[发明专利]一种24GHz汽车雷达阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，具体是一种24GHz汽车雷达阵列天线。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，以及国内外高速公路的普及，汽车撞车事故日益增多。交通事故频发的原因主要是超速，违规驾驶所致；主要是车车相撞和车人或者物体相撞。虽然所有的汽车都配备了安全带、安全气囊等防护装置，但是这些措施都是发生事故后采取的一种补救措施，是一种被动式的防护措施，因此还会造成大量的人员死亡和巨大的经济损失。

车祸的80％以上是由于汽车司机反应不及时造成的，司机看不清楚四周的车辆或者障碍物，等发现危险已经为时过晚；或者因为车速太快而反应时间过短，酿成灾难；另外司机长时间驾驶也会产生疲劳导致交通事故。

基于上述原因，世界各国的研究机构和科研院所和汽车制造商投入了大量的人力物力和财力研制主动式汽车安全驾驶的措施，就是在事故将要发生以前可以轻易地避免事故的发生。国际上对于汽车防撞雷达的研究开始于20世纪60年代，主要以德国，日本和美国这些汽车工业比较发达的西方国家展开的。

天线作为雷达系统中收发电路的组成部分，如何设计高增益、低副瓣、易于集成和批量化生产的雷达天线将会对汽车工业产生非常重要的现实意义和应用前景。因此，汽车防撞雷达天线一直受到研发和生产部门的极大重视，它决定了防撞系统性能的好坏，设备的体积以及成本的高低。对于汽车防撞雷达，除了增益、波束宽度、旁瓣电平和方向图外，还必须考虑到下列的一些因素，首先，天线的低成本和量产化；其次，天线必须在各类汽车上安装方便；最后天线必须符合或者说较小的改变汽车的动力学设计，最理想的就是把雷达天线做成和汽车共形的结构。

毫米波雷达的工作体制主要有脉冲体制、二进制频移键控(FSK)体制和调频连续波(FMCW)体制。脉冲体制是发射经脉冲调制的电磁波，测定发射脉冲同接收脉冲之间的时间差，就可以计算出目标的距离，但是防撞雷达的距离相对较近，发射信号和接收信号之间的时间差很小，只有几纳秒，使得近距离脉冲雷达系统十分复杂，成本很高。二进制频移键控(FSK)体制的是用二进制数字0、1两种状态去控制载波的频率，产生快慢两种状态的载波频率。发射信号与回波信号相差一个时间上的延迟。如果目标为移动物体，还有多普勒频移。时延通过相位差计算，这种调制方式电路简单，但这种信号的带宽等于数字信号带宽的两倍再加上快慢频率的差值，信号占用的频带较宽，信号处理算法比较复杂。FMCW雷达调制信号为三角波，反射波和发射波的形状相同，只是在时间上有一个延迟，因此会产生与发射波的差频，目标距离R与差频成正比。FMCW调制存在着发射波向反射波泄露的缺点，电路实现信号处理算法较简单，分辨率较高，能测量很近的距离以及不存在盲区。

早期的防撞雷达是工作在10GHz的微波频段，雷达波束很宽，所以只能侦测到物体是否存在，不能准确定位。随着毫米波技术的成熟，防撞雷达主要集中在毫米波频段，包括24GHz，35GHz，60GHz，77GHz等频段。目前欧美，日本汽车雷达的工作频段锁定在76-77GHz频段，我国对于汽车雷达的研究刚刚起步，目前大多在24GHz和77GHz频段。国内外汽车雷达的天线一般都为喇叭天线或者抛物面天线等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种馈电网络简单，阵元数目较少，增益和方向图主瓣都满足24GHz汽车雷达要求的SIR天线阵。采用低介电常数的介质材料增强辐射的边缘场，采用薄的介质基板减小表面波。主要分为两部分，馈电网络部分和天线阵列部分。馈电网络主要由四分之一微带阻抗变换器和功率合成网络构成，完成对各个阵元的馈电和阻抗变换。并使得各阵元的馈电为同相馈电，馈电点的信号幅度相等。总阵列由4个SIR线阵单元组成，每个线阵单元由四个对称的SIR单元组成。本发明采用平面结构，可以和电路板共形，调试方便，结构简单，易量产。3dB主瓣宽度小于20°，增益大于20dB，具有明显的性能优势。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种24GHz汽车雷达阵列天线，包括上层的导电图形层、中间层的介质层和底层的导体地，所述导电图形层是由馈电网络和SIR单元线阵组成，所述SIR线阵有4对对称的阶梯阻抗微带线组成，而4个多级阶梯阻抗微带线阵单元组成了天线阵列。

作为本发明的进一步技术方案：所述四个线阵单元之间的间距为二分之一波长。

作为本发明的进一步技术方案：所述馈电网络采用多个四分之一波长微带变换电路和一分二等功率分配电路。

作为本发明的进一步技术方案：所述导电体为铜皮或铝皮。