一种毫米波雷达阵列天线分析方法技术

本发明专利技术涉及仿真分析技术领域，具体地指一种毫米波雷达阵列天线分析方法。在仿真软件中对毫米波雷达阵列天线进行建模，对模型施加激励源，创建空气域建立一可包络住阵列天线模型的阵元、基板和地层的长方体空间，设置空气域的边界条件和阵元的谐振频率，运用电磁仿真工具对仿真模型进行计算，提取阵元的特性参数，将特性参数与阵列天线的设计特性参数进行比对，分析阵列天线是否符合设计要求。本发明专利技术对于设计的阵列天线进行仿真分析，可以得到阵列天线的特性参数，无需制造阵列天线实物即可分析设计阵列天线是否符合设计要求，大大提高了阵列天线设计的效率，降低了阵列天线的设计制造成本，具有极大的推广价值。具有极大的推广价值。具有极大的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波雷达阵列天线分析方法


[0001]本专利技术涉及仿真分析
，具体地指一种毫米波雷达阵列天线分析方法。

技术介绍

[0002]随着汽车电动化、智能化、网联化、共享化、轻量化的发展，尤其是智能驾驶汽车的发展及其等级的提高，使得毫米波雷达成为智能驾驶汽车等级的标配。
[0003]车载毫米波雷达通过发射天线向外发射相应波段具有指向性的毫米波信号，接收天线接收目标反射信号，经处理器处理后，能够快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息(如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等)。然后根据所探知的物体信息进行目标追踪、识别、分类，进而结合车身动态信息进行数据融合，最终通过中央处理单元(ECU)进行智能处理。经合理决策后，以声、光及触觉多种方式告知或警告驾驶员，或及时对汽车做出主动干预，从而保证驾驶过程安全性，减少事故发生几率
[0004]毫米波雷达具有适应全天候环境，射频带宽较大而分辨率高，天线及相关部件尺寸小，穿透能力强，地物杂波低，抗EMC干扰能力强的优点。这些优势使得毫米波雷达是智能驾驶汽车环境感知领域的重要零部件，智能驾驶等级越高，则需要配备的毫米波雷达也越多。
[0005]但是现有的毫米波雷达无法在设计初期去分析毫米波雷达阵列天线的电磁、增益特性，这就导致需要预先制备出毫米波雷达然后针对雷达的电磁和增益特性进行分析，这样的分析手段就严重制约了毫米波雷达的设计效率。目前有专利号为“CN201611259877.8”的名为“一种毫米波阵列天线设计方法及阵列天线装置”的中国专利技术专利介绍了一种阵列天线的设计方法，该方法要解决的技术问题是不能有效解决阵列天线中阵元互耦现象，针对该技术问题，提出了一种优化的阵元综合方法，以仿真软件得到的天线辐射方向图代替阵因子方向图作为目标方向图，预先设计馈电网络，同时把馈电网络的结构参数同阵元的馈电电流进行等效从而直接求得天线的结构参数；通过目标函数的设计和优化仿真过程来控制阵列综合时算法优化的方向和速度，从而实现天线辐射方向图和优化算法的联合仿真，在阵列综合过程中考虑了互耦因素的影响，最终的结果不需要再进行耦合补偿，而且通过仿真的方式节约成本、简化了设计流程。但该专利技术介绍的方法实际上只能解决阵列天线中阵元互耦现象，但是无法分析设计的雷达阵列天线的电磁和增益特性，无法在阵列天线设计初期就对设计阵列天线进行分析，以此为阵列天线设计提供理论基础，提高阵列天线的设计效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的不足，提供一种毫米波雷达阵列天线分析方法，本专利技术通过对阵列天线进行仿真建模，对建模模型施加激励源，分析阵列天线的电磁和增益特显，解决了现有技术无法在设计初期对阵列天线进行分析的问题，提高了阵列天线的设计效率。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种毫米波雷达阵列天线分析方法，在仿真软件中对毫米波雷达阵列天线进行建模，对模型施加激励源，创建空气域建立一可包络住阵列天线模型的阵元、基板和地层的长方体空间，设置空气域的边界条件和阵元的谐振频率，运用电磁仿真工具对仿真模型进行计算，提取阵元的特性参数，将特性参数与阵列天线的设计特性参数进行比对，分析阵列天线是否符合设计要求。
[0008]进一步的所述对毫米波雷达阵列天线进行建模的方法包括：根据阵列天线的阵元结构、馈电方式、阵元贴片数量、三维数据以及基板的厚度和材料特性对阵列天线进行建模。
[0009]进一步的所述对模型施加激励源的方法包括：在馈点端口的面施加激励，激励源为电压源、电流源或是模式中的一种。
[0010]进一步的所述创建空气域的方法包括：根据仿真分析对象毫米波雷达频率得出波长，建立一个可以将阵元、基板、地层包络住的长方体空间，基板边缘距离邻近的长方体空间侧面的距离为1/4波长，将长方体的材质设置为空气，形成空气域。
[0011]可以根据仿真分析对象毫米波雷达的工作中心频率76.5GHz，可以计算得出波长；阵元、基板、地层为微小厚度铜质的天线阵元、非金属FR4材质的基板、无厚度铜质的地层。
[0012]进一步的所述设置边界条件的方法包括：将已经创建完成的长方体空间的六个平面设置为辐射边界条件。
[0013]进一步的所述设置谐振频率的方法包括：根据阵列天线的微带的个数和长、宽、厚的设计尺寸而确定谐振频率，在软件中对阵元的工作谐振频率和频段进行设置。
[0014]进一步的所述提取阵元的特性参数的方法包括：利用电磁仿真工具对仿真模型进行计算，提取阵元的特性参数，特性参数包括阵元的驻波比、俯仰角范围、最大电场值和最大增益。
[0015]进一步的所述阵元结构包括阵元的贴片层、介电层和底层结构。
[0016]进一步的馈点端口位置的确定方法包括：对阵元结构进行分析，观察馈点的位置，根据端口馈电的物理意义，创建馈点的矩形几何面，即为端口位置。
[0017]进一步的创建馈点的矩形几何面的方法包括：在馈点的位置，创建积分线，由地层上表面指向阵列天线的阵元端面的下边缘形成馈点的矩形几何面。
[0018]本专利技术对于设计的阵列天线进行仿真分析，可以得到阵列天线的特性参数，无需制造阵列天线实物即可分析设计阵列天线是否符合设计要求，大大提高了阵列天线设计的效率，降低了阵列天线的设计制造成本，具有极大的推广价值。
附图说明
[0019]图1：本实施例的串馈阵元结构俯视示意图；
[0020]图2：本实施例的串馈阵元结构轴向示意图；
[0021]图3：本实施例的馈点端口示意图；
[0022]图4：本实施例的馈点端口积分线示意图；
[0023]图5：本实施例的模式激励示意图；
[0024]图6：本实施例的创建包络串馈阵元的空气域示意图；
[0025]图7：本实施例的空气域六个面全吸收边界条件示意图；
[0026]图8：本实施例的串馈阵元的驻波比VSWR随频率的变化示意图；
[0027]图9：本实施例的串馈阵元freq＝76.5GHz、φ＝90
°
时俯仰方向的增益示意图；
[0028]图10：本实施例的串馈阵元freq＝76.5GHz、φ＝0
°
时方位角方向的增益示意图；
[0029]图11：本实施例的串馈阵元freq＝76.5GHz、φ＝0
°
时电场E的分布示意图；
[0030]图12：本实施例的串馈阵元freq＝76.5GHz时三维远场增益示意图。
具体实施方式
[0031]下面详细描述本专利技术的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0032]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波雷达阵列天线分析方法，其特征在于：在仿真软件中对毫米波雷达阵列天线进行建模，对模型施加激励源，创建空气域建立一可包络住阵列天线模型的阵元、基板和地层的长方体空间，设置空气域的边界条件和阵元的谐振频率，运用电磁仿真工具对仿真模型进行计算，提取阵元的特性参数，将特性参数与阵列天线的设计特性参数进行比对，分析阵列天线是否符合设计要求。2.如权利要求1所述的一种毫米波雷达阵列天线分析方法，其特征在于：所述对毫米波雷达阵列天线进行建模的方法包括：根据阵列天线的阵元结构、馈电方式、阵元贴片数量、三维数据以及基板的厚度和材料特性对阵列天线进行建模。3.如权利要求1所述的一种毫米波雷达阵列天线分析方法，其特征在于：所述对模型施加激励源的方法包括：在馈点端口的面施加激励，激励源为电压源、电流源或是模式中的一种。4.如权利要求1所述的一种毫米波雷达阵列天线分析方法，其特征在于：所述创建空气域的方法包括：根据仿真分析对象毫米波雷达频率得出波长，建立一个可以将阵元、基板、地层包络住的长方体空间，基板边缘距离邻近的长方体空间侧面的距离为1/4波长，将长方体的材质设置为空气，形成空气域。5.如权利要求1所述的一种毫米波雷达阵列天...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭军朝，屈新田，李明虎，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：