一种用于77GHz汽车雷达的宽波束天线的制作方法

一种用于77ghz汽车雷达的宽波束天线
技术领域
1.本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种用于77ghz汽车雷达的宽波束天线。


背景技术：

2.汽车雷达是用于汽车或其他地面机动车辆的雷达。基于不同技术，可分为激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达和微波雷达等，具有发现障碍物、预测碰撞、自适应巡航控制等功能。
3.毫米波雷达的波长介于厘米和光波之间，因此兼有微波制导和光电制导的优点，穿透雾、烟、灰尘的能力强，相比于图像传感器、超声波雷达、激光雷达等具有暴雨、夜间、浓雾全天候条件下的良好性能。其中，77ghz汽车毫米波雷达传感器相较于24ghz汽车毫米波雷达传感器而言，又具有测量精度高、分辨率高、体积小的优势。但77ghz汽车角雷达在车道变道辅助(lane change assistance，lca)、盲区检测(blind spot detection，bsd)、车道偏离预警(lane departure warning,ldw)等应用场景下，会存在波束宽度相对较窄以及大角度探测距离不足的问题，从而影响探测距离精度，给汽车驾驶带来危险。
4.天线是毫米波雷达中用于信号探测的主要部件，因此设计一种可有效展宽波束、提高大角度增益的天线，对于77ghz汽车雷达的探测精度而言具有重大的意义。


技术实现要素：

5.为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种用于77ghz汽车雷达的宽波束天线，通过主辐射阵列天线单元和微带谐振贴片单元相结合，来实现信号的传输，不仅可有效的展宽波束的宽度，而且可有效的提高天线的大角度增益、降低天线的损耗；当天线应用于77ghz汽车雷达上时，可使77ghz汽车雷达具有宽波束、高增益、高探测精度等特点。
6.本发明所要达到的技术效果通过以下技术方案来实现：
7.本发明中用于77ghz汽车雷达的宽波束天线，包括天线基板，用作天线传播信号的媒介；主辐射阵列天线单元，置于所述天线基板上，用作天线信号的传输；以及微带谐振贴片单元，以间距设置的方式分设于所述主辐射阵列天线单元两侧上，用于展宽波束的宽度，提高天线的大角度增益、降低天线的损耗。
8.本发明中的用于77ghz汽车雷达的宽波束天线，通过微带谐振贴片单元来展宽波束的宽度和提高天线的大角度增益，因此主辐射阵列天线单元和微带谐振贴片单元相结合来传输信号，不仅可有效的展宽天线波束的宽度，而且可有效的提高天线的大角度增益、降低天线的损耗；将天线应用于77ghz汽车雷达上时，同样可使77ghz汽车雷达具有宽波束、高增益、高探测精度等特点。
9.作为其中的一种优选方案，所述主辐射阵列天线单元为微带串馈阵列天线单元，在77ghz毫米波波段，随着频率的升高，微带结构损耗也会变大，为了实现天线的高增益，此时需要组阵，综合来看相比于并联馈电，选择串联馈电的结构可以有效的缩短馈线长度、提高天线的效率、降低插入损耗；优选地，所述主辐射阵列天线单元包括微带贴片组、连于所
述微带贴片组之间的天线馈线、连于所述天线馈线其中一端上的阻抗变换器，以及与所述阻抗变换器相连的天线端口。
10.作为其中的一种优选方案，所述微带贴片组包括8个微带贴片，且微带贴片的宽度由中间向两侧逐渐减小，可以满足俯仰面波束较窄的要求，得到俯仰面低的副瓣电平，从而准确的探测目标，提高天线整体的探测精度；考虑天线对称性以及冗余量，副瓣电平设置优选为-25db，采用契比雪夫阵列综合法来确定幅度系数。
11.作为其中的一种优选方案，所述微带贴片从左往右的宽度比为0.378:0.58:0.84:1:1:0.84:0.58：0.378，可使微带贴片组左右两侧呈对称性的设计，满足天线俯仰面的理论设计要求；优选地，8个微带贴片从左往右的宽度依次为0.378mm、0.58mm、0.84mm、1mm、1mm、0.84mm、0.58mm、0.378mm。
12.作为其中的一种优选方案，所述微带贴片从中间到左边的电流比为i1:i2:i3:i4＝1:0.84:0.58:0.378，以进一步的满足天线俯仰面的理论设计要求。
13.作为其中的一种优选方案，所述微带谐振贴片单元包括设于所述主辐射阵列天线单元一侧的第一微带谐振贴片组，以及设于所述主辐射阵列天线单元另一侧的第二微带谐振贴片组。
14.作为其中的一种优选方案，所述第一微带谐振贴片组和第二微带谐振贴片组均包括8个微带谐振贴片，且所述微带谐振贴片的宽度与微带贴片一一对应设置；可进一步满足天线易集成、尺寸小和探测所在面波束宽的需求。
15.作为其中的一种优选方案，所述微带谐振贴片与对应微带贴片之间的距离为0.6mm-1mm；微带谐振贴片对天线方向图影响较大，所以固定其他参数，改变微带谐振贴片单元与主辐射阵列天线单元之间的距离，可有效的调整天线方向图。当微带谐振贴片靠近主辐射阵列天线单元时，天线方位面方向图波束变宽，这样会导致同样的角度下，幅度高1-2db，链路增益就会提高3db左右，相同的角度下，探测距离增加20m左右；而当微带谐振贴片远离主辐射单元时，天线方位面方向图波束逐渐变窄。
16.作为其中的一种优选方案，所述微带谐振贴片上均开设有接地孔，用于天线的接地。
17.作为其中的一种优选方案，所述天线基板为罗杰斯ro3003,厚度为0.127mm，基板介电常数3.1，损耗角正切0.0013，以进一步满足天线低损耗、低成本的需求。
18.综上所述，本发明至少具有以下有益之处：
19.本发明的用于77ghz汽车雷达的宽波束天线，通过主辐射阵列天线单元和微带谐振贴片单元相结合，来实现信号的传输，不仅可有效的展宽波束的宽度，而且可有效的提高天线的大角度增益、降低天线的损耗；当天线应用于77ghz汽车雷达上时，可使77ghz汽车雷达具有宽波束、高增益、高探测精度等特点。
附图说明
20.图1是本发明实施例中用于77ghz汽车雷达的宽波束天线的整体结构示意图；
21.图2是本发明实施例中主辐射阵列天线单元的结构示意图；
22.图3是本发明实施例中微带贴片组与第一微带谐振贴片组和第二微带谐振贴片组的结构示意图；
23.图4是本发明实施例中天线方位面与原始天线方位面的对比图；
24.图5是本发明实施例中天线端口驻波与原始天线驻波的对比图；
25.图6是本发明实施例中微带贴片与微带谐振贴片不同距离下的方位面方向图对比。
具体实施方式
26.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.实施例1：
30.请参阅附图1，本实施例中用于77ghz汽车雷达的宽波束天线，包括天线基板100、置于天线基板100上的主辐射阵列天线单元200，以及以间距设置的方式分设于主辐射阵列天线单元200两侧上的微带谐振贴片单元300；其中，天线基板100用作天线传播信号的媒介，主辐射阵列天线单元200用作天线信号的传输；微带谐振贴片单元300用于展宽波束的宽度，提高天线的大角度增益、降低天线的损耗。
31.优选地，天线基板100为罗杰斯ro3003,厚度为0.127mm，基板介电常数3.1，损耗角正切0.0013，以进一步满足天线低损耗、低成本的需求。主辐射阵列天线单元200为微带串馈阵列天线单元，在77ghz毫米波波段，随着频率的升高，微带结构损耗也会变大，为了实现天线的高增益，此时需要组阵，综合来看相比于并联馈电，选择串联馈电的结构可以有效的缩短馈线长度、提高天线的效率、降低插入损耗；请进一步参阅附图2，主辐射阵列天线单元200包括微带贴片组210、连于微带贴片组210之间的天线馈线220、连于天线馈线220其中一端上的阻抗变换器230，以及与阻抗变换器230相连的天线端口240。
32.汽车角雷达主要用水平面波束较宽的面进行探测，微带串馈阵列天线单元虽然可确保角雷达水平面具有较宽的扇形状方向图，但是由此而成的雷达天线依然会存在大角度增益不够的问题，需要对波束的宽度进行进一步的展开；同时考虑到加工的简易性，所以本实施例中采用微带谐振贴片单元300的方式用来展宽波束宽度，微带谐振贴片单元300的电流与主辐射阵列天线单元200电流相反，所以主辐射增益偏低，在其他角度，微带谐振贴片单元300与主辐射阵列天线单元200相互叠加作用，使得各角度下增益变大，从而达到展宽波束宽度的目的。
33.实施例2：
34.请参阅附图1，本实施例中用于77ghz汽车雷达的宽波束天线与实施例1相同，均包括天线基板100、置于天线基板100上的主辐射阵列天线单元200，以及以间距设置的方式分设于主辐射阵列天线单元200两侧上的微带谐振贴片单元300；其主要区别在于，本实施例在实施例1的基础上对主辐射阵列天线单元200进行进一步设计，其设计如下：
35.请进一步参阅附图2，微带贴片组210包括8个微带贴片，且微带贴片的宽度由中间向两侧逐渐减小，可以满足俯仰面波束较窄的要求，得到俯仰面低的副瓣电平，从而准确的探测目标，提高天线整体的探测精度；且考虑天线对称性以及冗余量，副瓣电平设置优选为-25db，采用契比雪夫阵列综合法来确定幅度系数。具体地，微带贴片组210包括从左往右依次设置的第一微带贴片201、第二微带贴片202、第三微带贴片203、第四微带贴片204、第五微带贴片205、第六微带贴片206、第七微带贴片207和第八微带贴片208，如附图3所示；且8个微带贴片从左往右的宽度比为0.378:0.58:0.84:1:1:0.84:0.58：0.378，左右两侧呈对称性设计，优选地，8个微带贴片从左往右的宽度依次为0.378mm、0.58mm、0.84mm、1mm、1mm、0.84mm、0.58mm、0.378mm，8个微带贴片从中间到左边的电流比为i1:i2:i3:i4＝1:0.84:0.58:0.378。
36.实施例3：
37.请参阅附图1，本实施例中用于77ghz汽车雷达的宽波束天线与实施例1或2相同，均包括天线基板100、置于天线基板100上的主辐射阵列天线单元200，以及以间距设置的方式分设于主辐射阵列天线单元200两侧上的微带谐振贴片单元300；其主要区别在于，本实施例在实施例1或2的基础上对微带谐振贴片单元300进行进一步设计，其设计如下：
38.微带谐振贴片单元300包括设于主辐射阵列天线单元200一侧的第一微带谐振贴片组310，以及设于主辐射阵列天线单元200另一侧的第二微带谐振贴片组320。优选地，第一微带谐振贴片组310和第二微带谐振贴片组320均包括8个微带谐振贴片，且微带谐振贴片的宽度与8个微带贴片的宽度一一对应设置，微带谐振贴片上均开设有用于接地的接地孔，可有效的满足天线易集成、尺寸小和探测所在面波束宽的需求。请进一步参阅附图3，第一微带谐振贴片组310和第二微带谐振贴片组320均包括与第一微带贴片201等宽且对应设置的第一微带谐振贴片301、与第二微带贴片202等宽且对应设置的第二微带谐振贴片302、与第三微带贴片203等宽且对应设置的第三微带谐振贴片303、与第四微带贴片204等宽且对应设置的第四微带谐振贴片304、与第五微带贴片205等宽且对应设置的第五微带谐振贴片305、与第六微带贴片206等宽且对应设置的第六微带谐振贴片306、与第七微带贴片207等宽且对应设置的第七微带谐振贴片307，以及与第八微带贴片208等宽且对应设置的第八微带谐振贴片308。
39.将本实施例中的天线方位面与原始天线方位面对比，如附图4所示，本实施例中天线的收发增益共提高3db左右，由此可见，天线的探测距离能提高20m左右。同时将本实施例中的天线端口驻波与原始天线驻波对比，如附图5所示，本实施例中天线的方向图与原始天线方向图基本一致，而且低于-10db时具有3ghz的带宽，都具有较宽的带宽。
40.进一步地，微带谐振贴片与对应微带贴片之间的距离为0.6mm-1mm；微带谐振贴片对天线方向图影响较大，所以固定其他参数，改变微带谐振贴片单元与主辐射阵列天线单元之间的距离，可有效的调整天线方向图。由附图6可知，当微带谐振贴片靠近微带贴片时，
天线方位面方向图波束变宽，这样会导致同样的角度下，幅度高1-2db，链路增益就会提高3db左右，相同的角度下，探测距离增加20m左右；而当微带谐振贴片远离主辐射单元时，天线方位面方向图波束逐渐变窄，且都会存在0
°
附近幅度值跌落。所以，微带谐振贴片与对应微带贴片之间的距离为0.95mm时，性能最佳。
41.本实施例中用于77ghz汽车雷达的宽波束天线，通过微带谐振贴片单元来展宽波束的宽度和提高天线的大角度增益，因此主辐射阵列天线单元和微带谐振贴片单元相结合来传输信号，不仅可有效的展宽天线波束的宽度，而且可有效的提高天线的大角度增益、降低天线的损耗。
42.实施例4：
43.本实施例中的77ghz汽车雷达，包括雷达本体，以及设于雷达本体上、如实施例1-3中任一所述的宽波束天线；在雷达本体设计不变的基础上，鉴于实施例1-3中天线的宽波束和大角度高增益设计，本实施例中的77ghz汽车雷达同样具有宽波束、高增益、高探测精度等特点。
44.从上述实施例的技术方案可以看出，本发明提供了一种用于77ghz汽车雷达的宽波束天线，通过主辐射阵列天线单元和微带谐振贴片单元相结合，来实现信号的传输，不仅可有效的展宽波束的宽度，而且可有效的提高天线的大角度增益、降低天线的损耗；当天线应用于77ghz汽车雷达上时，可使77ghz汽车雷达具有宽波束、高增益、高探测精度等特点。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
48.虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。