[发明专利]用于汽车雷达的毫米波非周期宽角扫描低旁瓣相控阵天线

说明书

本发明公开了一种用于汽车防撞雷达的毫米波非周期宽角扫描低旁瓣相控阵天线，属于微波天线技术领域。本发明天线单元包括介质基板、介质基板上表面覆盖的金属层、下表面覆盖的金属地板、以及馈电结构，所述金属层中部设置有“U”型槽，“U”型槽外侧设置有金属化过孔。通过激励上层矩形辐射贴片，电场通过“U”型槽将能量耦合到金属腔内，在xoz面实现宽波束，在yoz面实现窄波束。同时，运用优化算法得到同口径下阵列的排布方式，解决阵列扫描到不同角度下的高旁瓣问题，尤其是扫描角度达到端射方向时的栅瓣问题。本发明可以有效拓展平面相控阵的扫描范围，同时改善阵列在扫描过程中的旁瓣电平。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，特别涉及一种用于汽车防撞雷达的毫米波非周期宽角扫描低旁瓣相控阵天线技术。

背景技术

随着无线技术的快速发展，车载雷达通信越来越受到关注。从频段上看，目前市场上车载雷达使用最多的是24GHz和77GHz。工作在24GHz频段的防撞雷达一股安装在汽车后向，实现盲区监测(BSD)，变道辅助(LCA)以及倒车侧向警告(RCTA)等功能；工作在77GHz频段的毫米波防撞雷达一股安装在汽车前向，用于实现自适应巡航(ACC)，紧急制动(AEB)等功能。

毫米波车载雷达作为汽车的“眼睛”，可以收集汽车周边物体的速度，距离，位置等信息。结合其他辅助驾驶系统，可以及时发现道路上存在的潜在危险，发出报警信号，提醒司机采取相应的措施，避免事故的发生。但该系统要求车载雷达天线在和车辆行驶方向上具有较宽的扫描范围，而在垂直于车辆的行驶方向上具有窄的扫描范围。为了满足这一要求，相控阵天线可以通过MEMS移相器的开关，实现主波束扫描到不同区域。但传统平面相控阵天线的有效扫描范围仅有±50°。同时，随着扫描角度的增大，阵列的旁瓣电平会随着增大，旁瓣电平过高会对主瓣接受信号产生强烈的干扰，如果在扫描过程无法有效的抑制旁瓣电平，也就无法精确的对目标进行定位。如何拓宽相控阵的扫描角度，以及解决相控阵天线在扫描过程中的高旁瓣问题还是存在很大困难。

文献“Research on a Millimeter-Wave Phased Array with Wide-AngleScanning Performance(Xiao Ding，Bing-Zhong Wang，and Guo-Qiang He.IEEETransactions on Antenna and Propagation，2013，61(10)：5319-5324)”中提出了一种采用方向图可重构技术的一维宽角扫描相控阵天线。该相控阵天线单元的结构采用馈电网络可重构，将空间分成三部分。在同一个谐振点上有三种不同的辐射方向图。以上述单元为基础构建1×4的阵列，拓展了扫描范围，可以实现一维±75°的扫描，实现了较好的增益平坦度。同时，运用遗传算法优化阵列中单元的馈电幅度和相位来降低阵列在扫描过程中的旁瓣电平，但是，阵列的旁瓣电平依旧很高，最大旁瓣电平为-6.8dB。上述相控阵天线虽然拓宽了阵列的扫描角度，但这种方式仍然存在一定缺陷，天线的单元的馈电网络和控制网络较为复杂，给实际应用带来很大困难。

发明内容

本发明提供了一种用于汽车雷达的毫米波非周期宽角扫描低旁瓣相控阵天线，目的是在保持天线结构简单的基础上，有效拓展平面相控阵的扫描范围，同时改善阵列在扫描过程中的旁瓣电平。

本发明所采取的技术方案是：

一种用于汽车雷达的毫米波非周期宽角扫描低旁瓣相控阵天线，该阵列天线包括M×N个相同的天线单元，天线单元在x方向非周期排布，在y方向周期排布；所述天线单元包括介质基板、介质基板上表面覆盖的金属层、下表面覆盖的金属地板，所述金属层中部设置有“U”型槽，“U”型槽外侧设置有均匀分布的金属化过孔；所述天线单元还包括馈电结构，该馈电结构包括金属探针以及SMA接头，所述SMA接头设置于金属地板下方，所述金属探针穿过金属地板以及介质基板连接金属层，连接点位于“U”型槽内的矩形贴片上。

进一步地，该阵列天线包括4×8个天线单元。

进一步地，所述介质基板的介电常数为2.2。