前言：近年來(lái)，我國(guó)的汽車保有量不斷增加，汽車交通事故引發(fā)的財(cái)產(chǎn)損失和人 員傷亡也在不斷增加。為了有效減少交通事故發(fā)生，車載雷達(dá)得到了各大汽車廠商和各個(gè)研究機(jī)構(gòu)的普遍重視。現(xiàn)在國(guó)際上主要國(guó)家都把 24GHz 和 77GHz 兩個(gè)頻段分配給了車載雷達(dá)使用。其中，24GHz 車載雷達(dá)主要應(yīng)用于短距雷達(dá)。本次設(shè)計(jì)采用微帶形式，設(shè)計(jì)一款24GHz雷達(dá)天線，天線實(shí)現(xiàn)低副瓣，高增益。雷達(dá)天線系統(tǒng)多采用一發(fā)一收形式，為有效降低收發(fā)天線之間的耦合，設(shè)計(jì)一款蘑菇形隔離結(jié)構(gòu)，有效降低耦合，仿真效果表明，天線性能良好。

關(guān)鍵詞：24G雷達(dá) 微帶天線 HFSS  低副瓣 高隔離度

1． 天線單元設(shè)計(jì)

微帶天線通常是在薄介質(zhì)板一面附著金屬導(dǎo)體作為接地板，另一面加金屬 貼片而形成的。金屬貼片通常是矩形的，也可以是圓形或者其他不規(guī)則形狀， 當(dāng)改變金屬貼片的形狀時(shí)，微帶天線的工作頻率、增益、方向性等都會(huì)隨之而 改變。常見(jiàn)的微帶天線的饋電方式主要有：通過(guò)同軸線在天線背面進(jìn)行背饋、 通過(guò)微帶線在天線側(cè)面進(jìn)行側(cè)饋、通過(guò)微帶貼片或者波導(dǎo)縫隙在天線背面進(jìn)行 耦合饋電。微帶天線主要是通過(guò)貼片邊緣與接地板之間的縫隙進(jìn)行電磁輻射的， 因此微帶天線也屬于一種縫隙天線。由于所選取的介質(zhì)板厚度一般都比較薄， 遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，因此微帶天線是電小天線。

本次設(shè)計(jì)采用經(jīng)典的矩形微帶形式，為了有效調(diào)節(jié)饋線與天線的阻抗，采用嵌入形式的饋電結(jié)構(gòu)。

圖一 單元結(jié)構(gòu)

圖一是單元結(jié)構(gòu)，單元的優(yōu)化是重點(diǎn)，關(guān)鍵變量是貼片長(zhǎng)度L，寬度W，嵌入的長(zhǎng)方形長(zhǎng)度Ls與寬度Ws，這個(gè)大小并沒(méi)有具體值，經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，一般是L的三分之一長(zhǎng)度，寬度為饋線二到三倍。饋線一般考慮到實(shí)際加工，多采用70-100歐姆的微帶線。

饋電端口的設(shè)置有一些技巧，一般為了方便優(yōu)化，采用波端口形式，波端口有嵌入功能，并且是匹配的，這里要嵌入到貼片跟前，優(yōu)化邊緣阻抗為實(shí)數(shù)。這里設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)為100歐姆。

二．饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

饋電網(wǎng)絡(luò)采用串并聯(lián)形式，如下圖。

圖二 饋電網(wǎng)絡(luò)

饋電網(wǎng)絡(luò)要保證兩個(gè)重要指標(biāo) 其一，四個(gè)單元同相位，其二，達(dá)到低副瓣抑制電流效果。調(diào)相位可以采用微帶線延遲進(jìn)行調(diào)節(jié)；低副瓣一般是通過(guò)微帶阻抗變換，達(dá)到抑制電流的效果。

圖三 端口相位

圖四 端口電流幅度

下面將饋電網(wǎng)絡(luò)與貼片天線組合，進(jìn)一步優(yōu)化。

三．陣列以及去耦結(jié)構(gòu)

圖五 天線陣列

經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化，具體的天線如下。

圖六 陣列s11

圖七 天線方向圖

圖八 天線增益

圖九 去耦合結(jié)構(gòu)與表面電流

圖十 陣列低耦合

四．總結(jié)

本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)陣列天線增益11dB，副瓣-18dB，工作頻帶23.5GHz—24.3GHz

陣列間隔離度-40dB，滿足24GHz雷達(dá)天線性能要求

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