CN210296625U - 一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，包括刻蚀在PCB板上的一个面阵结构、匹配网络和微带功分器，所述面阵结构包括多个结构相同的线阵结构，多个所述线阵结构分别与一个所述匹配网络连接后与所述微带功分器并联连接；所述线阵结构包括与所述匹配网络连接的馈线和设置在所述馈线上的多个辐射体。本实用新型的天线通过将多个辐射体、馈线、匹配网络和微带功分器刻蚀在一PCB板的同一面上，便于连接，从而使得该天线的尺寸减小，使得其满足高增益、窄波束、低副瓣、超宽带的性能要求。

Description

一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线。

背景技术

近年来，伴随着我国经济的快速增长，汽车数量大幅增加，每年发生的交通事故以及事故引发的财产损失也在急剧增加。如何让人们在享受汽车给生活带来便利的同时减少交通事故的发生，提高汽车安全性和可靠性己经成为各大汽车厂商和消费者的主要关注点。汽车防撞雷达是一种可以预警或直接对驾驶员的操作进行临时干预，防止发生事故的汽车辅助驾驶***，可以显著增强车辆的安全性。与24GHz雷达相比，77GHz毫米波雷达不仅功率容限较大，可用带宽大，而且具有较高的分辨率和测角精度，现已经成为各大汽车厂商的研究热点，具有广阔的发展前景。

目前，车载77GHz毫米波雷达研制成本相对较高，大多数产品主要应用于中高档轿车，在中低档车型上并未普及。因此，当保持毫米波雷达性能时，如何进一步降低毫米波雷达的价格就显得尤为重要。其次，由于毫米波雷达主要安装在车辆前方或前保险杠内，所以对雷达的体积大小限制严格。为了满足车载毫米波雷达天线的增益等性能，那么在毫米波雷达射频芯片发射功率受限制的情况下，增加天线增益的有效途径必然是增加天线的辐射口径。显然，平衡天线的增益与尺寸是目前毫米波雷达天线设计的技术难点。而在77GHz汽车防撞雷达周围信息感知中，要求汽车毫米波雷达天线波束可以满足120°甚至更大角度覆盖的要求，而当前微带天线阵列的波束宽度难以满足要求，因此，设计具有宽波束的毫米波天线阵列也是目前毫米波雷达天线设计的中要求技术难点。同时，毫米波雷达天线工作时，副瓣电平会造成信噪比下降，从而影响探测距离和探测精度，因此低副瓣设计成为当前毫米波雷达设计中的另一个技术难点。

在保证毫米波雷达测距和测角的前提下，如何提高雷达雷达精度、目标分辨率，也是是目前急需解决的问题。因此，整个行业把目光投向了79GHz毫米波雷达。一般77GHz雷达带宽为500-1000MHz左右，但与79GHz雷达的4GHz工作带宽相比，77GHz雷达的目标分离精度是分米级，而79GHz雷达的目标分辨精度是厘米级；也就意味着79GHz雷达可以测到更小的目标。目前，整个行业都在大量的研究投入都在77GHz，但在79GHz也有一定的投入，但目前像博世，德尔福，大陆等在77GHz都具有成熟的产品。但在79GHz目前尚无成熟技术方案和产品。因此，如何提高雷达天线的工作带宽，也是目前毫米波雷达天线设计的技术难点。

发明内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的不足，提供一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其工作频率可覆盖77-81GHz，可应用于77GHz和 79GHz汽车毫米波雷达。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，包括刻蚀在PCB板上的一个面阵结构、匹配网络和微带功分器，所述面阵结构包括多个结构相同的线阵结构，多个所述线阵结构分别与一个所述匹配网络连接后与所述微带功分器并联连接；所述线阵结构包括与所述匹配网络连接的馈线和设置在所述馈线上的多个辐射体。

进一步的，作为优选技术方案，多个所述辐射体的宽度相同，所述辐射体的长度从中间到两边依次逐渐变小。

进一步的，作为优选技术方案，所述辐射体距离所述馈线的中心线垂直距离从中间到两边依次逐渐变小。

进一步的，作为优选技术方案，所述辐射体的数量至少为3个。

进一步的，作为优选技术方案，所述辐射体的数量为8-16个。

进一步的，作为优选技术方案，所述线阵结构的数量至少为3个。

进一步的，作为优选技术方案，在所述微带功分器上连接有与所述线阵结构数量相同的阻抗变换网络。

进一步的，作为优选技术方案，在所述微带功分器上连接有与所述线阵结构数量相同的阻抗变换网络和相位调节网络；所述相位调节网络与所述匹配网络连接。

进一步的，作为优选技术方案，所述辐射体为基片集成波导缝隙振子。

进一步的，作为优选技术方案，所述馈线为基片集成波导。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型的天线通过将多个辐射体、馈线、匹配网络和微带功分器刻蚀在一PCB板的同一面上，便于连接，从而使得该天线的尺寸减小，使得其满足高增益、窄波束、低副瓣、超宽带的性能要求；同时还可结合相位调节网络，设计应用于不同场景的天线阵列。

附图说明

图1为本实用新型线阵结构示意图。

图2为本实用新型微带功分馈电结构示意图。

图3为本实用新型面阵结构示意图。

图4为本实用新型加相位调节网络的微带功分馈电结构示意图。

图5为本实用新型加载相位调节网络的面阵结构示意图。

图6为本实用新型的增益方向仿真图。

图7为本实用新型的驻波仿真图。

图8为本实用新型的驻波仿真图。

图9为本实用新型加载相位调节结构的增益方向仿真图。

图10为本实用新型加载相位调节结构的驻波仿真图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1

一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，如图1-3所示：包括刻蚀在PCB板上的一个面阵结构、匹配网络3和微带功分器4，面阵结构包括多个结构相同的线阵结构，多个线阵结构分别与一个匹配网络3连接后与微带功分器4并联连接；线阵结构包括与匹配网络3连接的馈线2和设置在馈线2上的多个辐射体1。其中，多个辐射体1的宽度相同，辐射体1的长度从中间到两边依次逐渐变小；辐射体1距离馈线2的中心线垂直距离从中间到两边依次逐渐变小；在微带功分器4上连接有与线阵结构数量相同的阻抗变换网络5。

在本实施例中，辐射体1的数量至少为3个，优选的，辐射体1的数量为8-16个；线阵结构的数量至少为3个。

例如：本实施例的天线包括m×n个辐射体1，m×n个辐射体1在PCB板的同一个平面内刻蚀一个面阵结构，每m个辐射体1通过馈线2串联组成一个线阵结构，n个线阵结构并联成一个面阵结构；每个线阵结构均与一个匹配网络3连接后与一个1分n微带功分器4并联连接；其中m、n均为大于0的自然数；有选的m、n均为大于等于3的自然数。

在本实施例中，m=16， n=10，即面阵结构包括10个线阵结构，每个线阵结构具有16个辐射体1，因此，微带功分器4为一分十微带功分器4，结合馈线2和匹配网络3，所制成的天线尺寸仅为28mm×33mm，且各线阵结构、匹配网络3和微带功分器4均位于同一平面便于连接。将此设计应用于77GHz毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其仿真结果如图6-7所示，通过图6的无相位调节结构时的增益方向仿真图可知，本实施例的天线仿真增益达到25.1dBi，E面3dB波束宽度为±5.8°，H面3dB波束宽度达到±5.2°，满足副瓣电平抑制大于17dBc，满足高增益，窄波束，低副瓣的性能要求；同时，通过图7的驻波仿真图，可知在76.3~77GHz带内驻波均优于-10dB，而在75.3~77GHz的带宽内驻波比优于-9.5dB。

同时，在本实用新型中，辐射体1的长度可根据所需要的天线的工作带宽进行调节，再结合匹配网络3和微带功分器4，可设计宽带高增益的天线阵列，如将此设计应用于79GHz毫米波宽带基片集成波导缝隙天线中，该79GHz宽带基片集成波导线阵和面阵的驻波系数对比示意图如图8所示，其工作带宽均可覆盖77-81GHz，而将其应用于雷达中可进一步提高雷达的距离与目标分辨率。且本实施案例中的辐射体1、馈线2、匹配网络3、微带功分器4可以在同一PCB板上刻蚀成形。

实施例2

基于实施例1，如图4-5所示：在微带功分器4上同时连接有与线阵结构数量相同的阻抗变换网络5和相位调节网络6；相位调节网络6与匹配网络3连接。将此设计应用于77GHz毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其仿真结果如图9-10所示，通过图9增益方向仿真图可知，本实施例的天线仿真增益达到21dBi，E面3dB波束宽度为±5.8°，H面3dB波束宽度达到102.3°，6dB波束宽度可以达到136°，其波束宽度和增益不但可满足汽车雷达近中远距的测试的增益要求，而且也可满足汽车雷达在周围信息感知大角度波束覆盖的要求；如图10波仿真图可知，本实施例在75~78GHz带内驻波均优于-15dB。

在本实用新型中，辐射体1为基片集成波导缝隙振子，馈线2为基片集成波导。

本实用新型将微带功分器4、匹配网络3以及各线阵结构置于同一个平面内构成面阵结构，方便制作、减少加工成本；将各线阵结构中辐射体1的尺寸从中间到两边依次逐渐变小，并且由于馈线2的特点，辐射体1间距变小，减小了天线的尺寸，同时改善了面阵结构的旁瓣电平，进而可提高车载毫米波雷达的测角精度；最后，在天线面阵结构中增加相位调节网络6，可提升天线的波束宽度，使雷达天线满足不同环境与场景测速和测角要求。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，包括刻蚀在PCB板上的一个面阵结构、匹配网络（3）和微带功分器（4），所述面阵结构包括多个结构相同的线阵结构，多个所述线阵结构分别与一个所述匹配网络（3）连接后与所述微带功分器（4）并联连接；所述线阵结构包括与所述匹配网络（3）连接的馈线（2）和设置在所述馈线（2）上的多个辐射体（1）。

2.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，多个所述辐射体（1）的宽度相同，所述辐射体（1）的长度从中间到两边依次逐渐变小。

3.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述辐射体（1）距离所述馈线（2）的中心线垂直距离从中间到两边依次逐渐变小。

4.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述辐射体（1）的数量至少为3个。

5.根据权利要求4所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述辐射体（1）的数量为8-16个。

6.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述线阵结构的数量至少为3个。

7.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，在所述微带功分器（4）上连接有与所述线阵结构数量相同的阻抗变换网络（5）。

8.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，在所述微带功分器（4）上连接有与所述线阵结构数量相同的阻抗变换网络（5）和相位调节网络（6）；所述相位调节网络（6）与所述匹配网络（3）连接。

9.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述辐射体（1）为基片集成波导缝隙振子。

10.根据权利要求1所述的车载毫米波宽带基片集成波导缝隙天线，其特征在于，所述馈线（2）为基片集成波导。

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