一种77GHz毫米波汽车防撞雷达天线的制作方法

本实用新型涉及单脊开缝波导天线，属于天线技术领域，适用于车载(或其它移动载体)毫米波天线，尤其适用于77GHz毫米波汽车防撞雷达。

背景技术：

随着经济的发展，我国汽车总保有量已经达到比较高的水平，2016年底接近2亿辆，千人拥有率已经超过110辆。但是，汽车数量的剧增导致交通事故频发，人员和经济损失巨大；而汽车防撞雷达对降低交通事故发生率有明显作用，NHTSA的研究结果表明，防碰撞报警系统可以使追尾碰撞事故平均减少51％，因改变车道而引起的交通事故平均减少47％，相关技术被美国《福布斯》杂志评为“未来十大焦点汽车安全技术”之一。根据相关机构的研究，2015年全球智能汽车市场需求1900亿元，自主驾驶和安全系统占据优势地位，至2020年，自主驾驶翻5倍、安全系统翻4倍，总市场空间7000亿元，因此对于毫米波车载雷达天线的需求很大。我国对汽车防撞雷达的研究起步较晚，大部分相关公司缺乏微波、电磁场专业人才，在防撞雷达方面仅能仿制，所以主要由国内部分高校、科研院所对探测雷达系统做了一些跟踪和探索，如中科院上海微系统与信息技术研究所开发了24GHz汽车防撞雷达系统。

但是，随着移动通信系统对频谱资源的渴求，24GHz频段的汽车雷达即将被禁用。因此77GHz频段的汽车雷达系统成为研究热点。目前国内对于77GHz频段的汽车碰撞雷达天线还很少有公开的报道。可检索的有北京理工大学的专利CN102290638B和专利CN202103168U，上述两个专利采用了介质透镜与天线相结合的方式设计了77GHz毫米波汽车防碰撞雷达天线，该天线方案结构简单，馈电方便，但是厚度较大。“透镜天线”方案也为国外厂商，如Bosch，Tesla等主要公司所采用。专利号为CN200810120604.4的“毫米波准光集成介质透镜天线及其阵列”也利用该方案设计了抗振、防尘，适用于机载、船载的毫米波雷达天线结构，由该雷达由微带集成天线、介质透镜、物镜、阵列基座、反射镜、防护罩、波束转换开关等构成，但是该天线效率相对较低。东南大学毫米波国家重点实验室在专利CN201383548中公布一种用于微波毫米波频段的车用天线，该天线采用“基片集成波导”技术，通过双面单层PCB工艺，利用上下金属表面和一侧金属化通孔阵列来实现对电磁波的封闭，而在开口面实现有效漏波辐射；此种天线实现方案难以实现大的发射功率，同时金属化通孔阵列实现较难。

目前基于77GHz频段的汽车雷达天线多采用“贴片天线阵列”方案、“透镜天线”方案和“基片集成波导”方案，“贴片天线阵列”方案辐射效率太低，基本没有实用，“透镜天线”方案结构虽然简单，但微波透镜对电磁波也具有反射和吸收作用，天线效率也相对较低；“基片集成波导”天线方案效率较高，但波导内部介质材料的电磁特性容易收到外部温度的影响，即有“温飘”问题，而且该天线不适用于大功率电磁波。

总之，在77GHz频段实现高稳定性、小型化、低成本，同时达到高精度测角及快速切换的雷达天线是近阶段汽车防碰撞雷达的研究热点之一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种77GHz毫米波汽车防撞雷达天线，目的是提高77GHz频段汽车防撞雷达天线的增益，降低周围自然环境对天线的影响。

为解决上述技术问题，本实用新型一种77GHz毫米波汽车防撞雷达天线，包括波导管、辐射缝隙和馈电端口，波导管内设置有纵向到底的金属脊，辐射缝隙设置在波导管的辐射面上，辐射缝隙沿着波导管的纵向轴心线交替排列，馈电端口设置在波导管的一端，波导管的另一端闭合，电磁波通过馈电端口进入波导管的内部，沿着波导管传播，并通过辐射缝隙均匀的辐射。

作为本实用新型的优化方案，辐射缝隙交替分布排列，相邻的辐射缝隙有部分区域重叠，辐射缝隙是直接互相连通的缝隙。

作为本实用新型的优化方案，金属脊的长度与波导管的纵向长度相同。

作为本实用新型的优化方案，波导管的横截面为矩形或圆形或椭圆形或半圆形或半椭圆形。

作为本实用新型的优化方案，金属脊是矩形或半圆形或半椭圆形或梯形。

作为本实用新型的优化方案，金属脊是带有倒角的矩形或带有倒角的半圆形或带有倒角的半椭圆形或带有倒角的梯形。

作为本实用新型的优化方案，金属脊的宽边长度小于等于波导管的宽边长度。

作为本实用新型的优化方案，辐射缝隙呈矩形或椭圆形或眼形。

本实用新型具有积极的效果：1)相比于市场上大多数汽车雷达天线，本实用新型结构简单，对加工精度要求低(0.1mm即可)，加工成本便宜，天线体积很小，便于安装在各类汽车上。由于本天线波导结构内没有介质填充，因此不会产生温飘，而且能够承受大功率电磁波，可有效提高天线系统的稳定性、削弱天气环境对雷达性能的影响。通过对本实用新型进行组阵，可获得较理想的波束扫描范围和扫描精度；

2)本实用新型稳定性高、成本低，精度高，可以有效的探测障碍物。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型馈源端的正视图；

图3为本实用新型金属脊为半圆形的横截面示意图；

图4为本实用新型金属脊为梯形的横截面示意图；

图5为本实用新型的俯视图；

图6为本实用新型驻波比的曲线图；

图7为本实用新型在平面内的方向图；

图8为本实用新型在平面内的方向图；

图9为本实用新型辐射电磁波的交叉极化特性图；

图10为本实用新型安装于汽车前端的工作示意图。

其中：1、波导管1，2、金属脊，3、辐射缝隙，4、馈电端口

具体实施方式

如图1-4所示，本实用新型公开了一种77GHz毫米波汽车防撞雷达天线，包括波导管1、辐射缝隙3和馈电端口4，波导管1内设置有纵向到底的金属脊2，辐射缝隙3设置在波导管1的辐射面上，辐射缝隙3沿着波导管1的纵向轴心线交替排列，馈电端口4设置在波导管1的一端，波导管1的另一端闭合，电磁波通过馈电端口4进入波导管1的内部，沿着波导管1传播，并通过辐射缝隙3均匀的辐射。

辐射缝隙3交替分布排列，相邻的辐射缝隙3有部分区域重叠，辐射缝隙3是直接互相连通的缝隙。其中，波导管1的上表面沿着纵向轴心线交替排列着多条纵向辐射缝隙3用于电磁波辐射，形成缝隙阵。辐射缝隙3互相是直接连通的，不同于一般缝隙波导天线中辐射缝隙是以半个波导波长作为间隔。

金属脊2的长度与波导管1的纵向长度相同，在波导管1内部的纵向方向上从头到尾加了一条金属脊2，从电磁波入射方向上来看截面呈倒置的“凹”字形。

波导管1的横截面为矩形或圆形或椭圆形或半圆形或半椭圆形。

金属脊2通常呈对称规则形状，具体实施方案包括矩形脊、半圆形脊、半椭圆形脊，以及梯形脊，或者带有倒角的上述结构，但不局限于以上形状。

金属脊2可以有效改变电磁波在波导管1内传播过程中的场分布，当金属脊2的宽边长度与波导管1的宽度相等的时候，金属脊2波导的截止波长要更长，即77GHz毫米波汽车防撞雷达天线相对于矩形波导有着更宽的频率使用范围，由此可得传播相同频率的电磁波时，波导管1的宽边尺寸要小于矩形波导。

辐射缝隙3位于波导管1的上表面。通过优化波导中金属脊2的宽度、高度，改变辐射缝隙3的尺寸、数量和位置，可以使得波导馈源口辐射进来的均匀平面电磁波从上表面的辐射缝隙3中以能量集中的形式辐射出去，从而达到有效探测障碍物的目的，辐射缝隙3之间是贯通相连的。

本实用新型通过适当排列组合形成雷达天线阵列，通过适当的馈电方式可实现扫描、增大天线增益。

如图5所示，波导管1的辐射面共有十个辐射缝隙3组成的阵列。这些辐射缝隙3沿着纵向轴心线交替排列，但是不同于传统缝隙波导天线的辐射缝隙是以半个波导波长作为间隔，相互隔绝，本实用新型中的辐射缝隙3呈矩形，也可以是椭圆形或眼形，它们交替分布排列，相邻的辐射缝隙3有部分区域重叠，因此它们之间是直接互相连通的缝隙。

图6是本实用新型的驻波比，从图中可看出，77GHz频点处的驻波比为1.1，而驻波比<1.5的频带宽度超过1GHz。

图7是本实用新型在平面内的方向图，3dB半功率张角为74.4°，最大增益为15.9dB，可识别较宽广范围内的障碍物。

图8是本实用新型在平面内的方向图，3dB半功率张角为10.1°，其副瓣比主瓣相差约-15dB，在垂直方向上可很好地汇聚电磁波能量。

图9是本实用新型辐射电磁波的交叉极化特性曲线，从图中可看出，在主波束方向，交叉极化差可以达到20dB，验证了该设计的高效性。

图10是本实用新型安装于汽车前端时的工作示意图。通过优化天线阵列中单元的分布，以及每个天线单元的馈电幅度和相位，可以让天线阵辐射电磁波有效探测障碍物。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。