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汽車雷達線路板廠講汽車雷達天線的選擇

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人氣：2061發布日期：2023-09-16 09:25【大中小】

一、天線設計注意事項

汽車雷達線路板廠了解到，在FMCW雷達系統中，天線用于發射連續的電磁波，FMCW的頻率隨時間調制。從環境中的物體反射回來的信號也被天線接收，并將其反饋回雷達系統進行處理。

在為FMCW汽車雷達模塊設計天線時，需要考慮一些比較關鍵的地方，如下：

(1) 首先，天線帶寬應足以覆蓋感興趣的頻段（遠程雷達為76-77GHz，角雷達和成像雷達為77-81GHz，具體取決于國家、地區和標準）.

(2) 同時，為了保持良好的匹配和輻射特性，天線增益和波束寬度必須在所有頻率掃描范圍內得到保證，以保證所需的探測范圍和FOV。

(3)另外，可以采用行間距半波長的天線陣列獲得最大化的FOV，但是這可能導致天線陣元之間產生劇烈的互耦，從而導致性能下降。

(4)天線的設計還應盡量減少來自電路板上其他組件、模塊外殼和車輛部件（如儀表盤或標志）的任何干擾或反射。

(5)最后，天線還必須盡可能小和緊湊，以適應分配給雷達模塊的可用空間，而不會降低效率，同時保持盡可能低的制造和組裝成本。

最簡單的選擇是使用直接打印在PCB板上的平面天線，但制造業的技術進步促進了對3D天線的興趣，其中包括基于波導的幾何形狀和透鏡。

二、貼片陣列天線

多年來，微帶貼片天線因其緊湊的尺寸、輕薄的外形和定向輻射方向圖而成為汽車雷達系統中最受歡迎的發射器。微帶貼片天線還能夠覆蓋低到中等帶寬雷達應用的頻段。此外，微帶貼片天線易于集成，可以直接印刷在PCB上，并且不需要額外的組件或制造步驟。

貼片天線由印刷在 PCB 接地平面上的金屬結構組成，最常見的天線是串聯饋電線性貼片陣列，但也可以找到其他結構，例如梳狀線天線或并饋貼片陣列。

圖 1：16 片貼片天線陣列(仿真模型)

在線性貼片陣列中，單個貼片的長度將決定操作頻率，而改變貼片寬度將決定陣元對總輻射的振幅貢獻。相位分布由陣列中陣元之間的間距和連接它們的線的長度設置。因此，通過調整寬度和間距，可以塑造輻射方向圖以匹配所需的特性，例如低旁瓣電平以減少干擾。

圖 2：串聯饋電線性貼片陣列（模擬場分布和輻射模式）

毫米波雷達的高工作頻率給貼片天線陣列的設計帶來了挑戰，天線饋電線路的損耗可能很大，從而導致貼片天線陣列的效率和增益下降。這些損耗來自 PCB 的介電材料和金屬線的高電阻。因此，好的做法是盡量縮短線路，同時使用高質量的層壓板作為印刷天線層的基板。

此外，串聯饋電貼片陣列的帶寬會受到印刷電路板薄材料上單個貼片陣元帶寬的限制。此外，饋電線也會進一步限制可實現的帶寬。此外，還必須精確控制饋入每個陣元的信號相位，以實現所需的輻射方向的疊加。相位由貼片之間的線路長度和它們之間的距離決定，這種效應與頻率有關，因此會導致增益和指向方向沿工作頻帶發生一定的變化。

上述中已經討論過，天線之間最大視場的最佳距離是半波長。這意味著，串聯饋電貼片天線陣列中相鄰貼片的間距很近，這可能會導致很高的相互耦合，從而降低陣列的性能。此外，在某些情況下，某些頻率會出現較高的交叉極化水平，從而降低天線的整體性能。

所有這些方面都使得汽車雷達貼片天線的設計成為一項棘手的任務，需要使用先進的電磁仿真工具以及豐富的技能和經驗。

制造公差對汽車雷達波段的貼片陣列天線性能也有很大影響，蝕刻公差、表面光潔度缺陷和材料參數變化都會對性能產生重大影響。為了保持所需的一致性，需要高質量的材料和高精度的制造加工技術，這就增加了電路板的成本，進而增加了整個系統的成本。

圖 3：帶有線性貼片陣列天線的雷達板

三、開槽波導天線

開槽波導天線由于性能好、可靠性高、易于集成，也被廣泛應用于汽車雷達系統。與其他類型的天線相比，開槽波導天線的主要優勢之一是可以在較低損耗的情況下工作在較高的頻率，因為波導中的傳播介質是空氣，這幾乎消除了所有介質損耗。波導通常由導電材料制成，過去會使用銅或鋁，通過高精度加工蝕刻槽。但隨著制造技術的進步，金屬化塑料注塑成型和 3D 打印技術正變得越來越流行。