一种用于近距离车载雷达的宽带宽波束天线的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种用于近距离车载雷达的宽带宽波束天线。


背景技术：

2.近年来，作为实现车辆自动驾驶必不可少的设备，车载雷达受到越来越多的关注。按照作用距离，车载雷达可以分为远、中、近距离三种，其中，近距离车载雷达要求具有很宽的视场角以及较高的距离分辨率，所以要求近距离车载雷达天线具有宽带、宽波束性能，而微带天线具有体积小、重量轻、成本低的优点，成为近距离车载雷达天线的首选。微带天线实现宽带的方法主要有采用低介电常数介质基板、加大介质基板厚度、采用多层微带贴片、微带贴片开缝等，其中采用多层微带贴片的方法设计过程简单，而且便于对带宽进行精确地调整。实现宽波束的方法主要有通过加载金属折叠腔等减小天线有效辐射口径、延伸介质基板尺寸、加载金属单极子、采用三维地结构等，这些方法会增大天线体积、增加天线设计加工复杂度、增高天线剖面，难以适用于近距离车载雷达等其他需要宽带宽波束天线的应用场合。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中的不足，提供一种用于近距离车载雷达的宽带宽波束天线，以针对现有的宽带宽波束天线设计加工复杂度高、剖面高、波束展宽效果不佳等问题，提供了一种结构简单、易于设计的低剖面、宽带、宽波束天线。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于近距离车载雷达的宽带宽波束天线，包括金属主辐射贴片、金属寄生贴片、第一介质基板、第二介质基板、金属地板、金属化过孔和金属微带线；所述金属主辐射贴片包括第一辐射贴片和第二辐射贴片，所述第一辐射贴片印制在第一介质基板的上表面，所述第二辐射贴片印制在第二介质基板的上表面；所述第一介质基板、第二介质基板由上至下依次设置在金属地板上；所述金属地板印制在第二介质基板的下表面；所述金属微带线印制在第二介质基板的上表面，且所述金属微带线垂直连接第二辐射贴片；所述金属寄生贴片包括多片寄生辐射贴片，且寄生辐射贴片均印制在第一介质基板的上表面；所述金属主辐射贴片周围设有多个金属化过孔，所述金属化过孔贯穿第一介质基板、第二介质基板，金属化过孔下方接金属地板，金属化过孔上方与对应的寄生辐射贴片相接，所述金属寄生贴片与金属化过孔一一对应设置。
5.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步地，所述第一介质基板、第二介质基板平行设置在金属地板上，且第一介质
基板重叠设置在第二介质基板的上表面。
6.进一步地，所述第一介质基板、第二介质基板、金属地板的横截面均呈矩形，第一介质基板的中心、第二介质基板的中心、金属地板的中心的连线呈一直线，且该直线与金属地板垂直。
7.进一步地，所述第一介质基板、第二介质基板均为rogers5880，厚度为0.508mm。
8.进一步地，以平行于金属微带线的方向建立x轴，以垂直于金属微带线的方向建立y轴，且x轴、y轴均平行于金属地板所在平面，以垂直于金属地板所在平面的方向建立z轴；所述第一辐射贴片中心的y轴坐标与第二辐射贴片中心的y轴坐标相同；所述第一辐射贴片的中心与第二辐射贴片的中心在x轴方向上存在距离s，且s=0.5mm。
9.进一步地，以平行于金属微带线的方向建立x轴，以垂直于金属微带线的方向建立y轴，且x轴、y轴均平行于金属地板所在平面，以垂直于金属地板所在平面的方向建立z轴；所述金属化过孔的数目为4个；所述金属化过孔的圆心与对应的寄生辐射贴片的中心在y轴方向上重合；所述金属化过孔与金属地板、寄生辐射贴片相垂直。
10.进一步地，所述金属化过孔的直径不超过寄生辐射贴片的长度，使得金属化过孔完全被覆盖在寄生辐射贴片下方；所述金属化过孔的高度与第一介质基板、第二介质基板的厚度之和相同。
11.进一步地，所述金属化过孔包括临近金属微带线的第一金属化过孔、第二金属化过孔和远离金属微带线的第三金属化过孔、第四金属化过孔；平行于x轴方向且经过第一金属化过孔中心点的直线与平行于x轴方向且经过第四金属化过孔中心点的直线之间存在错位距离d1，且d1取为0.1mm；平行于x轴方向且经过第二金属化过孔中心点在的直线与平行于x轴方向且经过第三金属化过孔中心点的直线之间存在错位距离d2，且d2取为0.1mm。
12.进一步地，所述寄生辐射贴片的数目为4片；所述寄生辐射贴片的中心与第二辐射贴片的中心距离不小于0.5λ，λ表示波长。
13.进一步地，临近所述金属微带线的2个寄生辐射贴片的尺寸大于远离金属微带线的2个寄生辐射贴片的尺寸。
14.本发明的有益效果是：1、本发明由于采用在微带天线周边加载金属化过孔，金属化过孔上方接金属寄生贴片，通过调节金属化过孔的半径、金属化过孔与微带天线的距离以及金属寄生贴片的尺寸，改变金属化过孔上的垂直感应电流，金属主辐射贴片上的水平电流与金属化过孔上的垂直感应电流在远场方向图组合，实现e面波束宽度展宽到130
°
~150
°
，而双层金属主辐射贴片获得两个相近谐振点，从而实现阻抗带宽21.6
‑
26ghz的宽带性能。天线结构简单，便于设计与加工。
15.2、本发明由于采用金属化过孔上方加载金属寄生贴片，可以通过调节寄生辐射贴片尺寸来改变垂直感应电流分布，使得金属化过孔的高度低于0.25λ，但仍能起到单极子的作用。相比于其他利用加载单极子展宽波束的天线，此天线剖面较低，结构稳定，而且通过调节寄生贴片尺寸也便于实现阻抗匹配。
附图说明
16.图1为本发明的整体结构图。
17.图2为本发明的侧视结构图。
18.图3为本发明的反射系数的仿真结果图。
19.图4a
‑
4h为本发明的部分频点方向图仿真结果图；其中图4a为21.5ghz下的方向图仿真结果图，图4b为22ghz下的方向图仿真结果图，图4c为22.5ghz下的方向图仿真结果图，图4d为23ghz下的方向图仿真结果图，图4e为23.5ghz下的方向图仿真结果图，图4f为24ghz下的方向图仿真结果图，图4g为24.5ghz下的方向图仿真结果图，图4h为25ghz下的方向图仿真结果图。
20.图中，1、金属主辐射贴片，11、第一辐射贴片，12、第二辐射贴片，2、金属寄生贴片，3、总介质基板，31、第一介质基板，32、第二介质基板，4、金属地板，5、金属化过孔，51、第一金属化过孔，52、第二金属化过孔，53、第三金属化过孔，54、第四金属化过孔，6、金属微带线。
具体实施方式
21.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
22.结合图1，本发明提出一种用于近距离车载雷达的宽带宽波束天线，宽带宽波束天线包括金属主辐射贴片1、金属寄生贴片2、第一介质基板31、第二介质基板32、金属地板4、金属化过孔5和金属微带线6。
23.总介质基板3包括第一介质基板31和第二介质基板32，第一介质基板31、第二介质基板32平行设置在金属地板4上，第一介质基板31重叠在第二介质基板32上表面上。第一介质基板31、第二介质基板32、金属地板4的横截面呈矩形，三者中心的连线呈一直线，且该直线与金属地板4垂直；第一介质基板31、第二介质基板32为rogers5880，厚度为0.508mm。
24.第一辐射贴片11印制在第一介质基板31上表面，第二辐射贴片12印制在第二介质基板32的上表面，两辐射贴片中心在y轴方向对齐，在x轴方向存在距离s，优选的，第一辐射贴片11、第二辐射贴片12二者中心在x轴方向的距离s为0.5mm。
25.金属化过孔5包括4个位于金属主辐射贴片1四周的金属化过孔5，金属化过孔5下方接金属地板4，上方与对应的4片金属寄生贴片2相接，优选的，金属化过孔5的圆心与金属寄生贴片2的中心重合，金属化过孔5与金属地板4、金属寄生贴片2垂直。优选的，金属化过孔5的直径不超过金属寄生贴片2的长度。如附图2所示，由于采用微带线侧馈的馈电方式，受金属微带线6的互耦影响，4个金属化过孔5可以分为临近金属微带线6的2个金属化过孔5和远离金属微带线6的2个金属化过孔5，沿x轴负方向看去，这两组金属金属化过孔5的圆心不在一条直线上，存在距离d，优选的，d取为0.1mm。
26.金属寄生贴片2包括4片寄生辐射贴片，均印制在第一介质基板31上表面。寄生辐射贴片中心与第二辐射贴片12中心的距离不小于0.5λ。4个寄生辐射贴片的尺寸可以相同也可以不相同，由于采用微带线侧馈的馈电方式，受金属微带线6的互耦影响，优选的，2个靠近金属微带线6的金属寄生贴片2与远离金属微带线6的2个金属寄生贴片2尺寸不同，且靠近金属微带线6的金属寄生贴片2尺寸更大，便于实现宽波束及阻抗匹配。
27.金属化过孔5贯穿第一介质基板31、第二介质基板32，高度与两层介质基板厚度和
相同，便于实现天线整体结构低剖面。
28.上述结构的天线和由该天线单元组成的阵列可用于24ghz近距离车载雷达。如附图3所示，天线反射系数（s
11
）小于
‑
10db的带宽为21.5
‑
26ghz。
29.附图4a
‑
4h为本发明的部分频点方向图仿真结果图，天线在21.5
‑
25ghz内e面波束宽度大于130
°
，具体的，21.5ghz、22ghz、22.5ghz、23ghz、23.5ghz、24ghz、24.5ghz、25ghz频点下的e面波束宽度分别为130.2
°
、135.6
°
、140
°
、143.7
°
、147
°
、149
°
、147.8
°
、134.2
°
，增益分别为5.8dbi、6.1dbi、6.1dbi、5.9dbi、5.7dbi、5.6dbi、5.6dbi、5.7dbi。e面波束展宽性能良好，方向图带宽较宽。
30.本发明提出一种用于近距离车载雷达的宽带宽波束天线，通过两片金属主辐射贴片1产生两个频率相近的谐振点，以此实现宽带。在天线周围加载金属化过孔5，金属化过孔5上方接金属寄生贴片2，通过金属主辐射贴片5上的水平电流与金属化过孔5上的垂直感应电流在远场方向图组合，实现宽波束。寄生辐射贴片用于调节金属化过孔5上的垂直感应电流分布及实现阻抗匹配。金属化过孔5高度与总介质基板厚度相等，天线形式采用微带贴片天线，所以天线结构简单、剖面低、易于设计加工。
31.需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
32.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。