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