[发明专利]四种24.15GHz窄波束微带阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及电子信息和交通安全领域，提出四种成功设计的24.15GHz窄波束微带阵列天线。

技术背景

24.15GHz窄波束微带阵列天线有许多应用市场。典型的应用有：公路超速管理用雷达；公路卡口管理用雷达；闯红灯管理用雷达；汽车防撞和自主控制雷达；机车测速雷达；雷达物位计、液位计；以及其他若干民用和军用的雷达和通信系统。从近毫米波到毫米波，使用微带阵列天线具有一系列优点，如低价格、高性能、薄尺寸、易制作等等。虽然国外某些研究机构和公司示出了一些样例，但尚无完整的设计方法报导。在交通安全领域中，Siemens、Bosch、Deuta为代表的欧洲制造商和美国Wavetronix公司典型地采用串馈式微带阵列天线。这种天线容易实现单个E面窄波束，而实现双面窄波束或针状波束还缺乏实例。俄罗斯OLVIA公司采用4单元组合的设计，可以实现针状波束，但无完整的设计方法报导。本发明采用独立自主研发的设计方法，设计图样与这些厂商推出的天线不同，但所采用的方法很容易产生出符合应用需求的设计。在科技文献中报导的微带阵列天线样例，当微带贴片数目较多时，会出现天线上馈线损耗过大的问题，需要附加专门的微波馈电线路以减小损耗。本发明所述的4⁰×4.5⁰天线的贴片数达到524个，不需要附加的微波馈电线路，天线损耗仍然较低，可以直接用于低价雷达系统。按照所采用的方法能够做出更窄波束的天线设计，但本发明中提出的设计考虑了实际的典型应用需求，这对于控制天线价格和适合民用市场非常重要。由于微带阵列天线在相当大一类微波应用系统中占据技术核心的位置，本发明专利的目的在于提出四款成功设计的天线，它们可以覆盖相当宽领域的应用。

发明内容

本发明提出的天线是专门设计的微带阵列天线。选择了4种典型的天线特性，可以覆盖大多数的应用需求。用户可以实际的应用需求来选用这些天线。这4种天线分别具有以下特征：

(1)主要设计指标：—3dB波束宽度，H面5.5⁰，E面6⁰；—10dB波束宽度与—3dB波束宽度的比值≤3；最大旁瓣电平≤—15dB。

设计结果：—3dB波束宽度5.2⁰×5.9⁰，天线微波介质板的外廓尺寸166mm×148mm，金属图形的H面最大尺寸152±0.5是特征尺寸。辐射单元个数为284个。所述天线设计图样如图1所示。

(2)主要设计指标：—3dB波束宽度，H面4⁰，E面4.5⁰；—10dB波束宽度与—3dB波束宽度的比值≤3；最大旁瓣电平≤—15dB。

设计结果：—3dB波束宽度3.95⁰×4.35⁰，天线微波介质板的外廓尺寸212mm×196mm，金属图形的H面最大尺寸202.5±0.5是特征尺寸。辐射单元个数为524个。所述天线设计图样如图2所示。

(3)主要设计指标：—3dB波束宽度，H面4⁰，E面7⁰；—10dB波束宽度与—3dB波束宽度的比值≤3；最大旁瓣电平≤—15dB。

设计结果：—3dB波束宽度4⁰×6.88⁰，天线微波介质板的外廓尺寸216mm×132mm，金属图形的H面最大尺寸203±0.5是特征尺寸。辐射单元个数为332个。所述天线设计图样如图3所示。

(4)主要设计指标：—3dB波束宽度，H面4⁰，E面12.5⁰；—10dB波束宽度与—3dB波束宽度的比值≤3；最大旁瓣电平≤—15dB。

设计结果：—3dB波束宽度3.95⁰×12.2⁰，天线微波介质板的外廓尺寸216mm×151mm，金属图形的H面最大尺寸203±0.5是特征尺寸。辐射单元个数为190×2个。此天线由两个天线构成，两个天线中任何一个可单独使用，也可以合起来用于收发天线需要分离的场合，例如双向测速雷达。所述天线设计图样如图4所示。

(5)本发明中各个天线的辐射单元馈电具有特征。辐射单元与馈线的连接处不在辐射边上，而是往贴片内深入了一段距离，以减小辐射单元的输入阻抗。为了将辐射单元置于各个分支馈线之间的合理位置，同时保证单元馈线需要的尺寸，对馈线进行了弯折处理，如图5所示。