一种k波段微带贴片天线阵的制作方法

文档序号:54788阅读:440来源:国知局
专利名称:一种k波段微带贴片天线阵的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种K波段微带贴片天线阵,属于天线领域,介质板上设置相互平行且结构相同3列天线,分别为发射天线、第一接收天线和第二接收天线;每一列的天线设有若干个微带天线单元、若干根1/4波长微带馈线、功率分配器和馈电端口;功率分配器内有若干个阻抗变换器、若干根微带传输线和若干条馈电弯折线;介质板底部设有金属接地板;本实用新型设计出一种K波段微带阵列天线的抗干扰能力更强,从而使检测移动物体更精准。
【专利说明】
一种K波段微带贴片天线阵
技术领域
[0001]本实用新型涉及天线领域,具体的来说是涉及一种K波段微带贴片天线阵。
【背景技术】
[0002]K波段微带天线阵有许多应用市场,典型的应用有高速路上对移动车辆的测速、测距和检测其角度,并且还能应用于汽车的盲点监测;车流量检测、交通监控、红绿灯控制;移动物体探测;安全监控装置,防撞控制,工程倒车雷达;停车位监测,汽车主动安全驾驶系统等。
[0003]K波段微带阵列天线在汽车防撞雷达系统应用中,天线可以安装在汽车的侧面、前端或后端,发射天线发射信号,通过移动物体对信号的反射处理其发射与接收的时间差和角度变化,判断物体之间的距离,移动速度,方位等;从而判断其是否在安全距离范围,通过控制系统发出信号,控制减速或加速。K波段微带阵列天线设计波束宽度,决定道路的覆盖范围,其中,天线的水平波瓣宽度决定了道路覆盖宽度,垂直波瓣宽度则决定俯仰角度,而辐射距离由天线增益和后级处理电路决定。由于K波段微带阵列天线在国内汽车雷达方面的应用还处于发展阶段,为了提供这一方面的产品需求而设计出一种汽车雷达系统的K波段微带阵列天线。现有国外车型使用的K波段微带阵列天线在汽车防撞雷达系统的应用中往往不能够对本车道进行有效的覆盖,并且还会对相邻车道造成干扰,从而使汽车防撞雷达系统判定车辆方位不准确,不能更好防止意外事故发生,探测距离较短,不能在高速行驶的车道上对较远距离车辆进行检测,从而不能及时提醒驾驶人员做出安全操作。因此,需要设计一种具有抗干扰能力更强,检测距离更远,检测方位更精准的K波段微带阵列天线。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型需要解决的是现有K波段微带阵列天线抗干扰能力不强和检测更精准的问题,提供一种K波段微带贴片天线阵。
[0005]本实用新型通过以下技术方案解决上述问题:
[0006]—种K波段微带贴片天线阵,介质板上设置相互平行且结构相同3列天线,分别为发射天线、第一接收天线和第二接收天线;
[0007]每一列的天线设有若干个微带天线单元、若干根1/4波长微带馈线、功率分配器和馈电端口;功率分配器内有若干个阻抗变换器、若干根微带传输线和若干条馈电弯折线;同一列的天线中,馈电端口设置在每一列的天线的中点,馈电端口上下两个微带天线单元通过1/4波长微带馈线与功率分配器的两个输出口连接;其它微带天线单元均与功率分配器的各输出口通过1/4波长微带馈线和馈电弯折线连接;相邻微带天线单元之间由阻抗变换器和微带传输线相连接;每一列天线的微带天线单元设置在同一直线上;每一列天线的微带天线单元从中间向两侧,微带天线单元之间的距离逐渐增大;介质板底部设有金属接地板。
[0008]为了能够使得副瓣有效降低,从而能够减小杂波干扰,让天线接收灵敏度提高,上述方案中,优选的是每列天线的微带天线单元的个数为偶数,馈电端口两旁的微带天线单元间的距离为a,馈电端口两旁微带天线单元向两侧延展微带天线单元间的距离为b、c和d,微带天线单元间的距离关系为a〈b〈c〈d。
[0009]方便后续增加电路控制系统接地,并且相应的提高了天线的带宽,上述方案中,优选的是介质板四周还设置有金属化通孔。
[0010]为了方便馈电,上述方案中,优选的是馈电端口采用背馈方式的插针馈电。
[0011]进一步提高上述方案中天线的性能,优选的是每列天线有6-12的偶数个微带天线单元。
[0012]为了减小收发天线阵馈电端口的相互干扰,提高相互之间的隔离度,上述方案中,在尽量减小天线整体尺寸的前提下,优选的是发射天线与第一接收天线相距11mm,与第二接收天线相距17mm。
[0013]本实用新型的优点与效果是:
[0014]1、通过对每个微带天线单元设置不同激励幅度,对天线单元之间设置不同间距,使天线的副瓣电平小于等于_20dB,使得天线的抗干扰能力增强,灵敏度更高;
[0015]2、通过控制不同天线单元的数量组成天线阵列,改变天线的增益和各单元的电流幅度的大小,来实现检测不同物体或实现不同功能;
[0016]3、该天线阵列是由I个发射天线和2个接收天线组成,使其判定物体移动速度、距离的大小、方位更加精确;
[0017]4、通过在介质板四周设定金属化接地孔,方便后续增加电路控制系统接地,并且相应的增加了天线的带宽。
【附图说明】
一种k波段微带贴片天线阵的制作方法附图
[0018]图1为本实用新型的天线阵结构示意图。
[0019]图2为本实用新型的接地板结构图。
[0020]【附图说明】:(I)发射天线;(2)第一接收天线;(3)第二接收天线;(4)馈电端口;(5)微带天线单元;(6)功率分配器;(6.1)阻抗变换器;(6.2)馈电弯折线;(6.3)微带传输线;
(7)接地孔;(8)1/4波长微带馈线;(9)接地板;(10)馈电孔;(11)接地口 ;a、b、c、d微带天线单元间的距离。
【具体实施方式】
[0021 ]以下结合实施例对本实用新型作进一步说明。
[0022]一种K波段微带贴片天线阵,介质板上设置相互平行且结构相同3列天线,分别为发射天线(I)、第一接收天线(2)和第二接收天线(3),发射天线(I)与第一接收天线(2)和第二接收天线(3)相对设置;介质板设置为长方形或正方形,当介质板为长方形时,其大小为(48X62)mm,用户也可以根据需要进行调整大小,介质板为不导电的非金属材料制成;介质板四周设定金属化接地孔(7),介质板底部设有金属接地板(9),接地板(9)四周设有接地口(I I),其中接地孔(7)与接地口( 11)是相互对应的,它方便后续增加电路控制系统接地,并且相应增加了天线的带宽,如图1、图2所示。
[0023]为了减小收发天线阵馈电端口的相互干扰,提高相互之间的隔离度,在尽量减小天线整体尺寸的前提下,发射天线(I)与第一接收天线(2)相距11mm,与第二接收天线(3)相距17mm,第一接收天线(2)与第二接收天线(3)相距6mm。
[0024]接地板(9)四周设有接地口(11),接地孔口(I I)通过接地孔(7)是正反面相对应的同一通孔,为了尽量减小损耗又要满足实际加工最小尺寸,接地孔孔内直径设定为3mm,孔外直径为6mm。
[0025]每一列天线阵设置有8个微带天线单元(5)、一个多路功率分配器(6)和馈电端口
(4);功率分配器(6)内有若干个阻抗变换器(6.1)和若干条馈电弯折线(6.2),还有起到连接作用的微带传输线(6.3);同一列的天线中各个微带天线单元5均与功率分配器(6)的各输出口通过馈电弯折线(6.2)连接;现有的技术中都是用的平滑直线连接,在设置单元间距的时候,为了保证相位的一致性,必然会使得单元之间间距较大,容易出现栅瓣,从而影响天线整体的辐射性能,采用弯折线的形式能在保证相位一致性的前提下有效控制单元之间的间距。相邻微带天线单元(5)之间由阻抗变换器(6.1)和微带传输线(6.3)相连接;每一列天线的微带天线单元5设置在同一直线上;每一列天线的微带天线单元(5)从中间向两侧,微带天线单元(5)之间的间距逐渐增大,微带天线单元(5)之间距离是等距的,不能够得到理想的天线副瓣电平;通过从中间向两边单元间距逐渐增大的设计,使天线的副瓣电平小于等于-20dB,使得天线的抗干扰能力增强;微带天线单元(5)为微带贴片天线,功率分配器
(6)具有多路径功率分配与微带天线单元(5)进行连接,实现对各个不同天线单元输入功率的控制,从而达到设计要求。每列天线的微带天线单元(5)的个数是可以改变的,这要根据实际工程中的具体要求。一般为双数,使发射和接收天线的辐射方向图垂直于介质平面,如图1所示。
[0026]天线单元(5)间距逐渐增大,与等间距或者间距变小相比能够使得副瓣有效降低,从而能够减小杂波干扰,让天线接收灵敏度提高。主要是调节副瓣,是让它在功率分配比确定的情况下更加有效的降低副瓣,使抗杂波干扰的能力更强。在方向性要求上,也可以是不同角度的辐射,这要根据实际应用要求来设计,这样可以达到对不同角度的目标的检测。
[0027]同一列的天线中,馈电端口4设置在每一列的天线的中点,馈电端口(4)上下两个微带天线单元5通过1/4波长微带馈线(8)与功率分配器(6)的两个输出口连接;其它微带天线单元(5)均与功率分配器(6)的各输出口通过1/4波长微带馈线8和馈电弯折线(6.2)连接;弯折线(6.2)是为了保证在单元间距逐渐增大的状况下相位的一致性,使得在天线平面的垂直方向保证增益最大。在没有弯折线的情况下,如果要保证相位的一致性,必然会增大天线之间的间距,使辐射方向图产生栅瓣,辐射功率不能集中在主瓣上,影响辐射效率与接收灵敏度。馈电弯折线(6.2)在一定程度上保证了其单元间距调整在一定范围内不会影响天线性能。
[0028]微带天线单元(5)的个数可以随着用户的需求进行数量的增加或减少,以双数的个数增加或减少,微带天线单元(5)的增加,天线辐射增益增加,辐射距离在控制电路的控制下更远,从而满足车速较快时,对车辆较远距离的检测,从而及时提醒车主做出对车速相应调整。并且本次设计增加了一个接收信号的微带天线阵,使得系统不仅可以检测移动物体的速度和距离,还可以检测到移动物体的方位。使得对移动物体的判断更加精确,大大降低发生危险概率;随着微带天线单元(5)增加,使板面有些增大,为了不对天线的安装产生影响,本设计其大小为(48 X 62)mm,更好满足在汽车防撞雷达系统。
[0029]馈电端口(4)设置在每一列的天线的中点,馈电端口(4)输入阻抗大小设置为常用几种,采用背馈方式的插针馈电,天线阵列馈电网络通过微带传输线向每个微带天线单元馈电,而每列天线阵进行单独馈电,相互之间设定一定的间距,提高天线阵列之间隔离度,减小相互之间的影响。
[0030]本设计主要是基于功率分配器(6)的双路枝节馈电,是基于串并联相结合的馈电方式,微带天线单元(5)之间的间距逐渐增大。也可以设计成单边串联馈电天线阵形式,采用串联馈电的方式达到产品设计的指标要求,其微带天线单元(5)与微带天线单元(5)之间通过微带传输线与阻抗变换器(6.1)直接相连。双边馈电与单边馈电各有其优缺点。双边馈电设计,是通过功率分配器(6)分成两边对称的两路,在实际设计仿真中会由于对称性结构,在设计时简化了设计的过程,节约了时间,但由于结构上比单边串馈复杂,微带线较多,能量损耗就相应的增大,辐射功率减小,影响天线性能。单边串连馈电由于其天线单元也会作为传输线的一部分,结构相应简单,传输线损耗比双边馈电时减小,辐射效率增大;但是正是由于结构上的简单,对于其中的每个阻抗变换器的匹配要求更高,使得每个天线单元的电流幅度都不相同,设计时,参数变化量也增多,设计难度相应提高,设计时间延长,在竞争中会处于不利地位。
[0031]本设计中提出的微带阵列天线可以直接用于24GHz频段的车流量检测、交通监控、红绿灯控制等,还可以用来安防入侵检测、停车位检测以及工作于24GHz频段的微波通信系统。此外,本设计图样可以为其他微波频段的微带阵列天线提供设计参考。
[0032]本设计的提出都进行了仿真与实物加工测试。为了保证应用要求小于等于-20dB的天线副瓣电平,在设计中对理论计算的旁瓣电平给了一定的余量,选择为_25dB。考虑到降低工艺误差对设计的影响,特别限制了最小使用线宽和间距。考虑到理论计算模型的准确性,对紧要的阻抗计算进行了多次理论推导和更合理的近似。同时限制了最大的使用线宽,这有利于保证计算模型的准确性和减小寄生效应。通过理论预示的天线方向图、波束宽度、旁瓣电平、最大和最小线宽的合理性,可以容易地判断是否己经达到设计目标,以及在未达到设计目标时该如何调整设计参数。并通过实物测试,完成对理论设计与仿真进行实验验证,通过调试修改,达到指标要求。
[0033]以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明,但本实用新型并不限于实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
【主权项】
1.一种K波段微带贴片天线阵,其特征在于:介质板上设置相互平行且结构相同3列天线,分别为发射天线(I)、第一接收天线(2)和第二接收天线(3); 每一列的天线设有若干个微带天线单元(5)、若干根1/4波长微带馈线(8)、功率分配器(6)和馈电端口(4);功率分配器(6)内有若干个阻抗变换器(6.1)、若干根微带传输线(6.3)和若干条馈电弯折线(6.2);同一列的天线中,馈电端口(4)设置在每一列的天线的中点,馈电端口(4)上下两个微带天线单元(5)通过1/4波长微带馈线(8)与功率分配器(6)的两个输出口连接;其它微带天线单元(5)均与功率分配器(6)的各输出口通过1/4波长微带馈线(8)和馈电弯折线(6.2)连接;相邻微带天线单元(5)之间由阻抗变换器(6.1)和微带传输线(6.3)相连接;每一列天线的微带天线单元(5)设置在同一直线上;每一列天线的微带天线单元(5)从中间向两侧,微带天线单元(5)之间的距离逐渐增大;介质板底部设有金属接地板(9) ο2.根据权利要求1所述的一种K波段微带贴片天线阵,其特征在于:所述每列天线的微带天线单元(5)的个数为偶数,馈电端口(4)两旁的微带天线单元(5)间的距离为a,馈电端口(4)两旁微带天线单元(5)向两侧延展微带天线单元(5)间的距离分别为b、c和d,微带天线单元(5)间的距离关系为a〈b〈c〈d。3.根据权利要求1所述的一种K波段微带贴片天线阵,其特征在于:介质板四周还设置有金属化接地孔(J),接地板(9)四周设有接地口(I I),接地口( 11)通过金属线与接地孔(7)相连。4.根据权利要求1所述的一种K波段微带贴片天线阵,其特征在于:所述馈电端口(4)处的输入电抗与功率分配器相匹配。5.根据权利要求1所述的一种K波段微带贴片天线阵,其特征在于:所述馈电端口(4)采用背馈方式的插针馈电。6.根据权利要求1所述的一种K波段微带贴片天线阵,其特征在于:所述每列天线有6-12的偶数个微带天线单元(5)。7.根据权利要求1所述的一种K波段微带贴片天线阵,其特征在于:所述发射天线(I)与第一接收天线(2)相距11mm,与第二接收天线(3)相距17mm。
【文档编号】H01Q13/08GK205723949SQ201620398729
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】曹卫平, 马灵芝, 李思敏, 刘益萍
【申请人】桂林电子科技大学
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