一种毫米波雷达天线罩的制作方法

本发明涉及一种天线罩，特别涉及一种毫米波雷达天线罩。

背景技术：

在自动驾驶业内，毫米波雷达传感器因为其成本适中、环境适应性强以及远距离探测能力较好而成为主流探测传感器之一。车载毫米波雷达产品的工作频段目前包括24GHz和77GHz。其中，随着业内产品开发的深入，77GHz频段系列产品的成本不断降低，而其体积小、探测距离远的优势日益突出，因此成为了今后车载毫米波雷达的主要研究方向之一。

天线罩作为雷达的主要附件之一，其作用是保护天线，防止环境对雷达天线工作状态的影响和干扰。可以说，天线罩与天线同等重要。在满足天线罩对天线保护作用的同时，要求天线罩对天线的电磁辐射特性的影响最小，一直是雷达天线罩研发的主要工作。

传统天线罩为了减小对天线电磁辐射性能的影响，一般按照雷达波垂直入射天线罩的条件来进行分析，将天线罩的厚度设置为工作频率的半波长。此时天线罩对垂直入射的雷达波反射最小。但是在车载雷达领域，工作频段中心频率高达77GHz，大大高于传统毫米波雷达的工作频率。此时再采用半波长的厚度时，天线罩厚度往往为1mm甚至更薄，此时无论从加工工艺还是机械强度的角度考虑，都难以满足产品需求，但是当增加厚度时，天线罩对天线的电磁辐射特性的影响又会明显增加。

此外，传统天线罩厚度采用半波长(或其整数倍)的应用范围是针对雷达波垂直入射，但是77GHz雷达的天线波束若较宽时，雷达波的入射角度较大，导致有相当能量的雷达波斜入射天线罩表面，半波长厚度的天线罩对这些斜入射能量反射较强，对天线方向图的影响较大。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明旨在提供一种毫米波雷达天线罩，以使天线罩厚度设计自由度高，并使宽角度入射的雷达波能够透过天线罩。

本发明提供了一种毫米波雷达天线罩，位于发射雷达波的雷达本体的上方，包括一天线罩主体层，其特征在于，所述天线罩主体层的上下两侧均设有天线罩赋形层，该天线罩赋形层与天线罩主体层上平面、下平面分别接触，且与天线罩主体层相接触的一侧均为平面，另一侧则为赋形面。

优选地，所述天线罩赋形层的竖直方向的厚度d为：d＝(2k+1)λ/(4(ε₂-sin²θ)^0.5)，

其中，d为赋形层的厚度，k为非负实数，λ为雷达波在天线工作中心频点的空气中波长，ε₂为赋形层的介电常数，θ为由雷达本体发射的雷达波的入射角度。

优选地，所述天线罩赋形层分别在水平面的一个维度上进行赋形。

优选地，所述天线罩赋形层在水平面的两个维度上都进行赋形。

优选地，所述天线罩赋形层与所述天线罩主体层介电常数的关系如下式所示：

ε₂＝(ε₁)^0.5，

其中，ε₁为天线罩主体层的介电常数，ε₂为天线罩赋形层的介电常数。

优选地，所述天线罩主体层包括一盖板部和自盖板部两侧向下延伸的支撑部，所述支撑部的底端与所述雷达本体的外缘对齐并抵靠。

优选地，所述天线罩主体层下侧的天线罩赋形层的赋形面的中心点与雷达本体的间距为雷达波的半波长或其整数倍。

优选地，所述雷达本体为一个天线PCB板，其上设有串馈天线。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明的毫米波雷达天线罩加装了赋形层，使得对天线罩的厚度不再有半波长或其整数倍的限制，因此，在保证天线罩对雷达天线电磁性能影响较小的同时，天线罩厚度在不小于半波长的基础上可以任意调节厚度，解决了传统毫米波天线罩在77GHz频段时厚度设计自由度不高的问题；此外，通过加装赋形层，明显降低雷达波斜入射时的反射能量，使得斜入射天线罩表面的雷达波能量能够更多地透过天线罩，有效减小反射，从而减小对天线方向图的影响。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的毫米波雷达天线罩的横截面示意图；图2是如图1所示的毫米波雷达天线罩的天线罩主体层的横截面示意图；

图3是如图1所示的毫米波雷达天线罩的天线罩赋形层的横截面示意图；

图4是如图1所示的毫米波雷达天线罩的天线PCB板的俯视示意图；

图5是不同天线罩情况下天线远场方向图比较图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

如图1所示，是根据本发明的一个优选实施例的77GHz毫米波雷达天线罩10，该天线罩10位于发射雷达波的雷达本体4的上方，包括一天线罩主体层2和设于该天线罩主体层2上下两侧的天线罩赋形层1、3。优选地，所述雷达本体4为天线PCB板。

天线罩主体层2的具体结构如图2所示，包括盖板部21和自盖板部两侧向下延伸的支撑部22，支撑部22的底端与所述雷达本体4的外缘对齐并抵靠，使得盖板部21通过支撑部22与雷达本体4间隔开。盖板部21的厚度可根据结构工艺等要求确定。盖板部21的上下两侧分别具有水平的上平面211、下平面212。

再请参见图1，支撑部22的高度(即支撑部22底端到下平面212之间的长度)为雷达波的半波长或其整数倍加上天线罩主体层2下侧的赋形层3中心点处的壁厚，以确保如下文所述的天线罩主体层2下侧的天线罩赋形层3的赋形面31(如图3所示)的中心点与天线PCB板4的间距为雷达波的半波长或其整数倍。依据开式谐振腔的原理，因为金属地表面构成强制短路，这样设置天线罩内表面与PCB板的间距可以认为天线罩下表面与金属地之间能够形成反射波的驻波场。因此，只要控制上文所述间距为半波长的整数倍，就可以在天线罩赋形层3的下侧也形成电场最弱的状态，因此最大化削弱天线PCB板的反射，减少天线PCB板反射能量对天线方向图的影响。

天线罩赋形层1、3分别覆盖在天线罩主体层2的盖板部21的上平面211、下平面212上。天线罩赋形层1、3的作用为赋形，本发明所述的赋形是指天线罩结构的赋形，即在主体层仅制成简单的几何形状的基础上，而由该天线罩赋形层1、3向天线罩结构提供具体的形状，减少各个角度入射的反射能量，使得加天线罩后的方向图与加天线罩前基本一致。在本实施例中，天线罩赋形层1、3的结构如图3所示。该天线罩赋形层1、3与天线罩主体层2的上平面211、下平面212分别接触，且与天线罩主体层相接触的一侧均为平面，另一侧则为赋形面11、31。其中，赋形层的竖直方向上的厚度与雷达波入射角度的关系式如下式所示：

d＝(2k+1)λ/(4(ε₂-sin²θ)^0.5) (1)

其中，d为赋形层1、3的厚度，k为非负实数，λ为雷达波在天线工作中心频点的空气中波长，ε₂为赋形层1、3的介电常数，θ为由雷达本体4发射的雷达波的入射角度(雷达波的辐射源点在本实施例中为图1所示的串馈天线41的几何中心位置)。

此外，为了大体上保持串馈天线41的阵列方向图的形状，赋形层1、3分别在水平面的一个维度上进行赋形，即在水平面的一个维度上采用如上文所述的赋形层的厚度与雷达波入射角度的关系式，而在另一个维度上厚度不变，因为对于汽车雷达这个应用场景我们主要关注进行赋形的这个维度的方向图情况。此外，如果采用别的天线形式，需要关注两个维度的天线方向图的话，根据雷达本体的天线方向图，也可以在水平面的两个维度上都进行赋形。

由此，毫米波雷达天线罩通过加装赋形层，使得对天线罩的厚度不再有半波长或其整数倍的限制，因此，在保证天线罩对雷达天线电磁性能影响较小的同时，天线罩厚度在不小于半波长的基础上可以任意调节厚度，解决了传统毫米波天线罩在77GHz频段时厚度设计自由度不高的问题。

根据增透层原理，为了实现天线罩的增透，天线罩赋形层与天线罩主体层介电常数的关系如下式所示：

ε₂＝(ε₁)^0.5 (2)

其中，ε₁为天线罩主体层的介电常数，ε₂为天线罩赋形层的介电常数。

雷达本体4的结构如图4所示，雷达本体4优选为一个天线PCB板，其上设有串馈天线41。

对于77GHz毫米波雷达，其对应天线罩半波长厚度应为1mm左右。但是加工工艺和机械强度要求难以保证整个雷达罩达到如此厚度。如果满足机械强度和工艺要求，天线罩厚度取3.5mm，得到的天线远场方向图为图5虚线所示，其中图5横坐标为天线方向图对应角度，纵坐标为天线方向图增益。此时天线的方向图相比较于图5实线所代表的无天线罩的理想情况天线方向图来说，恶化明显。如果对天线罩主体层盖板内外面加装0.5mm左右的赋形层(如图3所示)，则天线方向图(图5点划线)在±60°内改善明显，使得斜入射天线罩表面的雷达波能量能够更多地透过天线罩，有效减小反射，从而减小对天线方向图的影响，。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。