【摘 要】
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车载毫米波雷达用于保障驾驶安全在国内外汽车安全领域已达成共识。作为智能驾驶技术的重要传感器,其有助于在保证车辆安全的前提下给予驾驶员更好的身心体验,提高驾驶乐趣。本文针对车载雷达天线的特点,使用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)结构研究并设计了77 GHz毫米波车载角雷达天线,同时设计了77 GHz车载前向雷达阵列天线。最后利用微波单片集成芯片(M
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车载毫米波雷达用于保障驾驶安全在国内外汽车安全领域已达成共识。作为智能驾驶技术的重要传感器,其有助于在保证车辆安全的前提下给予驾驶员更好的身心体验,提高驾驶乐趣。本文针对车载雷达天线的特点,使用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)结构研究并设计了77 GHz毫米波车载角雷达天线,同时设计了77 GHz车载前向雷达阵列天线。最后利用微波单片集成芯片(Microwave Monolithic Integrated Chip,MMIC)设计了车载角雷达的电路原理图和24GHz车载防撞测高雷达的射频前端电路。具体工作内容如下:1.77 GHz角雷达天线的设计。SIW具有电磁泄漏低、易于平面集成且集成后与电路之间串扰较小,适用于高性能的雷达。车载角雷达的天线需要具有方位面宽波束、俯仰面窄波束、副瓣低的特点。根据此设计目标,首先设计了SIW缝隙天线的参数提取模型,根据Taylor分布进行了缝隙参数的提取,并设计了1×14单元的SIW宽边纵缝谐振式天线。其次为了方便SIW天线的测试和系统集成,设计了矩形波导-SIW、微带-SIW的高效传输馈电结构,同时设计了三发四收馈电网络。最后,对SIW角雷达天线进行了加工与测试,实测和仿真结果吻合良好。实测结果显示,阵列天线-10dB带宽为1.9 GHz(75.5-77.4 GHz),增益12.2 dBi,E面3 dB波束宽度98.3°,6 dB波束宽度148.4°,H面3dB波束宽度15.4°,副瓣电平低于-28 dB。2.77GHz车载前向雷达SIW阵列天线设计。车载前向雷达天线波束宽度窄、增益高、副瓣低。基于此目标,首先对4×14 SIW阵列的子阵特性进行了分析,子阵之间需要互耦小、辐射相位同相叠加。其次为了方便组阵馈电设计了SIW功分器馈电网络,功分器输出幅相值需要满足阵列天线E面低副瓣的要求。最后进行了4×14 SIW阵列天线加工与测试,测试与仿真方向图吻合较好。实测结果显示,天线阻抗带宽为1.1 GHz(76-77.1GHz),最大增益17 dBi,H面3 dB波束宽度14.3°,副瓣电平低于-34.6 dB,E面3 dB波束宽度24.8°,副瓣电平-18.4 dB。3.毫米波射频前端收发电路的设计。以德州仪器公司的AWR1243芯片为核心进行了77 GHz角雷达电路原理图设计。针对24 GHz测高防撞雷达,采用BGT24MTR12和HMC863LP4E作为核心芯片设计、加工、并测试了24 GHz射频前端电路,实测输出功率大于18.5 dBm、输出信号线性度较好,满足设计要求。最后,分析了三种集成化方法,并进行了侧馈天线的共面集成设计和背馈天线的异面集成设计。在24-24.25 GHz S11、S22均小于-10dB,插损小于0.7 dB,仿真结果满足要求。
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