本文為你詳解汽車天線PCB新設計

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人氣：1136發布日期：2024-09-23 09:01【大中小】

由于其在不同天氣條件下的高精度和可靠性，汽車行業越來越依賴雷達系統，特別是在高級駕駛輔助系統（ADAS）中。傳統汽車雷達主要關注距離、速度和角分辨率，但隨著毫米波（mmWave）技術的發展，雷達系統現在提供了增強的能力，如目標識別和自適應波束形成。全極化雷達系統可以捕捉更全面的目標數據，因而受到越來越多的關注。

這些系統在發射端（Tx）和接收端（Rx）均采用雙正交極化。研究發現，圓極化（CP）比線極化（LP）更適用于汽車雷達，因為它們具備更好的交叉極化抑制能力、減少干擾，并對地面雜波有更高的抵抗力。本文將從這個方面展開,詳細講解關于汽車天線PCB的新設計,感興趣就一起看下去吧。

大多數汽車雷達系統在24 GHz或77 GHz頻段工作，使用的是印刷電路板（PCB）天線，但這些天線存在高介電損耗，限制了其性能。

汽車天線PCB對環境條件如溫度和濕度的敏感性帶來了可靠性問題。為了解決這些問題，本文提出使用脊狀間隙波導（RGW）技術，這是一種完全金屬結構，能夠最大限度地減少介電損耗，并更能抵抗溫度和濕度變化。

本文提出的天線系統基于一種新型的圓極化（CP）槽元件，該元件既充當輻射器又充當極化器。該設計高度緊湊，孔徑尺寸為0.44λ? × 0.44λ?，厚度為0.64λ?。系統包含四個發射通道和三個接收通道，實現了發射端和接收端的全CP結構，并分為四層：輻射層、饋電層、波導層和過渡層。在互耦合（MC）方面，設計采用了去耦墻和虛擬元件，實現了高端口隔離度（≥35 dB）。該天線系統特別設計為具有寬軸比（AR）視場（FoV），這對于有效的雷達目標檢測至關重要。測量結果表明，在接收端方位平面±60°和發射端±50°范圍內，嵌入式AR均小于等于3 dB，表現出卓越的性能。

經過實驗測量驗證，該天線系統優化用于汽車雷達，展示了高極化純度、出色的端口隔離性和寬AR視場，使其特別適合在實際場景中檢測低雷達截面積（RCS）目標，如小型車輛或自行車。此外，該系統還有效減少了環境噪聲，在多樣化的操作條件下表現穩健。與傳統雷達系統相比，本文開發的全極化天線系統在處理來自前方車輛和地面雜波的干擾方面表現出顯著提升，使其成為未來汽車雷達系統的強有力候選方案，在目標檢測和極化多樣性方面尤為重要。

PCB天線容易產生介電損耗問題，本設計采用了RGW技術中的金屬波導結構。最近的研究表明，RGW技術能夠在毫米波頻段有效解決介電損耗問題，同時保持緊湊的幾何結構和簡單的多層結構。本文中提出的設計經過優化，易于集成到汽車雷達前端，為復雜多層饋電系統帶來的限制提供了一個解決方案。

實驗結果顯示，測量結果與仿真結果高度一致，證明了所提設計的可靠性。系統通過對低RCS目標（如自行車和電動滑板車）的雷達測量進行驗證。結果表明，該系統在檢測小型和低剖面物體方面具有改進的能力，對環境噪聲的敏感性也較低。測量還顯示，該系統在76–78 GHz的頻率范圍內保持了較高的效率，具有500 MHz的帶寬重疊，足以滿足大多數汽車雷達應用需求。此外，在受控環境下進行的雷達測量證實了所提出的全極化系統在檢測低RCS目標方面相較于傳統雷達系統具有顯著優勢，并且在各種環境條件下有效運行。

本文得出結論，采用RGW技術設計的全極化天線系統在汽車雷達應用中展現出巨大的潛力。該系統在交叉極化抑制、互耦合抑制和環境噪聲抵抗方面表現出顯著改進。緊湊且低剖面的設計特別適合集成到現有的汽車雷達平臺中，在目標檢測和分類方面提供了更好的性能，尤其是對于低RCS目標。未來的研究可以進一步優化制造工藝以提高性能，特別是在AR帶寬和互耦合抑制方面。此外，將系統能力擴展至動態環境和更復雜的雷達配置中，可能使該技術成為下一代汽車雷達系統的關鍵組件。

PCB廠也許將在未來生產中,使用這種汽車天線PCB新設計,推動汽車雷達系統技術的進一步發展。

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