一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线的制作方法

本发明涉及天线，具体为一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线。

背景技术：

1、汽车雷达作为汽车智能安全系统的关键传感器，其探测距离分辨率，角度分辨率和速度分辨率等要求都在不断提高；毫米波雷达具有测量精度高、分辨率高、体积小，能够在暴雨，浓雾等恶劣条件下保持良好性能等优点，在汽车雷达系统中得到了广泛应用。

2、天线作为毫米波雷达中的最前端器件，其性能的好坏对对雷达传感器的性能产生巨大影响。传统的雷达天线采用微带天线作为天线单元，通过微带线串馈和并馈结合的方式来减少馈电网络带来的损耗；但是在毫米波频段微带天线的漏波现象较严重、功率容量低、插入损耗较大，微带线馈电网络呈开放式结构会产生辐射，从而严重影响天线的性能。金属波导天线虽然能够解决微带天线损耗大，功率容量低的缺点，但是其加工工艺复杂，成本较高，尺寸较大，不易于与前端电路集成。此外，国际电信联盟已将76～81ghz频段作为全球统一频率开放给汽车雷达业务，这无疑对雷达天线的带宽提出了更高的要求。因此，设计具有低损耗、高功率容量、大带宽、易集成的毫米波雷达天线具有重要意义。

3、近年来，已有专利公开了一些毫米波雷达天线的技术方案，与现有技术进行比较，其中：

4、专利号为cn111786097a的中国专利提出“一种波导毫米波雷达天线”，天线由pcb介质板和金属脊波导组成，通过pcb介质板上设置的微带线转换结构对双脊波导进行串馈，实现较低的插入损耗和较低的回波损耗，在脊波导上纵向共线开缝实现电磁波的辐射，脊波导下脊通过扭曲变形控制缝隙辐射能量的幅度；专利号为cn217387538u的专利提出的“一种毫米波雷达天线”，天线包括微带天线和喇叭天线两部分，微带天线的辐射贴片位于喇叭天线的矩形波导内部，将微波信号传输给喇叭天线，通过调整喇叭天线的尺寸可以天线的增益；上述两款天线均具有良好的阻抗带宽和增益特性，但是其剖面较高，结构复杂，不易于与射频前端电路集成，不适用于小型化、低剖面的雷达系统中。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，包括下表面金属层、介质基板、上表面金属层、金属化通孔阵列、矩形环缝隙、接地金属化通孔、馈电网络，所述下表面金属层和上表面金属层分别印制在介质基板的下表面和上表面；

3、所述金属化通孔阵列排列在介质基板上并与下表面金属层和上表面金属层连通形成矩形腔体结构；

4、所述矩形环缝隙刻蚀在上表面金属层上；金属化接地孔位于矩形环缝隙内部，上表面金属层与下表面金属层相对应设置；馈电结构刻蚀在下表面金属层上。

5、优选的，所述介质基板采用的是厚度为10mil的rt/duroid5880高频板材，相对介电常数为2.2,介质损耗为0.0009。

6、优选的，所述下表面金属层、上表面金属层的材料均为厚度为0.017mm的铜。

7、优选的，所述金属化通孔阵列具有相同的的孔径尺寸，且相邻通孔之间的距离约为孔径尺寸的两倍。

8、优选的，所述金属化孔径阵列所围成的腔体形状为矩形腔体。

9、优选的，所述矩形环缝隙的宽度为0.2mm，位于矩形腔体的内部。

10、优选的，所述金属化接地孔位于矩形环缝隙内部，将下表面金属层与上表面金属层连通。

11、优选的，所述馈电结构刻蚀在下表面金属层上并采用接地共面波导形式实现。

12、优选的，所述馈电结构由接地过孔、馈线结构、l型缝隙三部分组成；l型缝隙用于控制天线的阻抗匹配。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1、采用基片集成波导构成的背腔天线相比于微带天线具有低损耗、高功率容量、高q值的优点，有效抑制了毫米波频段微带天线表面波带来的损耗，提高天线的辐射效率以及增益，相比于金属波导天线来说，具有尺寸小，剖面低，易集成的优点。

15、2、在天线上表面金属层刻蚀矩形环缝隙，可产生额外的电流路径，从而有效扩展天线带宽。

16、3、将馈电网络放置于天线的下表面金属层，可有效避免馈电网络辐射所导致的方向图恶化；

17、4、馈电网络采用接地共面波导结构可进一步降低馈线损耗，通过调整l型缝隙的长度，可以优化输入端阻抗，从而实现良好的阻抗匹配。

18、5、本发明实现的回波损耗小于-10db的频段为75-82ghz，可满足国际电信联盟部署的76-81ghz汽车雷达频段的需求。

技术特征：

1.一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于，包括下表面金属层(1)、介质基板(2)、上表面金属层(3)、金属化通孔阵列(4)、矩形环缝隙(5)、接地金属化通孔(6)、馈电网络(7)，所述下表面金属层(1)和上表面金属层(3)分别印制在介质基板(2)的下表面和上表面；

2.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述介质基板(2)采用的是厚度为10mil的rt/duroid5880高频板材，相对介电常数为2.2,介质损耗为0.0009。

3.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述下表面金属层(1)、上表面金属层(3)的材料均为厚度为0.017mm的铜。

4.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述金属化通孔阵列(4)具有相同的的孔径尺寸，且相邻通孔之间的距离约为孔径尺寸的两倍。

5.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述金属化孔径阵列(4)所围成的腔体形状为矩形腔体。

6.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述矩形环缝隙(5)的宽度为0.2mm，位于矩形腔体的内部。

7.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述金属化接地孔(6)位于矩形环缝隙(5)内部，将下表面金属层(1)与上表面金属层(3)连通。

8.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述馈电结构(7)刻蚀在下表面金属层(1)上并采用接地共面波导形式实现。

9.根据权利要求1所述的一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，其特征在于：所述馈电结构(7)由接地过孔(71)、馈线结构(72)、l型缝隙(73)三部分组成；l型缝隙(73)用于控制天线的阻抗匹配。

技术总结
本发明公开了一种用于毫米波雷达的宽带基片集成波导背腔天线，包括下表面金属层、介质基板、上表面金属层、金属化通孔阵列、矩形环缝隙、接地金属化通孔、馈电网络，所述下表面金属层和上表面金属层分别印制在介质基板的下表面和上表面；所述金属化通孔阵列排列在介质基板上并与下表面金属层和上表面金属层连通形成矩形腔体结构；所述矩形环缝隙刻蚀在上表面金属层上；金属化接地孔位于矩形环缝隙内部。该发明的基片集成波导背腔天线具有更宽的阻抗带宽以及更高的辐射效率，能有效抑制毫米波频段天线的表面波带来的损耗。此外，该天线采用单层PCB结构，具有小型化、低剖面、易于平面化集成、结构简单的优点，适用于毫米波雷达场景中。

技术研发人员：刘银玲
受保护的技术使用者：新拓尼克（北京）科技研发中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14