[发明专利]可波束切换的毫米波雷达天线

说明书

本发明属于通信技术领域，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。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体地涉及一种可波束切换的毫米波雷达天线。

背景技术

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，77GHz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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明中，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。

本发明中，介质基板1采用罗杰斯4835，厚度为0.254mm。

本发明中，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。

本发明中，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。

本发明中，PIN管4采用MACOM公司的MA4AGFCP910型号PIN管。

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

图1为本发明可波束切换的毫米波雷达天线整体结构示意图。

图2为本发明可波束切换的毫米波雷达天线S参数仿真结果。

图3为本发明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。

图4为本发明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。