毫米波雷达阵列天线研究

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随着人们生活水准的升级,小型乘用汽车作为一般商品逐步进入到各家各户中,乘用车安全日益引起消费者的重视。毫米波雷达在日常使用的主动安全装置占有重要地位,广泛应用于前向防撞、变道辅助、盲点检测等场景。针对车载毫米波雷达不同的应用对天线有不同的设计要求,本文分别设计了两款应用于前向防撞的高增益阵列天线和一款应用在乘用车防撞角雷达的宽波束阵列天线。具体的研究内容如下:1、77GHz前向汽车远距离防撞雷达SIW阵列天线设计。前向防撞雷达天线使用同时兼备金属波导低损耗特性和平面传输线易于集成特性的SIW(Subtrate Integrated Waveguide)技术。(1)8×10面阵设计。根据SIW单一缝隙HFSS参数提取办法对1×10线阵的辐射单元参数进行提取,运用泰勒综合法确定1×10线阵每个缝隙的电流幅值分布以达到低副瓣的性能,并将设计出的1×10单元缝隙线阵作为8×10天线阵的辐射子阵列。8×10面阵其馈电结构采用Y/T型不等分功分器组合成的树状网络进行设计。为有效减小面阵的E面的副瓣电平值SLL,8×10阵的馈电网络输出端口的功率分布采用泰勒综合法设计。面阵整体尺寸为24mm×42mm,面阵在76.5GHz~77.5GHz频段S11<10d B,E面(方位面)和H面(俯仰面)波束宽度分别为11.9°、14.2°,副瓣电平SLL<-20.2d B,在76.5GHz~77.5GHz频段内天线Gain>23d B,最大增益为23.4d B。(2)为了缩减雷达天线整体的尺寸,设计了一款小型化8×10面阵。该面阵采用紧凑型直接一分八馈电网络结构进行馈电,其整体尺寸为22.4mm×31mm,相较于树状型馈电网络面阵,该面阵面积减小了30%。小型化面阵其阻抗带宽为76.4GHz~77.7GHz,在该面阵阻抗带宽内其最大增益为23.6d B,副瓣电平SLL<-19.7d B。设计的两款天线均满足车辆前向防撞雷达对天线高增益、窄主瓣、低副瓣的需求。2、77GHz防撞角雷达天线设计。应用在车辆防撞的角雷达需要宽的波束角覆盖范围来达到宽角度探测的需求,单一的微带串馈线阵的方位面3d B波束宽度在60°~80°范围内,未能满足宽波束需求。为实现微带阵列天线在水平面的宽波束覆盖,设计了一款双层宽波束天线。该天线采用双层结构,在10单元微带串馈阵列正上方加载寄生贴片和介质基板,微带串馈天线与寄生贴片之间的电磁耦合作用拓展天线方位面(H面)的3d B波束宽度,实测结果表明双层宽波束天线方位面的3d B波束宽度(HPB W)为134.6°,增益可以达到10.6d B,副瓣电平SLL=-19.8d B,阻抗带宽仿真结果为1.5GHz(76.2GHz~77.7GHz),加工天线的实际测试阻抗带宽为1.8GHz(75.8GHz~77.6GHz),实际测试和仿真两者结果相吻合,可以满足车载角雷达天线需求。
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