短距車載雷達天線的製作方法

2023-04-24 12:08:56 1

本發明屬於雷達和汽車電子技術領域，涉及一種短距車載雷達天線。

背景技術：

隨著人民生活質量的不斷提高，家用轎車是越來越多。一方面來講，家用轎車的普及的確可以讓我們的生活變得更加的便利；但是，另一方面它也帶來了嚴重的交通安全問題。一份戴姆勒-克萊斯勒公司的調查研究報告顯示，在開車的過程中如果駕駛員有0.5秒的提前警告時間，大約60％的追尾事故可以避免，如果提前1秒可以預判，那麼90％的追尾事故將不會發生。如果一輛車上裝有防撞的報警系統的話，交通事故可以減少73％。車載防撞雷達系統作為一種主動安全的防禦方式越來越受到人們的關注。

目前，車載防撞雷達天線的工作頻段一般為24ghz頻段，35ghz頻段，77ghz頻段。而35ghz附近軍工頻段較多，77ghz對器件的要求又比較苛刻，所以本文設計的應用於汽車防撞雷達的頻段選為24ghz頻段。根據我國工業和信息化部在2012年發布的《工業和信息化部關於發布24ghz頻段短距車載雷達設備使用頻率的通知》，24ghz短距車載雷達頻段使用的頻率為24.25-26.65ghz,發射信號帶寬至少為500mhz。本文所設計的微帶車載雷達天線的諧振頻率為24.8ghz。對於汽車防撞雷達的天線部分，國內外有不少的設計方案了，但大多為線極化(slovicm,jokanovicb,kolundzijab.highefficiencypatchantennafor24ghzanticollisionradars[c].telecommunicationsinmodernsatellite,cableandbroad-castingservices,7thinternationalconferenceon,2005:20-23)。在毫米波頻段，雨霧等空中水凝物對電磁波後向散射形成的雨霧雜波嚴重影響了雷達的探測精度(胡志慧，姜永華，李娜，凌祥。ka波段寬帶圓極化微帶天線及陣列的設計[j]彈箭與制導學報2013.33:129-133)。對比於單一的線極化波，圓極化具有抗雨霧幹擾的能力和抑制多徑反射的優勢，從而可以減弱雨霧對雷達探測性能的影響。目前已經有多種應用於汽車防撞雷達的圓極化微帶天線，但是效果並不好。例如陳冰潔的應用於車載防撞雷達的圓極化微帶天線陣列就存在圓極化帶寬在窄，天線加工複雜的缺點。當然，也有像胡志慧等人在ka波段寬帶圓極化微帶天線及陣列設計中設計縫隙耦合天線一樣高軸比的帶寬的天線，這種天線更加容易形成圓極化，但是一般需要兩層甚至多層介質板，加工工藝要求較高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種加工工藝和成本不高且更加實用的一種短距車載雷達天線。

本發明採用的技術方案是：

短距車載雷達天線，包括一介質基板，其特徵在於：所述介質基板上刻蝕有1*n的微帶天線陣列結構，所述微帶天線陣列結構包括n個等間距並排均布的微帶貼片，n為偶數，每個所述微帶貼片上均設有分微帶饋線，所述分微帶饋線均連接於水平微帶饋線上，所述水平微帶饋線的中間設有垂直微帶饋線，所述水平微帶饋線與垂直微帶饋線共同組成功分器，所述水平微帶饋線上與每個分微帶饋線連接的枝節處均設有阻抗變換線。本發明的微帶天線陣列結構是一單層結構，從而製備比較簡單。同時設置阻抗變換線來達到阻抗匹配的目的，實用可靠。

進一步，所述微帶貼片是一矩形貼片，矩形貼片的對角處設有倒角結構，形成圓極化微帶天線。

進一步，所述微帶貼片的中間位置處開設有一t型縫隙，所述t型縫隙由豎直矩形縫隙和水平矩形縫隙連通組成。本發明設置t型縫隙的目的在於增加帶寬。

進一步，所述水平矩形縫隙的寬邊是y軸對稱設置，y軸與水平微帶饋線平行並朝右設置，長邊的左側端部位於y軸負半軸的-d1位置處，軸中心是矩形貼片的中心處。

進一步，所述豎直矩形縫隙的長邊是y軸對稱設置，寬邊的位於y軸負半軸的-d1位置處。

進一步，所述分微帶饋線垂直連接於微帶貼片寬邊的中間處。

進一步，所述微帶貼片在分微帶饋線的兩側均開設有矩形縫隙，來達到阻抗匹配的目的。

進一步，所述阻抗變換線為四分之一波長阻抗變換器。

進一步，所述介質基板的一面上按照陣列結構覆銅，另一面則完全覆銅，用於做無限大接地平面。

進一步，所述微帶貼片的個數n＝8，微帶貼片的寬度為3.6mm，長度為3.84mm；矩形縫隙的寬度為0.04mm，長度為0.51mm；水平矩形縫隙的寬度為0.06mm，長度為0.53mm，分微帶饋線的寬度為0.54mm，豎直矩形縫隙的寬度為0.09mm，長度為0.64mm；倒角結構邊長為0.64mm；微帶貼片間的間距8.41mm，阻抗變換線的長度為2.1mm，靠近垂直微帶饋線的兩阻抗變換線的寬度為0.85mm，其餘阻抗變換線的寬度為1.56mm，垂直微帶饋線的寬度為1.21mm，水平微帶饋線的寬度為0.64mm，x軸負半軸的d1取值為0.02mm；介質基板的材料為rogers5880，介電常數2.2，材料的厚度為0.508mm。

本發明有益效果：本發明中的微帶天線陣列結構為單層結構，從而製備比較簡單。陣列結構的阻抗帶寬2.2ghz，軸比帶寬為470mhz，增益為15.54db,而且e面方向圖的半功率波瓣寬度為10°，h面的半波瓣寬度為76°，實用可靠。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的微帶貼片的結構視圖。

圖3(a)為本發明的微帶貼片仿真s參數曲線。

圖3(b)為本發明的微帶貼片仿真smith圓圖。

圖3(c)為本發明的微帶貼片仿真軸比曲線圖。

圖3(d)為本發明的微帶貼片增益與方向性視圖。

圖4(a)為本發明的微帶車載雷達天線s11仿真結果。

圖4(b)為本發明的微帶車載雷達天線s11實物測試結果。

圖4(c)為本發明的微帶車載雷達天線s11仿真與實測結果對比。

圖4(d)為本發明的微帶車載雷達天線仿真軸比曲線圖。

圖5(a)為本發明的微帶車載雷達天線hfss仿真增益圖。

圖5(b)為本發明的車載雷達天線歸一化實測輻射方向圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例來對本發明進行進一步說明，但並不將本發明局限於這些具體實施方式。本領域技術人員應該認識到，本發明涵蓋了權利要求書範圍內所可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。

如圖1所示，短距車載雷達天線，包括一介質基板1，所述介質基板1上刻蝕有1*8的微帶天線陣列結構，整個介質板長70.94mm,寬為14.72mm。所述微帶天線陣列結構包括8個等間距k＝8.41mm並排均布的微帶貼片2，每個所述微帶貼片2上均設有寬度為w3＝0.54mm的分微帶饋線21，所述分微帶饋線21均連接於寬度為w100的水平微帶饋線3上，所述水平微帶饋線3的中間設有寬度為w50＝1.21mm的垂直微帶饋線4，並且用w100＝0.64mm的水平微帶饋線與垂直微帶饋線4共同組成功分器，達到功分的效果。所述水平微帶饋線3上與每個分微帶饋線21連接的枝節處均設有長度為k1＝2.1mm的阻抗變換線5，接近所述垂直微帶饋線4的兩阻抗變換線5為寬度為wb＝1.56mm的四分之一波長阻抗變換器，其餘阻抗變換線5為寬度為wa＝0.85mm的四分之一波長阻抗變換器。本發明所述的微帶貼片2的間距設置為大約1個介質波長的長度，用k來表示。整個微帶車載雷達天線的饋電點即垂直微帶饋線4在整個陣列的中間，為了使整個陣列實現阻抗匹配，用四分之一波長阻抗變換器實現阻抗匹配，也從而可以達到功分器的效果。

如圖2所示，所述的微帶貼片2是長為l寬為w的矩形貼片，其中l＝3.84mm，w＝3.6mm。為了形成圓極化，利用簡併分離單元激勵起兩個相互正交的tm01模和tm10模，即在左下角和右上角各切一個倒角結構25，倒角結構25的邊長大小a＝0.64mm。為了進一步擴展軸比帶寬，在矩形貼片的中心先開一條寬為w2長為l2的水平矩形縫隙23，其中w2＝0.06mm，l2＝0.53mm，水平矩形縫隙23的位置為矩形的寬邊關於y軸對稱，而長邊在y軸的負半軸上的長度為d1＝0.02mm。為了再進一步的增加帶寬，在y＝-d1的地方再開一個豎直矩形縫隙24，豎直矩形縫隙24的長邊是y軸對稱設置，從-l4/2到l4/2，長度l4＝0.64mm，寬度為從-d1到-d1-w4，w4＝0.09mm，從而整個縫隙可以組成一個t型縫隙。本實施例中以矩形貼片的中心線為軸線，x軸與水平微帶饋線3垂直設置，方向是矩形貼片的中心往水平微帶饋線3方向，y軸與水平微帶饋線3平行設置，方向是矩形貼片的中心往右的方向。

本實施例所述分微帶饋線21垂直連接於微帶貼片2寬邊的中間處。為了實現阻抗匹配，在分微帶饋線21的左右兩邊各開一個寬為w1長為l1的矩形縫隙22，w1＝0.04mm,l1＝0.51mm,從而達到阻抗匹配的目的。

本實施例所述微帶天線陣列結構是蝕刻在介質基板1上的，介質基板1為聚四氟乙烯rogers5880，介電常數2.2，材料的厚度為0.508mm。在介質基板上雙面覆銅，一面按照陣列結構覆銅，另一面則完全覆銅，用以做無限大接地平面。

具體實現如下：

本實施例採用電路板刻蝕技術，在厚度為0.508mm的聚四氟乙烯pcb基板某一面上刻蝕出圖2所示的微帶天線陣列結構，單元間距k＝8.41mm。整個介質材料的大小為70.94mm*14.72mm*0.508mm。

採用商業電磁仿真軟體ansofthfss14對該結構的單個微帶貼片2單元進行仿真。仿真s11參數如附圖3(a)所示，從中可以看出在23.9～25.7ghz上s11小於-10db，阻抗帶寬為1.8ghz，且在24.8ghz處回波損耗只有-43db。附圖3(b)為微帶貼片2單元的smith圓通，從圖中可以看出，微帶貼片2單元幾乎達到了完全的匹配。圖3(c)為微帶貼片2單元的軸比示意圖，從圖中可以看出微帶貼片2天線的3db軸比帶寬為從24.52ghz到25.13ghz共610mhz的帶寬。而圖3(d)示出了微帶貼片2單元的2d方向圖，從圖中可以看出微帶貼片2單元是右旋極化的，且單個微帶貼片2的增益為7.6db。

將微帶貼片2單元按圖2所示排列為1*8的陣列結構，使用四分之一阻抗變換器進行阻抗匹配。採用hfss14對該陣列結構s11進行仿真，仿真結果如圖4(a)所示。其中，此微帶車載雷達天線的回波損耗最小的點並沒有和微帶貼片單元一樣恰好落在了24.8ghz點。這是因為圓極化天線除了要考慮該天線的回波損耗以外，還要考慮該天線的軸比帶寬。而且一般軸比帶寬相比於阻抗帶寬來講要小很多，所以為了保證該車載雷達天線能夠更好的實現圓極化，使軸比諧振點落在了24.8ghz，如圖4(d)所示。最終得到的車載雷達天線的s11曲線如圖4(a)所示，該車載雷達天線的回波損耗在24.8ghz處依舊小於-20db。將加工出來的實物用8719ses矢量網絡分析儀進行測試，最終測試結果如圖4(b)所示。將測試結果與仿真結果進行對比，如圖4(c)所示，該實物測試結果與仿真結果有0.4ghz的頻率差。不過，巧合的是該頻率差值正好可以使該車載雷達天線的諧振點落在了24.8ghz，且在24.8ghz處的回波損耗約為-27db。

如圖5(a)所示，車載雷達天線的增益為15.54db這與圖3(d)所示的單個天線的增益相比提高了7.9db。而且，天線在xoz面的半功率波瓣寬度為70°，在yoz面的半功率波瓣寬度為10°，很好的提高了天線的方向性。該車載雷達天線的實物增益的歸一化結果如圖5(b)所示,為了使該測試結果中的天線副瓣更加的明顯，所以圖5(b)的結果中只截取了-90°到90°的範圍，該實物方向圖測試的結果圖像與仿真結果相差不大。實物測試結果顯示：在大約20°的位置開始出現了第一副瓣，該副瓣電平小於-20db，極好的實現了天線的方向性。