24GHz雷达天线设计：HFSS软件应用实践

前言

近年来，我国的汽车保有量不断增加，汽车交通事故引发的财产损失和人 员伤亡也在不断增加。为了有效减少交通事故发生，车载雷达得到了各大汽车厂商和各个研究机构的普遍重视。现在国际上主要国家都把 24GHz 和 77GHz 两个频段分配给了车载雷达使用。其中，24GHz 车载雷达主要应用于短距雷达。本次设计采用微带形式，设计一款24GHz雷达天线，天线实现低副瓣，高增益。雷达天线系统多采用一发一收形式，为有效降低收发天线之间的耦合，设计一款蘑菇形隔离结构，有效降低耦合，仿真效果表明，天线性能良好。

关键词：24G雷达  微带天线 HFSS  低副瓣  高隔离度

1． 天线单元设计

微带天线通常是在薄介质板一面附着金属导体作为接地板，另一面加金属 贴片而形成的。金属贴片通常是矩形的，也可以是圆形或者其他不规则形状， 当改变金属贴片的形状时，微带天线的工作频率、增益、方向性等都会随之而 改变。常见的微带天线的馈电方式主要有：通过同轴线在天线背面进行背馈、 通过微带线在天线侧面进行侧馈、通过微带贴片或者波导缝隙在天线背面进行 耦合馈电。微带天线主要是通过贴片边缘与接地板之间的缝隙进行电磁辐射的， 因此微带天线也属于一种缝隙天线。由于所选取的介质板厚度一般都比较薄， 远小于波长，因此微带天线是电小天线。

本次设计采用经典的矩形微带形式，为了有效调节馈线与天线的阻抗，采用嵌入形式的馈电结构。

图一 单元结构

图一是单元结构，单元的优化是重点，关键变量是贴片长度L，宽度W，嵌入的长方形长度Ls与宽度Ws，这个大小并没有具体值，经验来说，一般是L的三分之一长度，宽度为馈线二到三倍。馈线一般考虑到实际加工，多采用70-100欧姆的微带线。

馈电端口的设置有一些技巧，一般为了方便优化，采用波端口形式，波端口有嵌入功能，并且是匹配的，这里要嵌入到贴片跟前，优化边缘阻抗为实数。这里设置优化目标为100欧姆。

二．馈电网络设计

馈电网络采用串并联形式，如下图。

图二 馈电网络

馈电网络要保证两个重要指标 其一，四个单元同相位，其二，达到低副瓣抑制电流效果。调相位可以采用微带线延迟进行调节；低副瓣一般是通过微带阻抗变换，达到抑制电流的效果。

图三 端口相位

图四 端口电流幅度

下面将馈电网络与贴片天线组合，进一步优化。

三．阵列以及去耦结构

图五 天线阵列

经过不断优化，具体的天线如下。

图六 阵列s11

图七 天线方向图

图八 天线增益

图九 去耦合结构与表面电流

图十 阵列低耦合

四．总结

本次设计实现阵列天线增益11dB，副瓣-18dB，工作频带23.5GHz—24.3GHz

阵列间隔离度-40dB，满足24GHz雷达天线性能要求

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删