宽波束串馈微带天线阵列及雷达的制作方法

1.本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种宽波束串馈微带天线阵列及雷达。


背景技术：

2.在军工、民用的无线通信和雷达探测领域，宽波束串馈微带天线阵列已经逐渐开始使用，尤其在汽车雷达中，宽波束串馈微带天线阵列已经被广泛应用。目前，宽波束串馈微带天线阵列所使用的展宽波束方法都是采用增加寄生谐振单元、增加金属墙等方式，这些方式都是利用外加结构来展宽波束，导致设计难度增加、成本增加。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种宽波束串馈微带天线阵列及雷达，旨在解决目前宽波束串馈微带天线阵列中都是利用外加结构来展宽波束，导致设计难度增加、成本增加的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出的一种宽波束串馈微带天线阵列，包括：
5.基板；
6.馈线，设于所述基板的顶面，所述馈线包括短节段以及自所述短节段的两端朝一侧并行延伸的第一长直段和第二长直段，所述第一长直段的长度短于所述第二长直段的长度；
7.天线阵元组，设于所述基板的顶面，且位于所述第一长直段和所述第二长直段之间，所述天线阵元组包括连接于所述第一长直段的多个第一天线阵元和连接于所述第二长直段的多个第二天线阵元，多个所述第一天线阵元和多个所述第二天线阵元沿所述第二长直段的纵向呈交错设置；以及，
8.铜质层，覆设于所述设于所述基板的底面。
9.可选地，相邻的两个所述第一天线阵元的间距为λg，λg为传输线导波波长；和/或，
10.相邻的两个所述第二天线阵元的间距为λg，λg为传输线导波波长。
11.可选地，相邻的所述第一天线阵元与所述第二天线阵元的间距为0.5*λg，λg为传输线导波波长。
12.可选地，所述第一天线阵元和/或所述第二天线阵元设置为矩形谐振单元。
13.可选地，所述矩形谐振单元的长度为0.5*λ
g0
，λ
g0
为天线谐振波长。
14.可选地，多个所述第一天线阵元的至少其中两个的宽度不同；和/或，
15.多个所述第二天线阵元的至少其中两个的宽度不同。
16.可选地，所述第一天线阵元与所述第二天线阵元的纵向间距为(0.15～0.3)*λg，λg为传输线导波波长。
17.可选地，所述宽波束串馈微带天线阵列还包括：
18.外接收发机馈线，设于所述基板的顶面；以及，
19.阻抗匹配结构，设于所述基板的顶面，且连接于所述第一长直段和所述外接收发
机馈线之间。
20.可选地，所述短节段的长度为(0.65～0.8)*λg，λg为传输线导波波长。
21.本发明还提出的一种雷达，包括如上所述的宽波束串馈微带天线阵列。
22.本发明的技术方案中，馈线的短节段、第一长直段以及第二长直段构成“η”形，天线阵元组的多个所述第一天线阵元和多个所述第二天线阵元构成两排阵元，两排阵元组成一个三角栅格阵列，馈线与天线阵元组共同组成一个同相馈电的幅度加权阵列。本宽波束串馈微带天线阵列通过馈线和天线阵元组的组合实现展宽波束，无需外加结构，设计难度和成本均较低；并且，“η”形的馈线能够使两排阵元的馈电点处信号流向相反，第一长直段和第二长直段上的相位变化相反，提高了波束稳定性；此外，馈线的“η”形弯折线本身辐射宽波束方向图，与天线阵元组的三角栅格阵列方向图相乘，优化了宽波束特性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的宽波束串馈微带天线阵列的第一实施例的结构示意图；
25.图2为图1中宽波束串馈微带天线阵列的剖视图；
26.图3为图1中宽波束串馈微带天线阵列的馈线处的局部示意图；
27.图4为本发明提供的宽波束串馈微带天线阵列的第二实施例的结构示意图；
28.图5为本发明第一实施例宽波束串馈微带天线阵列的e面辐射方向图；
29.图6为本发明第一实施例宽波束串馈微带天线阵列的h面辐射方向图；
30.图7为本发明第一实施例宽波束串馈微带天线阵列的电压驻波比结果图；
31.图8为本发明第二实施例宽波束串馈微带天线阵列的e面辐射方向图；
32.图9为本发明第二实施例宽波束串馈微带天线阵列的h面辐射方向图；
33.图10为本发明第二实施例宽波束串馈微带天线阵列的电压驻波比结果图。
34.附图标号说明：
35.标号名称标号名称100宽波束串馈微带天线阵列32第二天线阵元1基板4铜质层2馈线5外接收发机馈线21短节段6阻抗匹配结构22第一长直段61矩形一23第二长直段62矩形二3天线阵元组63矩形三31第一天线阵元
36.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
39.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
40.在雷达中，宽波束串馈微带天线阵列已经被广泛应用。目前，宽波束串馈微带天线阵列所使用的展宽波束方法都是采用增加寄生谐振单元、增加金属墙等方式，这些方式都是利用外加结构来展宽波束，导致设计难度增加、成本增加。
41.鉴于此，本发明提供一种宽波束串馈微带天线阵列，图1至图4为本发明提供的宽波束串馈微带天线阵列的实施例，图1为本发明提供的宽波束串馈微带天线阵列的第一实施例的结构示意图，图2为图1中宽波束串馈微带天线阵列的剖视图，图3为图1中宽波束串馈微带天线阵列的馈线处的局部示意图，图4为本发明提供的宽波束串馈微带天线阵列的第二实施例的结构示意图。
42.请参照图1至图4，所述宽波束串馈微带天线阵列100包括基板1、馈线2、天线阵元组3以及铜质层4，所述馈线2设于所述基板1的顶面，所述馈线2包括短节段21以及自所述短节段21的两端朝一侧并行延伸的第一长直段22和第二长直段23，所述第一长直段22的长度短于所述第二长直段23的长度，所述天线阵元组3设于所述基板1的顶面，且位于所述第一长直段22和所述第二长直段23之间，所述天线阵元组3包括连接于所述第一长直段22的多个第一天线阵元31和连接于所述第二长直段23的多个第二天线阵元32，多个所述第一天线阵元31和多个所述第二天线阵元32沿所述第二长直段23的纵向呈交错设置，所述铜质层4覆设于所述设于所述基板1的底面。
43.本发明的技术方案中，馈线2的短节段21、第一长直段22以及第二长直段23构成“η”形，天线阵元组3的多个所述第一天线阵元31和多个所述第二天线阵元32构成两排阵元，两排阵元组成一个三角栅格阵列，馈线2与天线阵元组3共同组成一个同相馈电的幅度加权阵列。本宽波束串馈微带天线阵列100通过馈线2和天线阵元组3的组合实现展宽波束，无需外加结构，设计难度和成本均较低；并且，“η”形的馈线2能够使两排阵元的馈电点处信号流向相反，第一长直段22和第二长直段23上的相位变化相反，提高了波束稳定性；此外，馈线2的“η”形弯折线本身辐射宽波束方向图，与天线阵元组3的三角栅格阵列方向图相乘，优化了宽波束特性。
44.具体地，在本发明实施例中，相邻的两个所述第一天线阵元31的间距为λg，λg为传输线导波波长，以保证天线阵列的性能；相邻的两个所述第二天线阵元32的间距为λg，λg为传输线导波波长，以保证天线阵列的性能。
45.具体地，在本发明实施例中，相邻的所述第一天线阵元31与所述第二天线阵元32的间距为0.5*λg，λg为传输线导波波长，以保证天线阵列的性能。
46.在本发明实施例中，所述第一天线阵元31设置为矩形谐振单元，和/或，所述第二天线阵元32设置为矩形谐振单元，进一步提高天线阵列的性能。
47.具体地，所述矩形谐振单元的长度为0.5*λ
g0
，λ
g0
为天线谐振波长，宽度则根据天线阵列的幅度加权要求调整。
48.多个所述第一天线阵元31的至少其中两个的宽度不同；和/或，多个所述第二天线阵元32的至少其中两个的宽度不同，如此，进一步优化天线阵元组3的性能。
49.进一步地，所述第一天线阵元31与所述第二天线阵元32的纵向间距为(0.15～0.3)*λg，λg为传输线导波波长，如此，搭配“η”形馈线2提供的激励相位，上述纵向间距下的天线阵元组3更利于实现宽波束。需要说明的是，纵向间距指的是，所述第一天线阵元31靠近所述第二长直段23的一端与所述第二长直段23的距离，或者，所述第二天线阵元32靠近所述第一长直段22的一端与所述第一长直段22的距离。
50.进一步地，所述宽波束串馈微带天线阵列100还包括外接收发机馈线5以及阻抗匹配结构6，所述外接收发机馈线5设于所述基板1的顶面，所述阻抗匹配结构6设于所述基板1的顶面，且连接于所述第一长直段22和所述外接收发机馈线5之间。通过阻抗匹配结构6实现对天线阵列的阻抗匹配。其中，阻抗匹配为本领域常规手段，因此，本发明对阻抗匹配结构6的具体结构不做特别说明。
51.进一步地，所述短节段21的长度为(0.65～0.8)*λg，λg为传输线导波波长，如此，保证馈线2处在离短节段21最近的两个天线阵元之间的部分的长度为1.5*λg。
52.以下结合宽波束串馈微带天线阵列100第一实施例和第二实施例的具体参数和性能对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
53.第一实施例：
54.本实施例中基板1的材料选为介电常数3.0的ptfe+陶瓷复合材料，天线阵元组3各天线阵元的谐振频率为77ghz，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100的h面采用泰勒加权控制副瓣，通过对馈线2部分调整，使本实施例宽波束串馈微带天线阵列100在76ghz-78.9ghz频段电压驻波比小于2。
55.继续参照图1至图3，外接收发机馈线5接50欧姆发射机端口或接收机端口；阻抗匹配结构6包括相连的矩形一61和矩形二62，矩形一61的长0.6mm，宽0.13mm，矩形二62的长0.45mm，宽0.28mm；馈线2的线宽为0.2mm，第一长直段22的长度为11.32mm，短节段21的长度为1.43mm，第二长直段23的长度为12.54mm；各第一天线阵元31和各第二天线阵元32的长度均为1.1mm，自左向右的方向上，各天线阵元的宽度分别为0.154mm、0.282mm、0.455mm、0.609mm、0.7mm、0.7mm、0.609mm、0.455mm、0.282mm、0.154mm，相邻的两个第一天线阵元31的间距为2.6mm，相邻的两个第二天线阵元32的间距为2.6mm，相邻的第一天线阵元31与第二天线阵元32的间距为1.3mm，第一天线阵元31与第二天线阵元32的纵向间距为0.33mm；基
板1长20mm，宽10mm，厚0.127mm。
56.参照5至图7，图5为本发明第一实施例宽波束串馈微带天线阵列100的e面辐射方向图，图6为本发明第一实施例宽波束串馈微带天线阵列100的h面辐射方向图，图7为本发明第一实施例宽波束串馈微带天线阵列100的电压驻波比结果图；由图5可知，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100仅采用两截阻抗变换段即实现2.9ghz的匹配；由图6可知，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100匹配带宽内的10db波束宽度均大于160
°
；由图7可知，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100的h面增益最大值均指向0
°
。
57.第二实施例：
58.本实施例宽波束串馈微带天线阵列100为一种24ghz频段天线，此天线阵列e面为宽波束，h面为窄波束。
59.本实施例中基板1的材料选为介电常数为3.66的陶瓷+碳氢化合物+玻纤复合材料，天线阵元组3各天线阵元的谐振频率为24ghz，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100的h面采用幅度锥削控制副瓣，通过对馈线2部分调整，使本实施例宽波束串馈微带天线阵列100在23.5ghz-24.5ghz频段电压驻波比小于2。
60.继续参照图4，阻抗匹配结构6包括矩形三63，矩形三63的长2.75mm，宽0.7mm；馈线2的线宽为0.3mm，第一长直段22的长度为18.6mm，短节段21的长度为4.5mm，第二长直段23的长度为22.05mm；各第一天线阵元31和各第二天线阵元32的长度均为3.15mm，自左向右的方向上，各天线阵元的宽度分别为1.1mm、2mm、2.4mm、2.4mm、2mm、1.1mm，相邻的两个第一天线阵元31的间距为7.8mm，相邻的两个第二天线阵元32的间距为7.8mm，相邻的第一天线阵元31与第二天线阵元32的间距为3.9mm，第一天线阵元31与第二天线阵元32的纵向间距为1.35mm；基板1长40mm，宽20mm，厚0.508mm。
61.参照图8至图10，图8为本发明第二实施例宽波束串馈微带天线阵列100的e面辐射方向图，图9为本发明第二实施例宽波束串馈微带天线阵列100的h面辐射方向图，图10为本发明第二实施例宽波束串馈微带天线阵列100的电压驻波比结果图；由图8可知，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100仅采用一截阻抗变换段即实现1ghz的匹配；由图9可知，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100匹配带宽内的10db波束宽度均大于160
°
；由图10可知，本实施例宽波束串馈微带天线阵列100的h面增益最大值均指向0
°
。
62.综上可知，本发明提供的宽波束串馈微带天线阵列100的天线匹配难度低，不需要复杂的匹配结构即可实现3.5％以上带宽；在阻抗带宽内，方向图中10db功率波束宽度大于160
°
；在阻抗带宽内，方向图的最大波束指向偏差小于1
°
。
63.本发明还提供一种雷达，包括如上所述的宽波束串馈微带天线阵列100。由于该雷达采用了上述宽波束串馈微带天线阵列100所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。所述雷达可以是汽车雷达。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，包括：基板；馈线，设于所述基板的顶面，所述馈线包括短节段以及自所述短节段的两端朝一侧并行延伸的第一长直段和第二长直段，所述第一长直段的长度短于所述第二长直段的长度；天线阵元组，设于所述基板的顶面，且位于所述第一长直段和所述第二长直段之间，所述天线阵元组包括连接于所述第一长直段的多个第一天线阵元和连接于所述第二长直段的多个第二天线阵元，多个所述第一天线阵元和多个所述第二天线阵元沿所述第二长直段的纵向呈交错设置；以及，铜质层，覆设于所述设于所述基板的底面。2.如权利要求1所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，相邻的两个所述第一天线阵元的间距为λ
g
，λ
g
为传输线导波波长；和/或，相邻的两个所述第二天线阵元的间距为λ
g
，λ
g
为传输线导波波长。3.如权利要求1所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，相邻的所述第一天线阵元与所述第二天线阵元的间距为0.5*λ
g
，λ
g
为传输线导波波长。4.如权利要求1所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，所述第一天线阵元和/或所述第二天线阵元设置为矩形谐振单元。5.如权利要求4所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，所述矩形谐振单元的长度为0.5*λ
g0
，λ
g0
为天线谐振波长。6.如权利要求5所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，多个所述第一天线阵元的至少其中两个的宽度不同；和/或，多个所述第二天线阵元的至少其中两个的宽度不同。7.如权利要求1所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，所述第一天线阵元与所述第二天线阵元的纵向间距为(0.15～0.3)*λ
g
，λ
g
为传输线导波波长。8.如权利要求1所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，所述宽波束串馈微带天线阵列还包括：外接收发机馈线，设于所述基板的顶面；以及，阻抗匹配结构，设于所述基板的顶面，且连接于所述第一长直段和所述外接收发机馈线之间。9.如权利要求1所述的宽波束串馈微带天线阵列，其特征在于，所述短节段的长度为(0.65～0.8)*λ
g
，λ
g
为传输线导波波长。10.一种雷达，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的宽波束串馈微带天线阵列。

技术总结
本发明公开一种宽波束串馈微带天线阵列及雷达，宽波束串馈微带天线阵列包括基板、馈线、天线阵元组以及铜质层，馈线设于基板的顶面，馈线包括短节段以及自短节段的两端朝一侧并行延伸的第一长直段和第二长直段，第一长直段的长度短于第二长直段的长度，天线阵元组设于基板的顶面，且位于第一长直段和第二长直段之间，天线阵元组包括连接于第一长直段的多个第一天线阵元和连接于第二长直段的多个第二天线阵元，多个第一天线阵元和多个第二天线阵元沿第二长直段的纵向呈交错设置，铜质层覆设于设于基板的底面。本宽波束串馈微带天线阵列设计难度和成本均较低，提高了波束稳定性，优化了宽波束特性。化了宽波束特性。化了宽波束特性。


技术研发人员：柴赟 文超 吕祖文 王珂
受保护的技术使用者：中山联合汽车技术有限公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/7/13