一种具有非对称主瓣波束的毫米波阵列天线的制作方法

1.本实用新型属于毫米波雷达技术领域，尤其涉及一种具有非对称主瓣波束的毫米波阵列天线。


背景技术：

2.民用毫米波雷达作为目前蓬勃发展的高新产业，对比激光雷达和视频取像技术，在成本和实用性上具备较大的优势。其中停车场入口安装的闸机是应用比较广泛的场景之一，如附图1所示的简易停车场闸机系统示意图，(1)为闸机栏杆，(2)为底座，(3)为毫米波触发雷达，(4)为入口减速带，(5)为毫米波雷达的天线的主瓣，(6)为毫米波雷达天线的旁瓣，根据实际应用时发现，常规毫米波天线在主瓣波束没有偏转的情况下，存在波束较窄，旁瓣电平偏高的问题。对于一些底盘较低的汽车而言，波束过窄会导致雷达漏检，存在汽车撞杆的风险。而当毫米波雷达天线的旁瓣(6)电平较高时，雷达极易检测到地面上的减速带或者其他杂物，造成弹杆误报。
3.为解决停车场闸机弹杆误报或漏检的问题，可以从毫米波天线阵列着手，通过技术手段将天线的辐射方向做调整。实现波束扫描的方法通常包含以下几种：调整波束指向的方法如机械式扫描，通过调整设备机械式旋转来改变波束指向，比较笨重，反应不灵敏，需要改变闸机底座的位置，使用麻烦。另外实现波束偏转的方法有模拟和数字的波束赋型，这种需要更为复杂的馈电网络和较高的成本，能大范围调整波束指向，但设计难度较大且复杂，不利于集成在小型民用雷达产品上。增加超材料的方法：此种阵列多为多层或者3d结构，且阵列层和超材料层间距变化带来的相位变化难以精准控制；增加反射阵列的方法多运用在军事大型雷达上的技术，能实现高精度追踪，体型庞大，不适用在小型民用雷达产品上。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提出了针对停车场闸机弹杆误报或漏检的现象，基于罗杰斯4830型号高频板材设计了一款工作频率在77ghz到81ghz的非对称阵列天线。通过调整阵元间的间距实现相位的调整，进而改变整个阵列天线的波束指向，并采用不同尺寸的阵元实现了不同幅度的电流分布，压缩了旁瓣电平。
5.本实用新型公开的具有非对称主瓣波束的毫米波阵列天线，包括介质板和地板层，还包括设置在介质板上的阵列天线，所述阵列天线包括馈线和偶数个阵元，所述馈线包括互相垂直的两段，所述阵元设置在与波束主瓣方向垂直的那段馈线上，阵元的排列按照尺寸大小对称设置，其中中间阵元尺寸最大，离中间阵元越远的阵元尺寸越小。
6.进一步的，所述介质板厚度为0.127mm。
7.进一步的，所述地板层的长宽高分别为35mm，32mm和0.025mm。
8.进一步的，当主瓣波束偏转角度为4度时，所述阵元之间的距离为1mm。
9.进一步的，当主瓣波束偏转角度为6度时，所述阵元之间的距离为1.05mm。
10.进一步的，毫米波阵列天线的工作频率为77ghz到81ghz。
11.本实用新型的有益效果如下：
12.通过调整阵元间距将天线主瓣设计成非对称形式，上翘一个角度，在保证波束宽度的前提下，既减小漏检漏报的几率，又有效减小地面杂物的影响。
附图说明
13.图1停车场闸机系统；
14.图2本实用新型的天线结构主视图；
15.图3本实用新型的天线结构侧视图；
16.图4本实用新型的阵列天线的s参数图；
17.图5本实用新型的阵列的二维方向图俯仰面；
18.图6对称波束天线阵列的天线方向图；
19.图7本实用新型的非对称波束的天线方向图；
20.图8对称波束天线阵列三维方向图；
21.图9不同的主瓣上扬4度下的本实用新型非对称天线的三维方向图；
22.图10不同的主瓣上扬8度下的本实用新型非对称天线的三维方向图。
23.其中1为闸机栏杆，2为底座，3为毫米波触发雷达，4为入口减速带，5为毫米波雷达的天线的主瓣，6为毫米波雷达天线的旁瓣，7为地板层，8为介质层，9为非对称天线，10为阵元，11为馈线。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换或替换，均属于本实用新型的保护范围。
25.如图2和图3所示，本实用新型为工作频率在77ghz到81ghz的非对称阵列天线。通过调整阵元间的间距实现相位的调整，进而改变整个阵列天线的波束指向，并采用不同尺寸的阵元实现了不同幅度的电流分布，压缩了旁瓣电平。毫米波阵列天线，包括介质板(7)和地板层(8)和阵列天线(9)，阵列天线包括多个阵元(10)，，一种具有非对称主瓣波束的毫米波阵列天线，包括介质板(7)、地板层(8)和设置在介质板(8)上的阵列天线(9)，阵列天线(9)包括馈线(11)和偶数个阵元(10)，馈线包括互相垂直的两段，阵元设置在与波束主瓣方向垂直的那段馈线上，阵元的排列按照尺寸大小对称设置，其中中间阵元尺寸最大，离中间阵元越远的阵元尺寸越小。
26.介质板(8)采用的高频材料为罗杰斯4830型号高频板材，介电常数和损耗角分别为3.2和0.0033，厚度为0.127mm。
27.地板层(7)的长宽高分别为35mm,32mm和0.025mm。
28.图4为本实用新型的阵列天线的s参数，图形横坐标为频率，单位为ghz。纵坐标为s参数值，单位为db。图中可见，该非对称天线在77ghz-81ghz带宽内，具备良好的工作能力。
29.图5为本实用新型阵列的二维方向图俯仰面(e-plane)，图形横坐标代表不同的角度，纵坐标为增益值，单位dbi，不同曲线代表不同的频点，本实用新型天线阵列在77ghz到81ghz工作带宽内增益均大于10dbi，且主瓣为非对称，最大值指向有一定角度的偏移。
30.图6和图7是具有对称波束天线和本实用新型非对称波束的天线方向图，图6中现有的对称波束天线的所有阵元大小相同。对比可见，本实用新型的波束具备上扬的主瓣波束和低旁瓣电平，能显著减小地面杂物影响。
31.图8为对称天线的三维方向图，图9-图10是不同的主瓣上扬角度下的非对称天线的三维方向图。本实用新型可以根据不同的探测需求挑选不同的角度，如图9和图10是分别主瓣上扬4度和8度的三维方向图。本实用新型通过调整阵元间的间距实现相位的调整，进而改变整个阵列天线的波束指向。天线的不同偏转角度是通过增加一个间距差因子δ来实现的，δ的取值可为正负数，改变δ可改变偏转角度：例如当δ＝0时，间距为d＝1mm，此时角度偏转4度；当δ＝0.05mm时，间距为d+δ＝1.05mm，此时角度偏转6度。
32.本实用新型的有益效果如下：
33.通过调整阵元间距将天线主瓣设计成非对称形式，上翘一个角度，在保证波束宽度的前提下，既减小漏检漏报的几率，又有效减小地面杂物的影响。
34.本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本技术中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“x使用a或b”意指自然包括排列的任意一个。即，如果x使用a；x使用b；或x使用a和b二者，则“x使用a或b”在前述任一示例中得到满足。
35.而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
36.本实用新型实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
37.综上所述，上述实施例为本实用新型的一种实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。