可波束切换的毫米波雷达天线制造技术

本发明专利技术属于通信技术领域，具体为一种可波束切换的毫米波雷达天线。本发明专利技术毫米波雷达天线包含：介质基板、三组明可夫斯基分型单元组成的天线阵列、三个PIN管、三对四分之一波长扇形变换器；所述的三组天线阵列纵向排布，分别单独等幅同相馈电；PIN管加载在每组天线阵列单元的第三、第四单元之间，用来切换工作状态。四分之一波长扇形阻抗变换器用来开路微波信号并施加直流偏压而控制二极管。本发明专利技术天线可在毫米波频段实现波束宽窄的切换，提高了角度分辨率，同时缩小了天线在雷达中的长度。同时缩小了天线在雷达中的长度。同时缩小了天线在雷达中的长度。

【技术实现步骤摘要】
可波束切换的毫米波雷达天线


[0001]本专利技术属于天线
，具体地涉及一种可波束切换的毫米波雷达天线。

技术介绍

[0002]近年来，现代无人驾驶系统对先进驾驶辅助系统(ADAS)技术的需求不断增长，77 GHz车载毫米波雷达技术发展迅速，并被国际汽车制造商推广。车载雷达按探测距离可分为长程、中程和近程三种。远程雷达通常采用高增益天线来满足远程探测的需要，但其视场也迅速减小，只能覆盖当前车道和相邻车道的探测。中距雷达通常使用低增益天线来补偿更大的视场。因此，当被探测目标移动或距离发生变化时，雷达需要在中程和远程应用之间切换。对于雷达天线，则需要不同的波束宽度。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种可以波束切换的毫米波雷达天线，使天线在整个77GHz
‑
83GHz频段工作的同时，缩小天线尺寸，提高角度分辨率。
[0004]本专利技术提供的可波束切换的毫米波雷达天线，使用同一结构，利用PIN管的通断状态实现波束宽度的切换，其结构如图1所示，包括介质基板1、三个相同的天线线阵2、四分之一波长扇形变换器3和PIN管4。其中，各天线线阵2均由五单元分形结构串馈组成；单元采用三阶或五阶明可夫斯基分形结构；PIN管4为3个，分别设置于各天线线阵2的第三、四单元中间；天线线阵2呈现纵向分布（即以1
×
3纵向排布），中间阵列横向略错开（例如错开一个单元的位置），目的为保证垂直平面内的波束方向对称性；四分之一波长扇形变换器3共3对，分别设置于三个天线阵列开口处（即第三、四单元处），并分别连接PIN管的正、负极；天线阵列最左端连接到馈源端。
[0005]本专利技术中，天线线阵2、四分之一波长扇形变换器3均刻蚀在介质基板正面，采用铜箔，厚度为0.035mm。介质基板背面为地，铺铜。
[0006]本专利技术中，介质基板1采用罗杰斯4835，厚度为0.254mm。
[0007]本专利技术中，各天线线阵2由五单元分形结构串馈组成。单元采用三阶或五阶明可夫斯基分形结构，进一步缩小了单元尺寸,提高了增益。
[0008]本专利技术中，四分之一波长扇形变换器3臂长和扇形半径均为四分之一波长，左端的变换器焊接PIN管正极，右端相反。
[0009]本专利技术中，PIN管4采用MACOM公司的MA4AGFCP910型号PIN管。
[0010]仿真结果表明,天线阵列在77GHz
‑
83GHz频段内， PIN管在开和关情况下回波损耗 <
‑
10 dB。频率为77GHz时的辐射方向图表明，3dB在三单元（PIN管关）和五单元（PIN管开）工作状态下的波束宽度分别为32.9
°
和22.6
°
。频率为81GHz时的辐射方向图表明，3dB在三单元（PIN管关）和五单元（PIN管开）工作状态下的波束宽度分别为28.9
°
和21.6
°
。这两个典型频率下的方向图结果表明，PIN管开状态下的波束宽度相比于关状态下的波束宽度有7
‑
10
°
的减小。即控制二极管的通断可以实现波束宽度的切换。
附图说明
[0011]图1为本专利技术可波束切换的毫米波雷达天线整体结构示意图。
[0012]图2为本专利技术可波束切换的毫米波雷达天线S参数仿真结果。
[0013]图3为本专利技术可波束切换的毫米波雷达天线在77GHz下辐射方向图仿真结果。
[0014]图4为本专利技术可波束切换的毫米波雷达天线在81GHz下辐射方向图仿真结果。
[0015]图中标号：1为基板，2为三个相同的天线线阵，3为四分之一波长扇形变换器，4为PIN管。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0017]如图1所示，本专利技术提供了一种新型可波束切换的毫米波雷达天线，中心频率77 GHz，整体尺寸14
×
10
×
0.254mm3（长
×
宽
×
高），本实施例包括：包括介质基板1、三个相同的天线线阵2、四分之一波长扇形变换器3和PIN管4。
[0018]如图1所示，介质基板采用罗杰斯4835，尺寸为14
×
10
×
0.254mm3（长
×
宽
×
高），介电常数3.48，损耗正切角0.0037。
[0019]如图1所示，所述的三个天线线阵2按照1
×
3的结构排布，在最左端输入等辐同相信号。所述每一线阵包含三个三阶明可夫斯基分型单元和两个五阶明可夫斯基分型单元，利用微带线串馈。每一线阵还包含一对四分之一波长扇形变换器，施加直流偏压继而控制PIN管，同时可以忽略微波信号对该部分的影响。每一线阵还包含一PIN管，可以控制三/五单元工作状态的切换，继而实现波束宽度切换。
[0020]如图1所示，明可夫斯基分型单元尺寸为1.36
×
0.96mm2（长
×
宽），单元间距为0.98mm。线列纵向距离为3.8mm。中间线阵在横向方向偏移了1.9mm。
[0021]如图1所示，四分之一波长扇形变换器3的臂长和扇形半径均为四分之一介质波长。扇形角度为90
°
，即四分之一圆。
[0022]如图2所示，本实施例所述的频率特性包括回波损耗参数。其中横坐标代表频率变量，单位GHz，纵坐标代表回波损耗。仿真结果表明本专利技术的可波束切换的毫米波雷达天线在77
–
83 GHz频率范围内，回波损耗<
‑
10 dB，即加载PIN管后，在PIN管开关两种状态下，回波损耗均满足要求。
[0023]如图3、4所示，实施例所述的可波束切换的毫米波雷达天线在77GHz、81GHz下的天线辐射方向图分别如图3、4所示。由图可见，在频段内，通过控制PIN管的工作状态，可以明显实现波束宽度的切换。
[0024]本专利技术的技术方案不限于上述具体事实例的限制，如本专利技术为77
‑
83GHz波段毫米波天线，改变尺寸可适用于其它波段，凡是根据本专利技术的技术方案做出的技术变形，均落入本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可波束切换的毫米波雷达天线，其特征在于，使用同样天线结阵构，利用PIN管的通断状态实现波束宽度的切换；其结构包括介质基板、三个相同的天线线阵、四分之一波长扇形变换器和PIN管；其中，各天线线阵均由五单元分形结构串馈组成；单元采用三阶或五阶明可夫斯基分形结构；PIN管为3个，分别设置于各天线线阵的第三、四单元中间；三个天线线阵呈现纵向分布，中间阵列横向略错开，以保证垂直平面内的波束方向对称性；四分之一波长扇形变换器共3对，分别设置于三个天线线阵第三、四单元处，并分别连接PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颜鹏，杨国敏，徐丰，金亚秋，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：