當(dāng)前智能化是電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)， 而在汽車領(lǐng)域的智能駕駛也越來(lái)越收到人們的關(guān)注。車載領(lǐng)域的各種終端中毫米波雷達(dá)以其優(yōu)越的性能、較高的性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)獲得車廠廣泛的青睞。

車載毫米波雷達(dá)是一種短距離高精度雷達(dá)，通常采用連續(xù)波體制，即在雷達(dá)接收同時(shí)還在發(fā)射， 同頻發(fā)射電磁波無(wú)疑會(huì)進(jìn)入接收通道，影響雷達(dá)對(duì)目 標(biāo)回波的處理，往往成為制約雷達(dá)探測(cè)能力的瓶頸。因?yàn)槭瞻l(fā)電磁信號(hào)是同頻率，無(wú)法通過濾波的方式減緩這種干擾， 那么只有在天線中最大程度的提高收發(fā)天線間隔離度來(lái)提高雷達(dá)性能。

車載毫米波雷 達(dá)一 般工作于24~24.25GHz （ 簡(jiǎn) 稱24G）以及 76~81GHz （ 簡(jiǎn)稱 77G），并安裝于車體的各個(gè)位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于汽車不同區(qū)域內(nèi)目 標(biāo)的感知。在國(guó)際上已提出許多有效去耦和的方法，比如缺陷地結(jié)構(gòu) [2] 、耦合諧振網(wǎng)絡(luò) [3] 、電磁帶隙結(jié)構(gòu) [4] 和金屬超材料 [5] 等。

但是如果這些方法應(yīng)用于車載毫米波雷達(dá)天線設(shè)計(jì)中，會(huì)增大天線的尺寸， 不滿足雷達(dá)小型化的應(yīng)用需求， 并且會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。本文以 24GHz 車載雷達(dá)為應(yīng)用背景，提出一種在收發(fā)天線間增加虛擬陣元的方法， 通過虛元的二次輻射與發(fā)射天線的直達(dá)波反相抵消的方式，簡(jiǎn)單有效的提高了收發(fā)天線間的隔離度。這種方式相比于無(wú)虛元的情況隔離度提高了 9dB。

01、天線結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

毫米波雷達(dá)天線陣的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。天線形式為微帶貼片天線， 此種形式的天線具有低成本、易加工、重量輕、批量一致性好、易于與射頻芯片集成等等諸多優(yōu)勢(shì)。本文使用的天線在俯仰面采用中心饋電的六元中心饋電微帶陣列，用兩列做為發(fā)射， 獨(dú)立的兩列做為接收，在接收和發(fā)射天線間加入一列與接收天線相同的單列做為虛擬陣元， 優(yōu)化其相對(duì)的位置，以獲得收發(fā)天線間隔離度最優(yōu)化。

整個(gè)陣面印制在厚度為 0.254mm 的 Rogers4350B 介質(zhì)板上，介電常數(shù)為 3.66， 損耗角正切為 0.004。天線介質(zhì)板尺寸 LxW（ mm）=60x40，接收二天線 Rx1 和 Rx2 間距為半個(gè)波長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)天線前半空域[-90°，90°]無(wú)模糊測(cè)角。

接收天線二次輻射原理是：當(dāng)接收天線的輻射電阻Rr 與負(fù)載電阻 RL 匹配（ RL=Rr）時(shí)（ 電路圖見圖 2）， 與注入負(fù)載的功率相等的功率將被天線再輻射出去。這是最大功率轉(zhuǎn)移的條件 （ 假設(shè)天線無(wú)損耗）。除了再輻射功率之

外， 天線還散射尚未進(jìn)入天線負(fù)載電路的功率 [1] 。

02、仿真結(jié)果與分析

本文采用商用仿真軟件 HFSS 對(duì)天線進(jìn)行仿真分析。圖 3 至圖 7 分別仿真了收發(fā)天線間無(wú)虛元，虛元距離接收天線 2（ 圖 1 中 Rx2）分別是 6mm、7mm、8mm 和 9mm 時(shí)發(fā)射天線與兩個(gè)接收天線間的隔離度， 從仿真結(jié)果看， 距離從 6mm 到 9mm 變化過程中 ， 最小隔離度分別為 43dB、45dB、35dB 和 42dB。

可見相對(duì)于無(wú)虛元時(shí)的隔離度 36dB都有了明顯的改善。這種設(shè)計(jì)中虛元采用與接收天線一樣的形式和尺寸， 這樣既與收發(fā)天線都工作在同一頻段，能夠很好的實(shí)現(xiàn)接收發(fā)射電磁波并做二次輻射，并且避免重新設(shè)計(jì)優(yōu)化， 降低了工作量。虛擬天線的饋電端口 匹配狀態(tài)，實(shí)際工作時(shí)用 50 歐姆電阻接地。

結(jié)論

本文提出了一種通過在接收發(fā)和發(fā)射天線之間的適當(dāng)位置增加一個(gè)虛擬陣元的方式來(lái)提高收發(fā)天線之間的隔離度的方法。虛擬陣元通過接收來(lái)自發(fā)射天線來(lái)的電磁波并二次輻射出去，使得在接收天線處，來(lái)自發(fā)射天線的直達(dá)波和來(lái)自虛擬陣元二次輻射的電磁波反相疊加，相互抵消，從而實(shí)現(xiàn)提高收發(fā)天線之間隔離度的目 的。通過仿真優(yōu)化接收天線的位置， 實(shí)現(xiàn)在 24GHz 雷達(dá)工 作頻帶內(nèi) （24~24.25GHz），收發(fā)天線隔離度較無(wú)虛擬天線時(shí)增加了 9dB。

審核編輯：郭婷