一种波导毫米波雷达天线制造技术

本发明专利技术公开了一种波导毫米波雷达天线，包括PCB板结构及金属脊波导结构，所述PCB结构包括介质板，所述介质板设置微带线转接结构；所述金属脊波导结构纵向共线开缝，所述金属脊波导结构设置脊波导转接结构，所述金属脊波导结构设置在介质板上，所述脊波导转接结构与微带线转接结构连接。本发明专利技术具有高效率、宽半功率波瓣宽度、低副瓣、与PCB板集成等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种波导毫米波雷达天线
本专利技术涉及电子通信领域，具体涉及一种波导毫米波雷达天线。
技术介绍
毫米波天线因其具有部件体积小、高空间分辨率、抗干扰能力强等优点，现已经成为天线设计领域研究的主流。相比于常见的贴片阵列天线，波导缝隙阵天线具有天线效率高、性能稳定、结构紧凑、易实现窄波束高增益、易控制口径场分布等优点，成为车载、机载和成像技术等在毫米波雷达应用上的优选形式。传统的矩形空腔波导缝隙阵天线一直是波导缝隙阵天线研究的热点，从开缝的位置可分为宽边开缝和窄边开缝两种形式。先后又衍生出了脊波导缝隙阵天线和基片集成波导(SIW)缝隙阵天线。脊波导缝隙阵天线利用脊波导具有较低且稳定的相移常数的特点，当天线设计为串馈结构时，其最高增益波束指向随频率的变化只会带来较低的偏角，方向图稳定性较强。SIW缝隙阵天线克服了波导缝隙阵天线的部分缺点，具有低剖面、易制造、易共形、易于与芯片集成等微带贴片天线所具有的优点。波导缝隙阵天线的开缝形式通常为左右交错开缝型，通过控制每个缝隙与波导纵向中轴线的偏移距离来控制每个缝隙的辐射强度的幅值，从而来调节主平面(H面)的副瓣电平的大小。这种开缝形式的缺点是当缝隙偏移中轴线的垂直距离较大时，天线在工作时会在主平面外产生其他较高的栅瓣，这时最高副瓣电平就难以定位和控制。于是有学者研究出波导共线缝隙阵天线，这类天线的缝隙开在天线结构的纵向中轴线上，波导单元为脊波导，开缝面和加脊面相对。相比于交错型开缝的缝隙阵天线，波导共线缝隙阵天线方向图较为对称，最大副瓣电平能在主平面进行定位和评估。一般可以通过控制脊两侧金属凹槽的深度、控制脊偏离波导中轴线的距离、控制波导侧壁的厚度这三种方式来控制缝隙辐射强度的幅值，当缝隙辐射强度幅值呈现一定的比例时，可以实现抑制副瓣电平的目的。但当以上共线缝隙的方案应用于毫米波频段设计时，这类共线缝隙阵天线的金属波导的加工精度会比较难以保证。现有技术中存在的缺点如下：(1)传统空腔波导缝隙阵天线：难以集成在PCB板上与芯片互连，由波导直接进行馈电的方式，需设计多层金属波导，这样导致加工难度大，天线结构复杂，制造成本高，其应用范围受限。当用窄边进行开缝时，会产生较高的交叉极化；(2)脊波导缝隙阵天线：缺陷仍与传统空腔缝隙阵天线类似；(3)SIW缝隙阵天线：全介质填充，介质损耗较大，辐射效率较低。另外由于其二维结构的限制，导致其辐射口径横向场分布难以受控。以上三种缝隙阵天线的开缝方式一般为交错型开缝，方向图对称性较差，在主平面外会产生次级高副瓣，空间最高副瓣难以准确定位和控制。因此，为了实现波导共线开缝的形式并克服波导缝隙阵天线在毫米波应用上难以与PCB集成、波导加工复杂和其加工精度要求高等难题，专利技术一种新型的波导毫米波缝隙阵雷达天线。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种波导毫米波雷达天线，本专利技术易与PCB集成、且具有低成本、低副瓣及方向图稳定的特点。本专利技术采用如下技术方案：一种波导毫米波雷达天线，包括，PCB板结构，包括介质板，所述介质板设置微带线转接结构；金属脊波导结构，所述金属脊波导结构纵向共线开缝，所述金属脊波导结构设置脊波导转接结构，所述金属脊波导结构设置在介质板上，所述脊波导转接结构与微带线转接结构连接。所述微带线转接结构由依次连接的50欧姆匹配微带线、四分之一波长微带线阻抗变换段及与脊波导上脊等宽的微带线构成。所述脊波导转接结构具体为阶梯状结构，分为三个阶梯，第一阶梯与微带线连接，第二阶梯为过渡转换结构减小结构突变，第三阶梯连接脊波导上脊。所述介质板上设置呈曲线分布的脊波导下脊，所述脊波导下脊是采用金属通孔成脊的方式。所述脊波导下脊通过扭曲变形控制缝隙辐射的能量满足切比雪夫分布或泰勒分布。所述金属脊波导结构纵向共线开缝具体为，在脊部沿纵向中轴线方向开有十个缝隙。所述脊波导下脊的两侧设置由金属通孔构成的平行线，用于PCB板结构与金属脊波导结构的固定。所述金属通孔的直径为0.36mm，孔间距约等于两倍孔直径。所述缝隙的长度为1.89mm,宽度为0.3mm。微带线转接结构长10.84mm,金属波导长14.27mm。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术设置微带线转接结构，通过该转接结构对双脊波导进行串馈，实现较低的插入损耗和较低的回波损耗，降低传统波导天线设计复杂度，提高了天线与PCB板设计的集成度，实现PCB与波导直接互连集成；(2)本专利技术天线采用串馈的馈电方式。由于波导结构为部分介质填充双脊波导，双脊波导具有较低的单模截止频率、较宽的主模工作区、以及稳定的相位常数，因此相比于串馈结构的空腔波导缝隙阵和单脊波导缝隙阵，本专利技术天线波束指向性更为稳定；(3)本专利技术缝隙辐射强度的幅值受PCB上通孔的位置控制，相比全金属波导实现共线调节缝隙幅值的方式，PCB加工精度更高，其制造也更加容易。另外，PCB板加通孔成脊的方式使得电磁波大部分能量聚集在波导空气部分，与传统的SIW天线阵相比，降低了电磁波传输过程中产生的介质损耗，从而提高天线辐射效率；(4)本专利技术的辐射缝隙采用共线排布的形式，天线方向图呈高度对称性，副瓣电平能在主平面(H面)进行定位和评估。附图说明图1是本专利技术金属脊波导结构的顶视图；图2是本专利技术金属脊波导结构的底视图；图3是本专利技术金属脊波导解耦股的横向剖视图；图4是本专利技术PCB板的顶视图；图5是本专利技术PCB板的底视图；图6是本专利技术天线分解图；图7是本专利技术天线的整体结构示意图；图8是本专利技术微带转接结构与金属脊波导连接示意图；图9是本专利技术微带转波导结构的回波损耗S11以及插入损耗S21曲线图；图10是本专利技术天线的反射系数示意图；图11、图12及图13分别是本专利技术实施例天线分别工作在76GHz、78GHz、80GHz的归一化增益图；图14是本专利技术实施例天线工作在76GHz、78GHz、80GHz在H面方向(φ＝0°)的增益图，最大波束指向偏角范围为-1.3°～0.1°，波束指向较为稳定；图15是本专利技术实施例天线增益随频率变化的仿真图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1-图8所示，一种波导毫米波雷达天线，天线的形式为部分介质填充的双脊波导共线缝隙天线，用于车载。具体结构包括PCB板结构及金属脊波导结构7，两个部分通过焊接或者螺丝固定构成部分介质填充双脊波导，可得到整个天线的结构,整个天线设置波端口一5及波端口二8。PCB板结构，包括介质板，所述介质板设置微带线转接结构2，所述微带线转接结构由依次连接的50欧姆匹配微带线、四分之一波长微带线阻抗变换段及与脊波导上脊等宽的微带线6构成。微带线转接结构对金属脊波导结构(波导辐射单元)进行串馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导毫米波雷达天线，其特征在于，包括，/nPCB板结构，包括介质板，所述介质板设置微带线转接结构；/n金属脊波导结构，所述金属脊波导结构纵向共线开缝，所述金属脊波导结构设置脊波导转接结构，所述金属脊波导结构设置在介质板上，所述脊波导转接结构与微带线转接结构连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种波导毫米波雷达天线，其特征在于，包括，
PCB板结构，包括介质板，所述介质板设置微带线转接结构；
金属脊波导结构，所述金属脊波导结构纵向共线开缝，所述金属脊波导结构设置脊波导转接结构，所述金属脊波导结构设置在介质板上，所述脊波导转接结构与微带线转接结构连接。


2.根据权利要求1所述的一种波导毫米波雷达天线，其特征在于，所述微带线转接结构由依次连接的50欧姆匹配微带线、四分之一波长微带线阻抗变换段及与脊波导上脊等宽的微带线构成。


3.根据权利要求2所述的一种波导毫米波雷达天线，其特征在于，所述脊波导转接结构具体为阶梯状结构，分为三个阶梯，第一阶梯与微带线连接，第二阶梯为过渡转换结构减小结构突变，第三阶梯连接脊波导上脊。


4.根据权利要求1所述的一种波导毫米波雷达天线，其特征在于，所述介质板上设置呈曲线分布的脊波导下脊，所述脊波导下脊是采用金属通孔成脊的方式。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯鑫，廖绍伟，薛泉，张海伟，徐丹，
申请(专利权)人：华南理工大学，华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44