一种串馈微带阵列天线及组合微带阵列天线的制作方法

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种串馈微带阵列天线及组合微带阵列天线。

背景技术：

现今车载毫米波雷达已成为一种关键的车载电子产品，广泛用于推进现代车辆实现自动化与智能化；毫米波雷达在减轻驾驶员驾驶压力同时，大大增加了车辆的安全性能。

微波天线作为毫米波雷达与空间磁场的接口，对雷达产品的特点、性能以及应用工况起着至关重要的作用。传统的毫米波收发设备多采用喇叭天线或是波导馈电作为微波收发的最末端，体积大、成本高使其并不适用于车载工况。微带阵列天线是指在印刷电路上使用微带技术制造的天线，主要用于微波频段；微带阵列天线具有体积小、效率高、成本低和易生产等优势，因此成为新兴的汽车毫米波雷达首选的天线技术。

车载毫米波雷达系统需具备全天候、长距离和抗干扰等特点，与之匹配的微带阵列天线需具备高增益、旁瓣小和方向性好等特性，但是现有的微带阵列天线不满足上述特点，影响了车载毫米波雷达系统的性能。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种串馈微带阵列天线及组合微带阵列天线，使本发明的微带阵列天线需具备高增益、旁瓣小和方向性好的特性。

本发明的第一个目的是提供一种串馈微带阵列天线，包括介质基板和位于介质基板上的贴片阵列天线，贴片阵列天线包括多个串联的矩形辐射体，多个矩形辐射体之间通过微波馈线彼此连接，并通过馈电结构进行馈电，馈电结构包括呈中心对称布置的第一相位补偿弯和第二相位补偿弯，以及一个馈电通孔，馈电通孔位于微波馈线上，且临近第一相位补偿弯，多个矩形辐射体相对于馈电结构对阵布置成一字型排列。

进一步的，第一相位补偿弯和第二相位补偿弯均为180°移相器。

进一步的，每相邻两个矩形辐射体为不等距分布，且所有矩形辐射体的横向中线重合，矩形辐射体的横线中线与微波馈线的横向中线重合。

进一步的，多个矩形辐射体的横向长度相同，位于馈电结构两端的矩形辐射体的纵向宽度最大，多个矩形辐射体的纵向宽度沿远离馈电结构的方向逐渐减小。

进一步的，贴片阵列天线包括8个矩形辐射体。

进一步的，矩形辐射体的长度为长度lp、宽度wp，尺寸确定计算公式为：

其中：c为光速，f0为指定频段的中心频率，εr为介质基板介电常数，h为介质基板厚度。

本发明的第二个目的是提供一种组合微带阵列天线，包括发射单元和接收单元，发射单元以及接收单元包括至少1个上述的贴片阵列天线，发射单元及接收单元位于介质基板上。

优选的，发射单元包括两个上述的贴片阵列天线，两个贴片阵列天线沿介质基板的竖向方向等距分布；接收单元包括四个上述的贴片阵列天线，四个贴片阵列天线沿介质基板的竖向方向等距分布，发射单元和接收单元平行设置。

优选的，发射单元中两列贴片阵列天线之间的距离为2λ。

优选的，发射单元及接收单元中临近的两列贴片阵列天线之间的距离为2λ。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的串馈微带阵列天线在指定的车载频段内的增益较高，可以同时具有较大的水平视场角和较小的竖直视场角，满足车载毫米雷达在道路环境下的需求，并且互耦现象减弱，天线组的波束的旁瓣抑制较好。

(2)本发明的串馈微带阵列天线采用串馈馈电，单列阵列天线具有更小的体积；并且添加第一相位补偿弯和第二相位补偿弯，使得单列阵列天线在缩小竖直视场角的同时，减短了阵列长度，提高了微带阵列天线的方向性。

(3)本发明的组合微带阵列天线的互耦现象减弱，天线组的波束旁瓣抑制较好。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明串馈微带阵列天线的模型图；

图2为本发明串馈微带阵列天线的尺寸标记图；

图3为本发明实施例的归一化pso振幅图；

图4为本发明串馈微带阵列天线的仿真模型；

图5为本发明串馈微带阵列天线的s11参数仿真图；

图6为本发明串馈微带阵列天线的e面参数和h面参数的仿真图；

图7为本发明组合微带阵列天线的模型图；

图8为本发明组合微带阵列天线的尺寸标记图；

图9将本发明的组合微带阵列天线应用于毫米波雷达效果示意图。

其中，1-介质基板，2-贴片阵列天线，21-矩形辐射体，211-第一矩形辐射体，212-第二矩形辐射体，213-第三矩形辐射体，214-第四矩形辐射体，22-微波馈线，23-第一相位补偿弯，24-第二相位补偿弯，25-馈电通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-6所示，本发明提供一种串馈微带阵列天线，包括介质基板1和位于介质基板1上的贴片阵列天线2，贴片阵列天线2包括多个串联的矩形辐射体21，多个矩形辐射体21之间通过微波馈线22彼此连接，并通过馈电结构进行馈电，馈电结构包括呈中心对称布置的第一相位补偿弯23和第二相位补偿弯，24以及一个馈电通孔25，馈电通孔25位于微波馈线22上，且临近第一相位补偿弯23，多个矩形辐射体21相对于馈电结构对阵布置成一字型排列。需要说明的是，实际应用中的印刷电路，通常采用多层混压而成，微波信号在各层之间传输时，是利用馈电通孔进行能量传递；通孔的结构尺寸与微波波长、设计的最大传输损耗有关。

具体的，第一相位补偿弯23和第二相位补偿弯24均为180°移相器，并且添加第一相位补偿弯23和第二相位补偿弯24，使得单列阵列天线在缩小竖直视场角的同时，减短了阵列长度，提高了微带阵列天线的方向性。

具体的，每相邻两个矩形辐射体21为不等距分布，且所有矩形辐射体21的横向中线重合，矩形辐射体21的横向中线与微波馈线22的横向中线重合。

具体的，多个矩形辐射体21的横向长度相同，位于馈电结构两端的矩形辐射体21的纵向宽度最大，多个矩形辐射体21的纵向宽度沿远离馈电结构的方向逐渐减小。

具体的，矩形辐射体21的长度为lp、宽度为wp，尺寸确定计算公式为：

其中：c为光速，f0为指定频段的中心频率，εr为介质基板介电常数，h为介质基板厚度。

具体的，微波馈线22的宽度df根据计算出的wl进行调整，wl为阵列参数计算公式中约定的符号，wl的计算公式为：

其中，z0为单端阻抗，t为微波馈线高度，εr为介质基板介电常数，h为介质基板的厚度。

微波馈线22用于连接mmic(monolithicmicrowaveintegratedcircuit，单片微波集成电路)发射端的功率输出端、用于连接mmic接收端的功率输入端、用于连接阵列中的各个矩形辐射体。

优选的，本发明的介质基板1为陶瓷介质基板，该介质基板具有优良的介电参数有助于提高微带阵列天线的效率。

如图3所示，本发明以提高微带阵列天线的旁瓣抑制为目的，使天线辐射体的宽度wp依照特殊设计的归一化pso(particleswarmoptimization，粒子群优化)进行逐级递减；由此距离中心馈点越远的矩形辐射体，其电流分布越弱、功率越低，进而实现对微带阵列天线的旁瓣的抑制。

具体应用实施例1：

如图2所示，本发明为了使微带阵列天线需具备高增益、旁瓣小和方向性好等特性，对微带阵列天线的参数进行设计，本实施例的贴片阵列天线包括8个矩形辐射体，分布于馈电结构的两侧，矩形辐射体之间由微波馈线连接，8个矩形辐射体相对于馈电结构两两对称，形成4组矩形辐射体，包括两个第一矩形辐射体211、两个第二矩形辐射体212、两个第三矩形辐射体213、两个第四矩形辐射体214，且每组矩形辐射体的形状大小均一致，具体设计参数如下：

中心频率f0＝24ghz，

频率带宽bw＝120mhz，

介质基板厚度h＝0.23mm±0.02mm，

介质基板介电常数εr＝3.40±0.5，

第一矩形辐射体211尺寸lp1＝2.92mm±0.04mm，

第二矩形辐射体212尺寸lp2＝2.92mm±0.04mm，

第三矩形辐射体213尺寸lp3＝2.92mm±0.04mm，

第四矩形辐射体214尺寸lp4＝2.92mm±0.04mm，

第一矩形辐射体211、第二矩形辐射体212、第三矩形辐射体213、第四矩形辐射体214尺寸wp1、wp2、wp3、wp4根据天线的s11、s12参数进行调整，

本实施例中，微波馈线宽度的参考值wl＝0.21mm。

连接相邻两个矩形辐射体的微波馈线尺寸df1、df2、df3、df4根据wl尺寸进行调整，且贴片阵列天线左右两侧的矩形辐射体呈对称分布。

将上述设计的串馈微带阵列天线导入仿真平台进行模拟，并输入相应的参数，得到如图5所示的微带阵列天线的s11参数，以及如图6所示的e面参数和h面的参数，由图可知，非常狭窄的通带使得射频信号具有非常好的频率集中性，同时在中心频率上的增益较高，达到-24.7db，满足长距离车载毫米波雷达的增益需求，在中心频率的3db频带内，具有较宽的频率范围，能提升本实施例应用于车载毫米波雷达时的测量精度；e面具有较小的3db波束视角，h面具有较大的3db波束视角，可实现车载毫米波雷达具有较大的水平视场角和较小的竖直视场角，符合实际应用工况，e面和h面参数可以实现扁平波束，在车载应用上能实现探测距离远的同时降低杂波对系统的干扰，且不会引入较大的环境噪声。

如图7-8所示，本发明还提供一种组合微带阵列天线，包括发射单元和接收单元，发射单元以及接收单元包括至少1个上述实施例的贴片阵列天线2，发射单元及接收单元位于介质基板1上。

优选的，发射单元包括两个上述实施例的贴片阵列天线2，两个贴片阵列天线2沿介质基板1的竖向方向等距分布；接收单元包括四个上述实施例的贴片阵列天线2，四个贴片阵列天线2沿介质基板1的竖向方向等距分布，且发射单元和接收单元均平行设置。

具体的，发射单元中两列贴片阵列天线2之间的距离为2λ。

具体的，发射单元及接收单元中临近的两列贴片阵列天线2之间的距离为2λ。

具体应用实施例2：

如图7所示，组合微带阵列天线包括6列上述实施例的贴片阵列天线，其中左侧两列贴片阵列天线用于微波发送，即发射单元；右侧四列贴片阵列天线用于微波接收，即接收单元；组合微带阵列天线中的贴片阵列天线的间距如图8所示，其中da1＝da2＝2λ，da3＝da4＝da5＝d，λ为中心频率的波长，本实施例中λ＝12mm，d可根据实际产品的尺寸进行调整。

通过上述特殊设计使用该组合微带阵列天线的车载毫米波雷达可以使用虚拟阵列技术，该技术可以在提升车载毫米波雷达测角分辨率的情况下，保持较小的射频电路面积；使用该组合微带阵列天线的车载毫米波雷达可以使用dbf(digitalbeamforming，数字波束成形)技术，该技术可以在提升车载毫米波雷达的波束信噪比的同时，使用更简单的射频硬件电路；可以有效的抑制各个阵列之间的相互耦合，提高该天线组的测角精确度，组合微带阵列天线在空间辐射形成一个扁平的辐射波束，将其应用于如图9所示的工况时，可以有效的抑制杂波(竖直方向较窄)的同时，可以探测到更大方位的后方车辆(水平方向较宽)。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。