[发明专利]应用于多普勒雷达的毫米波高增益平面口径天线

说明书

本发明公开的应用于多普勒雷达的毫米波高增益平面口径天线，包括上层基板、中层基板、底层基板和金属地板，中层基板位于上层基板和底层基板之间，金属地板位于上层基板和中层基板之间；其中，上层基板上设置辐射结构，辐射结构包括设置在上层基板上的“拓扑型”结构金属贴片和开口谐振腔；底层基板上设置有微带线，金属地板上开设有“十字型”耦合缝隙，通过微带线和“十字型”耦合缝隙给辐射结构进行缝隙耦合馈电激励。可以使得天线口径场分布更加均匀，从而提高天线的增益和效率，并且在较宽的带宽内实现较好的增益平坦度及较低的副瓣电平。

技术领域

本发明属于天线领域，尤其涉及一种应用于多普勒雷达的毫米波高增益平面口径天线。

背景技术

近年来，应用多普勒雷达进行非接触式人体生命体征监测引起了广泛关注。基于多普勒雷达的人体生命体征监测对于医疗监护、火灾和地震等灾后救援、家居健康监测具有重要意义。基于多普勒雷达理论，雷达通过天线将电磁波辐射出去，在传播过程中遇到目标物以后，目标物对电磁波产生反射、散射，接着天线接收到雷达回波，再通过环形器、低噪声放大器、滤波器等将回波信号提取出来。工作在ISM频段附近的多普勒雷达系统已被广泛应用于非接触式生命体征检测。检测原理是提取反射雷达的相移信号，由胸壁运动监测心跳和呼吸。对于相同的目标位移，较短波长的毫米波(mm-wave)雷达导致基带输出相对较大的相移，增加了对小目标运动的敏感性。因此，毫米波多普勒雷达在物体距离检测中可以提供毫米级别的精度，成为人类生物信号的理想传感技术。天线作为多普勒雷达的关键组成部分,其性能将会影响雷达的可靠性。因此，毫米波多普勒雷达要求天线具有小型化、宽频带、高增益、低副瓣等特性。目前,有部分学者为多普勒雷达设计了一些专用天线，但相关的文献并不多。Y.Wang等在《Micro-Doppler Signatures for Intelligent Human GaitRecognition Using a UWB Impulse Radar[C]//2011IEEE International Symposium onAntennas and Propagation(APSURSI),2011,2103-2106》中提出了一款维瓦尔第(Vivaldi)阵列天线，用于多普勒雷达进行智能的人类步态特征识别，但该天线的面积比较大，不利于多普勒雷达的集成。随着天线尺寸随着雷达频率的增加而缩小，Kao T等在《Aflip-chip-packaged and fully integrated 60GHz CMOS micro-radar sensor forheartbeat and mechanical vibration detections[C]//Radio Frequency IntegratedCircuits Symposium.IEEE,2012》提出了一个带有印刷电路板(PCB)的60GHz CMOS微型雷达贴片天线，实现了低成本、完全集成的生命体征传感器。平面微带贴片天线低剖面的特性适用于许多便携式应用，例如平板电脑和智能手机。对于典型的边缘馈电贴片天线，单个贴片的增益和带宽都无法很好地满足毫米波多普勒雷达的需求。目前，大多数研究通过对微带贴片天线进行组阵，从而实现较高的增益及覆盖更宽的带宽。但这需要复杂的馈电网络，不利于芯片封装。(删除2017年，B.K.Kim等利用微多普勒效应雷达进行小型无人机偏振测定的实验分析，)2017年，B.K.Kim等在《Experimental Analysis of Small DronePolarimetry Based on Micro-Doppler Signature[J].IEEE Geoscience and RemoteSensing Letters,2017,14:1670-1674.》利用微多普勒效应雷达进行小型无人机偏振测定的实验分析，使用了经典的波纹喇叭天线，虽然增益较高，但该天线的体积比较大，不利于多普勒雷达的集成。

综上，在现有的方案中，大多数应用于多普勒雷达的天线都存在尺寸较大，带宽较窄，增益较低且定向辐射特性较差等诸多问题，无法满足毫米波多普勒雷达等领域应用的要求。

发明内容