車載毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要：在車載毫米波雷達(dá)設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(jì)形式，并對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)；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(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理的方式來計(jì)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(shí)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(jì)需要小型化的同時(shí)具有較高的增益與隔離度,這對(duì)天線的設(shè)計(jì)造成了較大的難度對(duì)此，本文對(duì)車載雷達(dá)系統(tǒng)中的天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，這可為車載雷達(dá)系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)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(tái)上。在實(shí)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(shí)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(jì)過程中，要在較小的口徑界面上設(shè)計(jì)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(jì)算回波信號(hào)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(duì)較短，如果采用通用的脈沖雷達(dá)，將會(huì)產(chǎn)生較大誤差。同時(shí)車輛在行駛過程中，需要高速度分辨率，對(duì)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(shí)車載雷達(dá)通過相應(yīng)的后端信號(hào)處理算法，可實(shí)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(jì)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(hào)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(jì)與優(yōu)化2?1車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)輻射單元的激勵(lì)電流相位相同,因此相鄰兩個(gè)輻射貼片中心位置間距為一個(gè)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(jì)尺寸，實(shí)現(xiàn)車載毫米波雷達(dá)小型化設(shè)計(jì)，梳形天線用來設(shè)計(jì)車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)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(jì)上其特點(diǎn)是輻射貼片交叉分布于饋線兩側(cè),相鄰兩個(gè)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(gè)波長就可以保證相鄰輻射貼片電流同相。由于梳形天線獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，大大地減少饋線長度，實(shí)現(xiàn)車載毫米波雷達(dá)天線小型化設(shè)計(jì)。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(shí)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(huì)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(hào)被淹沒于噪聲中，所以，在車載毫米波雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)天線之間的隔度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是車載毫米波雷達(dá)天線設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)去耦合效果。電磁帶隙結(jié)構(gòu)周期一個(gè)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(gè)并聯(lián)LC諧振回路。其表面阻抗計(jì)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(shí)，表面阻抗表現(xiàn)為容性；低頻段時(shí)，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(shí)，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(jì)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(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理的方式來計(jì)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(duì)車載雷達(dá)系統(tǒng)中的天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，介紹了微帶線陣天線與梳形天線設(shè)計(jì)形式，對(duì)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(jì)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