本發(fā)明涉及單脊開縫波導(dǎo)天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，適用于車載(或其它移動(dòng)載體)毫米波天線，尤其適用于77GHz毫米波汽車防撞雷達(dá)。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國汽車總保有量已經(jīng)達(dá)到比較高的水平，2016年底接近2億輛，千人擁有率已經(jīng)超過110輛。但是，汽車數(shù)量的劇增導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，人員和經(jīng)濟(jì)損失巨大；而汽車防撞雷達(dá)對(duì)降低交通事故發(fā)生率有明顯作用，NHTSA的研究結(jié)果表明，防碰撞報(bào)警系統(tǒng)可以使追尾碰撞事故平均減少51％，因改變車道而引起的交通事故平均減少47％，相關(guān)技術(shù)被美國《福布斯》雜志評(píng)為“未來十大焦點(diǎn)汽車安全技術(shù)”之一。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究，2015年全球智能汽車市場需求1900億元，自主駕駛和安全系統(tǒng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，至2020年，自主駕駛翻5倍、安全系統(tǒng)翻4倍，總市場空間7000億元，因此對(duì)于毫米波車載雷達(dá)天線的需求很大。我國對(duì)汽車防撞雷達(dá)的研究起步較晚，大部分相關(guān)公司缺乏微波、電磁場專業(yè)人才，在防撞雷達(dá)方面僅能仿制，所以主要由國內(nèi)部分高校、科研院所對(duì)探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)做了一些跟蹤和探索，如中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所開發(fā)了24GHz汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)。

但是，隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)頻譜資源的渴求，24GHz頻段的汽車?yán)走_(dá)即將被禁用。因此77GHz頻段的汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。目前國內(nèi)對(duì)于77GHz頻段的汽車碰撞雷達(dá)天線還很少有公開的報(bào)道?？蓹z索的有北京理工大學(xué)的專利CN102290638B和專利CN202103168U，上述兩個(gè)專利采用了介質(zhì)透鏡與天線相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)了77GHz毫米波汽車防碰撞雷達(dá)天線，該天線方案結(jié)構(gòu)簡單，饋電方便，但是厚度較大?！巴哥R天線”方案也為國外廠商，如Bosch，Tesla等主要公司所采用。專利號(hào)為CN200810120604.4的“毫米波準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線及其陣列”也利用該方案設(shè)計(jì)了抗振、防塵，適用于機(jī)載、船載的毫米波雷達(dá)天線結(jié)構(gòu)，由該雷達(dá)由微帶集成天線、介質(zhì)透鏡、物鏡、陣列基座、反射鏡、防護(hù)罩、波束轉(zhuǎn)換開關(guān)等構(gòu)成，但是該天線效率相對(duì)較低。東南大學(xué)毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在專利CN201383548中公布一種用于微波毫米波頻段的車用天線，該天線采用“基片集成波導(dǎo)”技術(shù)，通過雙面單層PCB工藝，利用上下金屬表面和一側(cè)金屬化通孔陣列來實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的封閉，而在開口面實(shí)現(xiàn)有效漏波輻射；此種天線實(shí)現(xiàn)方案難以實(shí)現(xiàn)大的發(fā)射功率，同時(shí)金屬化通孔陣列實(shí)現(xiàn)較難。

目前基于77GHz頻段的汽車?yán)走_(dá)天線多采用“貼片天線陣列”方案、“透鏡天線”方案和“基片集成波導(dǎo)”方案，“貼片天線陣列”方案輻射效率太低，基本沒有實(shí)用，“透鏡天線”方案結(jié)構(gòu)雖然簡單，但微波透鏡對(duì)電磁波也具有反射和吸收作用，天線效率也相對(duì)較低；“基片集成波導(dǎo)”天線方案效率較高，但波導(dǎo)內(nèi)部介質(zhì)材料的電磁特性容易收到外部溫度的影響，即有“溫飄”問題，而且該天線不適用于大功率電磁波。

總之，在77GHz頻段實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性、小型化、低成本，同時(shí)達(dá)到高精度測(cè)角及快速切換的雷達(dá)天線是近階段汽車防碰撞雷達(dá)的研究熱點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種77GHz毫米波汽車防撞雷達(dá)天線，目的是提高77GHz頻段汽車防撞雷達(dá)天線的增益，降低周圍自然環(huán)境對(duì)天線的影響。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種77GHz毫米波汽車防撞雷達(dá)天線，包括波導(dǎo)管、輻射縫隙和饋電端口，波導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置有縱向到底的金屬脊，輻射縫隙設(shè)置在波導(dǎo)管的輻射面上，輻射縫隙沿著波導(dǎo)管的縱向軸心線交替排列，饋電端口設(shè)置在波導(dǎo)管的一端，波導(dǎo)管的另一端閉合，電磁波通過饋電端口進(jìn)入波導(dǎo)管的內(nèi)部，沿著波導(dǎo)管傳播，并通過輻射縫隙均勻的輻射。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，輻射縫隙交替分布排列，相鄰的輻射縫隙有部分區(qū)域重疊，輻射縫隙是直接互相連通的縫隙。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，金屬脊的長度與波導(dǎo)管的縱向長度相同。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，波導(dǎo)管的橫截面為矩形或圓形或橢圓形或半圓形或半橢圓形。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，金屬脊是矩形或半圓形或半橢圓形或梯形。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，金屬脊是帶有倒角的矩形或帶有倒角的半圓形或帶有倒角的半橢圓形或帶有倒角的梯形。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，金屬脊的寬邊長度小于等于波導(dǎo)管的寬邊長度。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，輻射縫隙呈矩形或橢圓形或眼形。

本發(fā)明具有積極的效果：1)相比于市場上大多數(shù)汽車?yán)走_(dá)天線，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)加工精度要求低(0.1mm即可)，加工成本便宜，天線體積很小，便于安裝在各類汽車上。由于本天線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)沒有介質(zhì)填充，因此不會(huì)產(chǎn)生溫飄，而且能夠承受大功率電磁波，可有效提高天線系統(tǒng)的穩(wěn)定性、削弱天氣環(huán)境對(duì)雷達(dá)性能的影響。通過對(duì)本發(fā)明進(jìn)行組陣，可獲得較理想的波束掃描范圍和掃描精度；

2)本發(fā)明穩(wěn)定性高、成本低，精度高，可以有效的探測(cè)障礙物。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明饋源端的正視圖；

圖3為本發(fā)明金屬脊為半圓形的橫截面示意圖；

圖4為本發(fā)明金屬脊為梯形的橫截面示意圖；

圖5為本發(fā)明的俯視圖；

圖6為本發(fā)明駐波比的曲線圖；

圖7為本發(fā)明在平面內(nèi)的方向圖；

圖8為本發(fā)明在平面內(nèi)的方向圖；

圖9為本發(fā)明輻射電磁波的交叉極化特性圖；

圖10為本發(fā)明安裝于汽車前端的工作示意圖。

其中：1、波導(dǎo)管1，2、金屬脊，3、輻射縫隙，4、饋電端口

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，本發(fā)明公開了一種77GHz毫米波汽車防撞雷達(dá)天線，包括波導(dǎo)管1、輻射縫隙3和饋電端口4，波導(dǎo)管1內(nèi)設(shè)置有縱向到底的金屬脊2，輻射縫隙3設(shè)置在波導(dǎo)管1的輻射面上，輻射縫隙3沿著波導(dǎo)管1的縱向軸心線交替排列，饋電端口4設(shè)置在波導(dǎo)管1的一端，波導(dǎo)管1的另一端閉合，電磁波通過饋電端口4進(jìn)入波導(dǎo)管1的內(nèi)部，沿著波導(dǎo)管1傳播，并通過輻射縫隙3均勻的輻射。

輻射縫隙3交替分布排列，相鄰的輻射縫隙3有部分區(qū)域重疊，輻射縫隙3是直接互相連通的縫隙。其中，波導(dǎo)管1的上表面沿著縱向軸心線交替排列著多條縱向輻射縫隙3用于電磁波輻射，形成縫隙陣。輻射縫隙3互相是直接連通的，不同于一般縫隙波導(dǎo)天線中輻射縫隙是以半個(gè)波導(dǎo)波長作為間隔。

金屬脊2的長度與波導(dǎo)管1的縱向長度相同，在波導(dǎo)管1內(nèi)部的縱向方向上從頭到尾加了一條金屬脊2，從電磁波入射方向上來看截面呈倒置的“凹”字形。

波導(dǎo)管1的橫截面為矩形或圓形或橢圓形或半圓形或半橢圓形。

金屬脊2通常呈對(duì)稱規(guī)則形狀，具體實(shí)施方案包括矩形脊、半圓形脊、半橢圓形脊，以及梯形脊，或者帶有倒角的上述結(jié)構(gòu)，但不局限于以上形狀。

金屬脊2可以有效改變電磁波在波導(dǎo)管1內(nèi)傳播過程中的場分布，當(dāng)金屬脊2的寬邊長度與波導(dǎo)管1的寬度相等的時(shí)候，金屬脊2波導(dǎo)的截止波長要更長，即77GHz毫米波汽車防撞雷達(dá)天線相對(duì)于矩形波導(dǎo)有著更寬的頻率使用范圍，由此可得傳播相同頻率的電磁波時(shí)，波導(dǎo)管1的寬邊尺寸要小于矩形波導(dǎo)。

輻射縫隙3位于波導(dǎo)管1的上表面。通過優(yōu)化波導(dǎo)中金屬脊2的寬度、高度，改變輻射縫隙3的尺寸、數(shù)量和位置，可以使得波導(dǎo)饋源口輻射進(jìn)來的均勻平面電磁波從上表面的輻射縫隙3中以能量集中的形式輻射出去，從而達(dá)到有效探測(cè)障礙物的目的，輻射縫隙3之間是貫通相連的。

本發(fā)明通過適當(dāng)排列組合形成雷達(dá)天線陣列，通過適當(dāng)?shù)酿侂姺绞娇蓪?shí)現(xiàn)掃描、增大天線增益。

如圖5所示，波導(dǎo)管1的輻射面共有十個(gè)輻射縫隙3組成的陣列。這些輻射縫隙3沿著縱向軸心線交替排列，但是不同于傳統(tǒng)縫隙波導(dǎo)天線的輻射縫隙是以半個(gè)波導(dǎo)波長作為間隔，相互隔絕，本發(fā)明中的輻射縫隙3呈矩形，也可以是橢圓形或眼形，它們交替分布排列，相鄰的輻射縫隙3有部分區(qū)域重疊，因此它們之間是直接互相連通的縫隙。

圖6是本發(fā)明的駐波比，從圖中可看出，77GHz頻點(diǎn)處的駐波比為1.1，而駐波比<1.5的頻帶寬度超過1GHz。

圖7是本發(fā)明在平面內(nèi)的方向圖，3dB半功率張角為74.4°，最大增益為15.9dB，可識(shí)別較寬廣范圍內(nèi)的障礙物。

圖8是本發(fā)明在平面內(nèi)的方向圖，3dB半功率張角為10.1°，其副瓣比主瓣相差約-15dB，在垂直方向上可很好地匯聚電磁波能量。

圖9是本發(fā)明輻射電磁波的交叉極化特性曲線，從圖中可看出，在主波束方向，交叉極化差可以達(dá)到20dB，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的高效性。

圖10是本發(fā)明安裝于汽車前端時(shí)的工作示意圖。通過優(yōu)化天線陣列中單元的分布，以及每個(gè)天線單元的饋電幅度和相位，可以讓天線陣輻射電磁波有效探測(cè)障礙物。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。