車載毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

車載毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計摘要：在車載毫米波雷達(dá)設(shè)計過程中，其雷達(dá)天線是最為關(guān)鍵的組成部分。為了保證在狹小空間下，雷達(dá)天線具有較好的探測能力。本文對車載毫米波雷達(dá)天線的微帶線陣天線與梳形天線的設(shè)計進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步解決車載毫米波雷達(dá)天線之間存在的互相干擾耦合問題，分析了車載毫米波雷達(dá)天線電磁帶隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計形式，并對磁帶隙結(jié)構(gòu)的去耦原理進(jìn)行了分析，通過分析可知，只有將電磁帶隙結(jié)構(gòu)諧振頻率設(shè)計在天線工作頻率附近才能起到有效的去耦合作用，解決干擾問題，通過本文分析，可為車載雷達(dá)系統(tǒng)的前期設(shè)計與研究提供參考，具有一定的工程意義。關(guān)鍵詞：雷達(dá)天線；優(yōu)化設(shè)計；微帶線陣天線；梳形天線Optimizationdesignofantennasystemforvehicularmillimeter

waveradarAbstract:inthedesignprocessofvehiclemountedmillimeterwaveradar,theradarantennaisthemostimportantpart.Inordertoensurethattheradarantennahasbetterdetectionabilityinthenarrowspace.Inthispaper,thedesignofmicrostriplinearrayantennaandcombantennaforvehiclemountedmillimeterwaveradarantennaisanalyzed.Onthisbasis,inordertofurthersolvetheproblemofmutualinterferenceandcouplingbetweenvehiclemountedmillimeterwaveradarantennas,theoptimaldesignformofelectromagneticbandgapstructureofvehiclemountedmillimeterwaveradarantennaisanalyzed,andthedecouplingprincipleoftapegapstructureisanalyzed.Throughanalysis,itcanbeseenthatonlywhentheresonantfrequencyofelectromagneticbandgapstructureisdesignedneartheantennaworkingfrequencycanitbeeffectiveThroughtheanalysisofthispaper,itcanprovideareferencefortheearlydesignandresearchofvehicleborneradarsystem,whichhasacertainengineeringsignificance.Keywords:radarantenna;optimaldesign;microstriplineararrayantenna;combantenna0引言毫米雷達(dá)作為安全駕駛的輔助系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在汽車行業(yè)中，其工作方式是通過調(diào)節(jié)連續(xù)波以及對回波信號進(jìn)行處理的方式來計算車的速度、距離以及角度等相關(guān)信息。在車載毫米波雷達(dá)中，其雷達(dá)天線是最為關(guān)鍵的組成部分，其性能的好壞關(guān)乎到車載毫米波雷達(dá)的準(zhǔn)確性，同時為了保證在狹小空間下，雷達(dá)天線具有較好的探測能力，其天線的設(shè)計需要小型化的同時具有較高的增益與隔離度,這對天線的設(shè)計造成了較大的難度對此，本文對車載雷達(dá)系統(tǒng)中的天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計分析，這可為車載雷達(dá)系統(tǒng)的前期設(shè)計與研究提供參考，具有一定的工程意義1車載毫米波雷達(dá)1.1車載毫米雷達(dá)介紹通常，雷達(dá)是指通過發(fā)射無線電波來探測目標(biāo)以及獲取目標(biāo)位置的儀器設(shè)備,毫米波指的是雷達(dá)設(shè)備所發(fā)出的無線電波的波長。因此車載是雷達(dá)搭載在汽車平臺上。在實際工作過程中，毫米波雷達(dá)與其他雷達(dá)形式相比，其具有更好的環(huán)境適應(yīng)性，并且其探測的距離更遠(yuǎn)、測向能力更強(qiáng)，可實現(xiàn)多目標(biāo)的探測。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)從其結(jié)構(gòu)組成上來講，主要包含底座保護(hù)殼、電路板、射頻屏蔽腔、天線板以及天線罩五部分組成。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)在工作過程中，其電磁波的波長在l-10mm之間，因此雷達(dá)天線在設(shè)計過程中，要在較小的口徑界面上設(shè)計出滿足工作需求的雷達(dá)天線。1.2載毫米波雷達(dá)工作原理目前，常用的雷達(dá)多為脈沖體制雷達(dá)，其通過計算回波信號來得到相關(guān)的信息數(shù)據(jù)。在汽車行業(yè)中，由于汽車在行駛過程中，其前方車輛與自身之間的距離相對較短，如果采用通用的脈沖雷達(dá)，將會產(chǎn)生較大誤差。同時車輛在行駛過程中，需要高速度分辨率，對此車載雷達(dá)需要新型技術(shù)來解決這一問題，目前最常用的技術(shù)是線性調(diào)頻波。其波的形式如圖1所示，其是通過將一連串的鋸齒波作為整體進(jìn)行，在行業(yè)內(nèi)，將其稱作為快掃體制，快掃體制使得汽車?yán)走_(dá)在工作中具有較高的距離以及速度分辨率，同時車載雷達(dá)通過相應(yīng)的后端信號處理算法，可實現(xiàn)多目標(biāo)的跟蹤，并且具有較高的精度。此外，車載雷達(dá)在工作過程中，其主要是通過雷達(dá)天線來計算目標(biāo)車輛的角度信息。其最常用的方法為干涉儀測角法，該方法是通過比較不同天線接收到的回波信號來判斷目標(biāo)的角度。在獲取得到距離，角度以及速度數(shù)據(jù)后，采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法，便可得到車的偏離以及車道保持情況，從而保證車輛行駛過程中的安全。圖1線性調(diào)頻連續(xù)波2.車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計與優(yōu)化2?1車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計的最初形式為采用拋物面天線。隨著電子電路的小型化和高集度成，微帶天線作為量輕、成本低、易于制造的薄平面結(jié)構(gòu)，被設(shè)計出來，其更適用于車輛領(lǐng)域。傳統(tǒng)的串饋微帶線陣天線輻射單元采用矩形貼片，并在貼片中間進(jìn)行饋電。由于需要保證每個輻射單元的激勵電流相位相同,因此相鄰兩個輻射貼片中心位置間距為一個波長。其形式如圖2所示。圖2傳統(tǒng)微帶線陣天線圖在傳統(tǒng)的微帶線陣天線的基礎(chǔ)上，為了優(yōu)化天線設(shè)計尺寸，實現(xiàn)車載毫米波雷達(dá)小型化設(shè)計，梳形天線用來設(shè)計車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計理念被提出，其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，梳形天線在設(shè)計上其特點是輻射貼片交叉分布于饋線兩側(cè),相鄰兩個輻射貼片上電流本身是反相的，因此只需要使單元間隔距離半個波長就可以保證相鄰輻射貼片電流同相。由于梳形天線獨特的結(jié)構(gòu)，大大地減少饋線長度，實現(xiàn)車載毫米波雷達(dá)天線小型化設(shè)計。Ml丨

—Hl—圖3梳形天線示意圖2.2車載毫米波雷達(dá)天線去耦技術(shù)車載毫米波雷達(dá)天線在實際工作過程中，收發(fā)天線之間存在的互相干擾耦合問題，會導(dǎo)致車載毫米波雷達(dá)接收機(jī)噪聲升高，使遠(yuǎn)距離目標(biāo)的反射信號被淹沒于噪聲中，所以，在車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計過程中，對天線之間的隔度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，是車載毫米波雷達(dá)天線設(shè)計中需要重點考慮的問題。提高天線隔離度本質(zhì)在于減少天線之間的能量和，所以最簡單有效的方法就是增加天線之間的空間距離。但是這種方法在車載毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)不適用，因此，車載毫米波雷達(dá)天線電磁帶隙結(jié)構(gòu)的形式被提出，其主要是通過高阻抗特性來抑制表面波在介質(zhì)中的傳播，實現(xiàn)去耦合效果。電磁帶隙結(jié)構(gòu)周期一個波長下，可采用等效電路模型來分析去耦原理，通過表面阻抗這表征電磁帶隙結(jié)構(gòu)高阻抗特性。如圖4示為電磁帶隙結(jié)構(gòu)，將連接金屬片的接地孔看作為電感，金屬周期單元之間的縫隙看作為電容，可等效為一個并聯(lián)LC諧振回路。其表面阻抗計算方式如下。圖4電磁帶隙結(jié)構(gòu)從公式（1）中可知，阻抗隨頻率的變化呈現(xiàn)不同的狀態(tài)：高頻段時，表面阻抗表現(xiàn)為容性；低頻段時，表面阻抗表現(xiàn)為感性；而電磁帶隙結(jié)構(gòu)只有工作在諧振頻率匸7-時，表面阻抗為無窮大，呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，在高阻抗?fàn)顟B(tài)的電磁帶隙結(jié)構(gòu)能抑制表面波傳輸，改善天線之間的隔離度。因此將電磁帶隙結(jié)構(gòu)諧振頻率設(shè)計在天線工作頻率附近才能起到有效的去耦合作用。3小結(jié)毫米波雷達(dá)通調(diào)節(jié)連續(xù)波以及對回波信號進(jìn)行處理的方式來計算車的速度、距離以及角度等相關(guān)信息。在車載毫米波雷達(dá)中，其雷達(dá)天線是最為關(guān)鍵的組成部分，本文對車載雷達(dá)系統(tǒng)中的天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計分析，介紹了微帶線陣天線與梳形天線設(shè)計形式，對磁帶隙結(jié)構(gòu)的去耦原理進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明，電磁帶隙結(jié)構(gòu)諧振頻率只有設(shè)計在天線工作頻率附近才能起到有效的去耦合作用。通過本文分析，可為車