4×18梳形阵列天线的S11曲线图；
图9为4×18梳形阵列天线在76.5GHz处E面和H面的方向图。
附图符号说明：
1.4×18梳形阵列天线；2.SIW不等功分器；3.GCPW结构；4.SIW-微带线转接结构；5.GCPW-SIW转接结构；6.四分之一波长阻抗变换段；7.SIW不等功分器中的等分结构；8.SIW不等功分器中的不等分结构；9.短路金属柱；10.SIW不等功分器结构的2端口；11.SIW不等功分器结构的3端口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，以使本实用新型所属技术领域的技术人员能够容易实施本实用新型。
实施例：
如图1a所示，为本实用新型1×18梳形阵列天线的结构示意图，1×18梳形天线由微带馈电端口、四分之一波长阻抗变换段6、18个开路支节以及主馈线组成，开路支节的数量可以根据实际需求选择调整。主馈线宽度0.2mm。
为了实现-20dB的副瓣电平，根据泰勒分布计算出了-24dB副瓣电平理想情况下的电流分布：0.3175：0.3716：0.4694：0.5928：0.7212：0.8365：0.9257：0.9812：1。一定范围内开路支节越宽，电流分布就越大。首先通过电流与阻抗的对应关系：Z0,i＝Z0,18-i＝Z1*I1/Ii,2≤i≤18，计算出每个单元的阻抗值。其中，Z1的特征阻抗对应于0.2mm的线宽。因此，70Ω为Z1的特征阻抗。然后通过开路支节的阻抗公式计算出单元的宽度与长度，开路支节的阻抗公式可以通过查阅资料获得。
运算得到的每个支节，最后将这些单元以二分之一波长的间距交错放置在主馈线两侧，整体呈中心对称，电流分布最大的在阵列中心，两侧逐渐降低。由于单元间存在耦合影响，不能实现同相辐射，单元间距适当延长缩短手动调节参数，或者利用仿真软件自带优化算法进行优化。优化后各单元实现同相激励，方向图综合效果好，天线效率高。最后调节阻抗变换段，以达到匹配效果。
仿真结果如图2、3所示，-10dB阻抗带宽为75.38G～77.05G，H面增益为15.89dB，副瓣电平为-20.49dB，3dB波束宽度为11.34°。
如图1b所示，为4×18梳形阵列天线的结构示意图，其依次连接有GCPW结构3(接地共面波导结构)、GCPW-SIW转接结构5、SIW不等功分器2(基片集成波导不等功分器)、SIW-微带线转接结构4和并列设置的4个1×18梳形阵列天线。
GCPW结构3的功能是便于与芯片连接，同时该传输结构损耗较低；GCPW-SIW转接结构5的功能是将基片集成波导传输结构转换为接地共面波导传输结构，也可以反向传输；SIW不等功分器2的功能是将能量按照预期设计不等分给各个端口，从而实现对E面方向图的副瓣控制。
SIW-微带线转接结构4的功能是将基片集成波导转换为微带线传输，也可以反向传输。
梳形阵列天线是是传输线的导行波与空间中的电磁波转换的媒介，采用梳形阵列天线对比微带矩形阵列，尺寸更小。天线的性能影响着整体毫米波雷达探测的性能。
4×18梳形阵列天线中心频率为76.5GHz，上下层均为金属铜，中间为介质基板。介质基板材料为Rogers 3003，介电常数为3.0，损耗角正切为0.0013，厚度为0.127mm，铜厚为0.035mm。
如图4-图7所示，为了实现高增益、窄波束、低副瓣，还设计了一款SIW不等功分器2，将1×18线阵组成4×18面阵，最终实现了E面、H面的副瓣抑制。如图4所示，SIW不等功分器2中的等分结构7，SIW不等功分器中的不等分结构8和短路金属柱9均根据固定孔间距0.5mm直接连接，SIW不等功分器结构的2端口10和11.SIW不等功分器结构的3端口11为所示端口，为SIW不等功分器2的输出端口，直接与SIW-微带线转接结构4相连。
短路金属柱9可以调节其位置来实现所需功率分布，短路金属柱9位置不同，两能量流入比例也会不同，上下左右位置均可调节，具体优化方法要根据仿真结果来。
SIW不等功分器中的不等分结构8是两个，两个不等分结构8左右对称布置，与SIW不等功分器中的等分结构7按照固定的0.5mm孔间距直接相连。等分结构7最下方为馈入端口。不等功分器8设有SIW不等功分器结构的2端口10、SIW不等功分器结构的3端口11。SIW不等功分器2性能如图5-图7所示，-10dB阻抗带宽为72.44G～77.93G，76.5G处两端口幅值分别为-4.22dB、-11.76dB，相差7.54dB，可以在E面实现较低的副瓣电平，两端口相位差5.43°，在误差允许范围内。
最终该天线由左侧的GCPW结构3进行馈电。其中，GCPW与SIW、SIW与微带线之间均设计了转接结构4和5，转接性能良好。如图5～7所示，仿真得-10dB阻抗带宽为75.4G～77.31G。H面增益为18.98dB，副瓣电平为-21.57dB，3dB波束宽度为13.96°。E面增益为18.64dB，副瓣电平为-22.08dB，3dB波束宽度为25.56°。
该结构通过组阵的方式解决了微带天线在高频下损耗高导致的低增益问题，同时1×18线阵根据泰勒分布，设计实现了低副瓣，最终4×18面阵带宽可覆盖汽车雷达常用的76～77G应用频段，且副瓣电平低于-20dB，可以很好的满足远距离探测、方向指向性好和低雷达误报率的需求。
以上所述仅对本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡是在本实用新型的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低副瓣梳形阵列天线，其特征是，设有依次电连接的接地共面波导结构、接地共面波导-基片集成波导转接结构、基片集成波导不等功分器、基片集成波导-微带线转接结构和四个并列设置的1×18梳形阵列天线；
所述接地共面波导结构以低损耗将低副瓣梳形阵列天线与芯片连接；
所述接地共面波导-基片集成波导转接结构将基片集成波导传输结构与接地共面波导传输结构相互转换；
所述基片集成波导不等功分器将能量按照预期设计不等分给各个端口，从而实现对E面方向图的副瓣控制；
所述基片集成波导-微带线转接结构将基片集成波导与微带线传输相互转换；
所述梳形阵列天线是传输线的导行波与空间中的电磁波转换的媒介。
2.根据权利要求1所述低副瓣梳形阵列天线，其特征在于，所述1×18梳形阵列天线设有微带馈电端口，四分之一波长阻抗变换段，18个开路支节和主馈线，所述微带馈电端口通过所述四分之一波长阻抗变换段与所述主馈线电连接，所述18个开路支节与所述主馈线电连接。
3.根据权利要求2所述低副瓣梳形阵列天线，其特征在于，所述18个开路支节根据泰勒分布在18个单元、-24dB副瓣电平的理想情况下计算得到的电流分布以及阻抗计算公式得到，所述18个开路支节以二分之一波长的间距交错放置在主馈线两侧，整体呈中心对称。
4.根据权利要求1所述低副瓣梳形阵列天线，其特征在于，所述基片集成波导不等功分器为1分4不等功分器。
5.根据权利要求4所述低副瓣梳形阵列天线，其特征在于，所述基片集成波导不等功分器设有一个等分结构和二个不等分结构，所述不等分结构设有2端口和3端口分别连接所述1×18梳形阵列天线。
6.根据权利要求4或5任一所述低副瓣梳形阵列天线，其特征在于，所述基片集成波导不等功分器还设有调节功率分布的短路金属柱，根据短路金属柱位置的不同，能量流入比例也会不同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322452929.5U CN220914574U (zh) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | 一种低副瓣梳形阵列天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322452929.5U CN220914574U (zh) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | 一种低副瓣梳形阵列天线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220914574U true CN220914574U (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=90918708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322452929.5U Active CN220914574U (zh) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | 一种低副瓣梳形阵列天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220914574U (zh) |
-
2023
- 2023-09-11 CN CN202322452929.5U patent/CN220914574U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110323575B (zh) | 电磁超材料加载的双极化强耦合超宽带相控阵天线 | |
| Luxey et al. | Simple design of dual-beam leaky-wave antennas in microstrips | |
| CN113113782B (zh) | 一种宽带金属平板阵列天线、雷达、无线通信系统 | |
| CN213584178U (zh) | 微带天线以及毫米波雷达 | |
| CN112635994A (zh) | 一种微带串馈天线及毫米波雷达 | |
| CN108736153B (zh) | 一种三频低剖面贴片天线 | |
| CN113725600B (zh) | 一种用于毫米波汽车雷达的mimo阵列天线 | |
| CN113285215B (zh) | 一种宽带双极化波导缝隙天线单元 | |
| CN214754187U (zh) | 一种车载79GHz毫米波六边形串馈贴片天线 | |
| CN107799888B (zh) | 一种双频高增益贴片天线 | |
| CN113644454A (zh) | 一种x波段微带平面阵列天线 | |
| CN220914574U (zh) | 一种低副瓣梳形阵列天线 | |
| CN117013246A (zh) | 基于人工表面等离激元的宽带双极化平面端射天线 | |
| CN114284712B (zh) | 一种基于人工表面等离激元的宽带高增益平面端射天线 | |
| CN215816423U (zh) | 天线阵列、天线系统以及雷达 | |
| CN115051149A (zh) | 一种电控式定频低剖面二维多波束超表面天线 | |
| Divya et al. | Compact Triple Band Millimeter Wave Patch Antenna Array for Vehicular and 5G Communications | |
| CN115411500B (zh) | 天线组件、雷达装置及车辆 | |
| CN214254733U (zh) | 一种微带串馈天线及毫米波雷达 | |
| CN219801259U (zh) | 一种3d毫米波雷达的垂直极化天线 | |
| Chen et al. | A Series-Fed Horizontally-Polarized Patch Antenna Array | |
| CN218827835U (zh) | 共面馈电波导缝隙天线及雷达 | |
| CN114336019B (zh) | 一种具有共辐射体的5g大频率比波束扫描天线 | |
| CN117353000B (zh) | 一种新型3d毫米波车载雷达圆极化天线 | |
| CN117060065B (zh) | 一种毫米波超表面天线 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |