【摘 要】
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高效稳定的汽车雷达对于自动驾驶系统降低风险是至关重要的,毫米波雷达天线在高级驾驶辅助系统（Advanced Driving Assistance System,ADAS）发挥着重要作用,已成为近年来汽车防撞雷达系统的主流技术。77 GHz频率对应的波长更短,更容易实现天线小型化,进而实现系统的小型化。目前,大多数汽车雷达天线设计基于印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）进
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高效稳定的汽车雷达对于自动驾驶系统降低风险是至关重要的,毫米波雷达天线在高级驾驶辅助系统（Advanced Driving Assistance System,ADAS）发挥着重要作用,已成为近年来汽车防撞雷达系统的主流技术。77 GHz频率对应的波长更短,更容易实现天线小型化,进而实现系统的小型化。目前,大多数汽车雷达天线设计基于印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）进行加工,由于天线到芯片再到天线的路径较长,给射频前端系统带来高插入损耗。基于扇出型晶圆级封装工艺（Fan-out Wafer Level Packaging,FOWLP）的微带贴片阵列天线的显著优点是体积小、集成度高,便于整合到不同车型的汽车雷达系统。基于汽车短距雷达对天线频带和波束宽度要求,设计了紧凑尺寸为9×8.6×0.256 mm3的基于FOWLP的两发两收（2 Transmit and 2 Receive antennas,2T2R）短距雷达阵列天线。首先设计了天线馈电与芯片引脚的梯形过渡结构,然后设计了H型缝隙耦合单贴片天线作为阵元。仿真结果表明,其覆盖了77-GHz频段的阻抗匹配带宽,隔离度满足要求。发射天线在78.06 GHz时达到最大增益4.79 d B,在E面的半功率波束宽度为131°,在H面的半功率波束宽度为51°。接收天线在77.76 GHz时达到最大增益7.57d B,在E面的半功率波束宽度为122°,在H面半功率波束宽度为64°。基于汽车中远距雷达和多输入多输出（Multiple-input Multiple-output,MIMO）雷达要求,设计了紧凑尺寸为13×13×0.256 mm3的基于FOWLP的2T2R中远距雷达阵列天线,H型缝隙耦合三元串馈贴片天线作为阵元。仿真结果表明,其覆盖了77-GHz频段的阻抗匹配带宽,隔离度满足要求。发射天线在76.94 GHz时达到最大增益7.66 d B,在E面的半功率波束宽度为28°,在H面的半功率波束宽度为64°。接收天线在77.34 GHz时达到最大增益12.11 d B,在E面的半功率波束宽度为34°,在H面的半功率波束宽度为44°。为了实现天线小型化,设计了基于FOWLP的梳状微带阵列天线,其覆盖了77-GHz频段的阻抗匹配带宽,天线最大峰值增益在77.75GHz达到10.09d B,为FOWLP工艺在汽车雷达应用的天线设计做基础储备。本文设计的基于FOWLP工艺的汽车雷达阵列天线,直接与射频芯片封装,具有更短的互连、更低的损耗、更集成的系统等优点。同时,本文提出的基于FOWLP工艺的天线设计方法,可以广泛应用到汽车雷达阵列天线设计,为天线布局提供数据依据,可以避免重复工作,从而节约成本。
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