一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线制造技术

本发明专利技术属于天线技术领域，公开一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，包括：介质板、微带线、非规则阻抗变换带、阶梯型的微带线到单脊波导互连结构、介质板上的金属化过孔、单脊波导、脊上缝隙和短路端。由印刷在介质板上的微带线馈电网络对天线馈电；微带线、非规则的阻抗变换带以及阶梯型微带线到单脊波导互连结构实现了宽带、低损耗的转接结构；单脊波导、脊上缝隙和短路端构成低副瓣、高扫描角的辐射结构；介质板的下层覆铝箔，上层覆铜箔，铜箔作为单脊波导的下壁；通过交替改变单脊波导的上脊两边槽的深度激励缝隙产生不同的谐振振幅。本发明专利技术天线具有易集成、低成本、易加工、高效率、低副瓣、宽扫面角和低剖面等显著优点。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线
本专利技术属于天线
，涉及一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线。
技术介绍
77GHZ/79GHZ毫米波雷达具有比24GHz系统具有更小尺寸和更高分辨率、更容易实现单芯片集成等优势，将用于几乎所有的长程或中长程天线。为了获得高增益和高效率，早期76-81GHz频段毫米波雷达天线主要采用反射面和透镜天线两种形式(或其衍生形式)。由于反射面和透镜天线固有的限制导致其波束扫描能力有限，另外其剖面较高(通常几个厘米)，导致其实现的毫米波雷达集成困难。由于平面印刷天线的优势非常明显，天线直接在PCB板上实现，很容易与毫米波电路集成且可采用标准PCB加工工艺生产，因此目前主流76-81GHz毫米波雷达均采用各种平面天线，包括平面印刷天线和平面波导天线。尽管如此，76-81GHz毫米波雷达采用平面印刷天线仍存在诸多问题，其主要问题是76-81GHz毫米波在传输过程中的介质损耗造成了天线效率变低，因此该频段对基板有着极高的要求。平面波导天线又分为SIW(SubstrateIntegratedWaveguide，基片集成波导)天线、空心波导天线和间隙波导天线。SIW天线有着跟平面印刷天线一样的问题，电场在介质板中，因此大大增加了传输中的介质损耗。空心波导天线是宽边波导缝隙阵，虽然结构简单，但是带宽窄而且需要一个同相馈电波导放于底层，不易与PCB板的集成。空心波导天线是口径辐射阵，虽然电性能好，但其结构复杂，需要多层实现功能。间隙波导天线与空心波导相比，虽然降低了加工精度的要求，有利于毫米波天线的设计，但其设计和结构复杂，实现困难，也增加了成本。具体地，现有技术存在如下缺点：平面印刷天线：效率普遍较低(微带线传输线损耗、传输线损耗取决于基板)、交叉极化高、仅二维设计自由度(对辐射性能控制能力有限)。SIW天线：当基板介质损耗足够低时，传输损耗优于准TEM传输线，效率取决于基板介质损耗。空心波导天线：缝隙阵的带宽窄，而且需要额外的同相馈电波导；口径辐射阵则结构复杂，需要多层。间隙波导天线：设计和结构复杂，实现困难，同时也增加了成本。此外，以上天线类型针对特定应用定制设计。如果应用改变，需要重新定制设计天线，导致天线应用范围受限。
技术实现思路
为解决平面印刷天线效率低、平面波导天线难集成以及结构复杂问题，本专利技术提供一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线。本专利技术采用如下技术方案实现：一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，包括：转接结构：采用阶梯型的微带线到单脊波导的转接结构；隔离结构：金属化过孔将转接结构与单脊波导隔开；辐射结构：通过改变单脊波导的上脊两边槽的深度，使单脊波导的电中性平面偏移单脊波导的中心线，从而激励在单脊波导中心线的脊上缝隙。优选地，一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线包括介质板、微带线、非规则阻抗变换带、阶梯型的微带线到单脊波导互连结构、介质板上的金属化过孔、单脊波导、脊上缝隙和短路端；其中：微带线和非规则阻抗变换带构成微带线馈电网络对天线馈电；转接结构包括：微带线、非规则的阻抗变换带和阶梯型微带线到单脊波导互连结构；辐射结构包括：单脊波导、脊上缝隙和短路端。优选地，通过增加脊上缝隙高度，展宽水平3dB水平波束宽度，实现宽角度扫描。优选地，通过交替改变单脊波导的上脊两侧槽的深度，使单脊波导的电中性平面偏离单脊波导中心线，脊上缝隙截断单脊波导的表面电流，产生谐振并辐射能量；通过控制单脊波导的上脊两边槽的深度，根据泰勒分布对脊上缝隙激励进行加权，对副瓣进行抑制。优选地，介质板的下层覆铝箔，上层前部分为微带线馈电网络，上层后部分覆铜箔，铜箔作为单脊波导的下壁。优选地，非规则阻抗变换带用于微带线连接到阶梯型的微带线到单脊波导互连结构的过渡，改善微带线与阶梯型的微带线到单脊波导互连结构连接的匹配。优选地，阶梯型的微带线到单脊波导互连结构用于微带线馈电网络连接一定高度的单脊波导的良好匹配。优选地，脊上缝隙由多个缝隙组成，每个缝隙的长度为2mm，宽度为0.45mm；第一个缝隙与转接结构末端距离为4mm；每个缝隙的间距是λg/2，最后一个缝隙与短路端的距离为3*λg/4；λg为频率在78.5GHz时的波导波长。优选地，单脊波导的宽边为0.78λ0，窄边为1mm，上脊宽度为1.3mm，高度为0.6mm；λ0是频率在78.5GHz时的自由空间波长。优选地，介质板上的金属化过孔半径为0.2mm，孔间距为0.3mm。与现有技术相比，本专利技术至少包括如下优点：1、单脊波导与介质板集成，应用微带线馈电，减少传输中的介质损耗，实现天线宽带、低损耗的传输，高效率的辐射。具体地，将空心单脊波导与介质板集成，介质板的下层覆铝箔，上层前部分为微带线和非规则阻抗变换带构成微带线馈电网络，后部分覆铜箔，其中铜箔作为单脊波导的下壁。实现单脊波导与介质板的集成，应用微带线馈电，减少了传输中的介质损耗，实现了天线高效率辐射。2、通过交替改变单脊波导的上脊两边槽的深度激励缝隙产生不同的谐振振幅，实现低成本，易加工，高效率，低副瓣的毫米波雷达缝隙阵天线。仅通过调整单脊两边槽的深度，来移动单脊波导的电中性平面，从而实现单脊上纵向缝隙不同振幅的谐振，进行副瓣抑制，实现了低副瓣缝隙阵天线的辐射。3、为了实现空心单脊波导与介质板的集成，单脊波导的脊位于单脊波导的上臂，其中缝隙又位于单脊波导的中心线上，因此纵向缝隙开在了单脊波导的脊上，实现了单脊波导与介质板的集成，结构简单易于制作，并且制作成本低。4、本专利技术天线是三维设计自由度，相对二维设计自由度，扩大了辐射性能控制能力。5、非规则阻抗变换带以及阶梯型微带线到单脊波导互连结构实现了宽带、低损耗的传输。附图说明图1为本专利技术一个实施例中一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线的结构主视图；图2为本专利技术一个实施例中一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线的结构侧视图；图3为本专利技术一个实施例中低副瓣单脊波导左视图；图4为本专利技术一个实施例中低副瓣单脊波导切槽的横截面图；图5为本专利技术一个实施例中转接结构的反射系数和传输系数；图6为本专利技术一个实施例中天线的反射系数；图7为本专利技术一个实施例中天线E和H面方向图，其中：7(a)为76GHzE面和H面方向图、7(b)为78.5GHzE面和H面方向图、7(c)为81GHzE面和H面方向图；图8为本专利技术一个实施例中天线的效率和增益。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施进行说明，但本专利技术的实施方式不限于此。一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，包括：转接结构：实现宽带、低损耗的传输，用阶梯型的微带线到单脊波导的转接结构；隔离结构：金属化过孔将转接结构与空心单脊波导隔开，以减少转接结构对单脊波导缝隙阵天线的影响；辐射结构：通过改变单脊波导的上脊两边槽的深度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，其特征在于，包括：/n转接结构：采用阶梯型的微带线到单脊波导的转接结构；/n隔离结构：金属化过孔将转接结构与单脊波导隔开；/n辐射结构：通过改变单脊波导的上脊两边槽的深度，使单脊波导的电中性平面偏移单脊波导的中心线，从而激励在单脊波导中心线的脊上缝隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，其特征在于，包括：
转接结构：采用阶梯型的微带线到单脊波导的转接结构；
隔离结构：金属化过孔将转接结构与单脊波导隔开；
辐射结构：通过改变单脊波导的上脊两边槽的深度，使单脊波导的电中性平面偏移单脊波导的中心线，从而激励在单脊波导中心线的脊上缝隙。


2.根据权利要求1所述的毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，其特征在于，包括：介质板、微带线、非规则阻抗变换带、阶梯型的微带线到单脊波导互连结构、介质板上的金属化过孔、单脊波导、脊上缝隙和短路端；其中：
微带线和非规则阻抗变换带构成微带线馈电网络对天线馈电；转接结构包括：微带线、非规则的阻抗变换带和阶梯型微带线到单脊波导互连结构；辐射结构包括：单脊波导、脊上缝隙和短路端。


3.根据权利要求2所述的毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，其特征在于，通过增加脊上缝隙高度，展宽水平3dB水平波束宽度，实现宽角度扫描。


4.根据权利要求2所述的毫米波雷达单脊波导缝隙阵天线，其特征在于，通过交替改变单脊波导的上脊两侧槽的深度，使单脊波导的电中性平面偏离单脊波导中心线，脊上缝隙截断单脊波导的表面电流，产生谐振并辐射能量；通过控制单脊波导的上脊两边槽的深度，根据泰勒分布对脊上缝隙激励进行加权，对副瓣进行抑制。


5.根据权利要求2所述的毫...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐叶春，靳贵平，廖绍伟，薛泉，车文荃，张海伟，徐丹，
申请(专利权)人：华南理工大学，华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44