77GHz毫米波雷达天线阵列研究与设计.pdf

摘要

随着无线移动通信技术的发展以及全球汽车市场需求的不断增长，毫米波雷

达因其更远的探测距离、更高的测量精度以及不易受天气影响等优点成为主要的

探测器之一。天线作为雷达系统中收发组件的重要组成模块，相当于雷达的眼睛，

对整个毫米波雷达系统的性能有较大的影响。本文围绕着77GHz毫米波雷达天线

阵列研究与设计展开，主要工作如下：

首先，为了增大毫米波雷达的探测距离，设计了一种工作在77GHz具有高增

益低副瓣特性的413微带梳状天线阵列。通过研究微带梳状天线的基本原理，在

矩形辐射枝节宽度渐变的基础上，对枝节进行开槽并加载耦合贴片，结合泰勒分

布阵列综合法对天线的副瓣电平进行抑制。经过仿真优化，微带梳状线阵的峰值

增益提升至17.58dBi，同时副瓣电平均低于-24.13dB。为了进一步提升增益并降

低H面的副瓣电平，设计了一分四不等分功分器，组成串并馈结合的413的面

阵。为了便于测试，设计了基于基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide,SIW)

的波导-微带线垂直过渡结构连接面阵和标准WR10金属波导。测试结果表明，微

带梳状面阵的增益为19.11dBi，H面的副瓣电平为-17.37dB，工作带宽为1.78

GHz。

然后，为了便于对各种宽带信号的处理，设计了一种覆盖76-80GHz的新型

宽带高增益人工表面等离激元(SpoofSurfacePlasmonPolarization,SSPP)阵列天线。

通过研究折叠衬底集成波导(FoldedSubstrateIntegratedWaveguide,FSIW)和SSPP

的基本原理，并结合周期导波系统理论，设计了基于FSIW双层结构的SSPP线

阵。为进一步提升增益，在线阵的基础上增加横向耦合缝隙，并设计基于SIW的

一分二功分器，组成SSPP面阵。通过仿真优化得到SSPP面阵的最大增益为14.4

dBi，并且能够覆盖76-80GHz的毫米波雷达频段，具有宽带高增益的特性。

最后指出了本论文中设计存在的不足以及可进一步开展的研究工作。

关键词：人工表面等离激元，微带梳状天线，折叠衬底集成波导，毫米波雷达，

天线阵列

ABSTRACT

Asthewirelessmobilecommunicationtechnologyandtheglobalautomobilemarket

developrapidly,millimeterwaveradarhasbecomeoneofthemaindetectorsbecauseof

itslongerdetectionrange,highermeasurementaccuracyandnoteasytobeaffectedby

weather.Asanimportantcomponentofthetransceivermoduleintheradarsystem,the

antennaisequivalenttotheeyesoftheradar,andhasagreatimpactontheperformance

ofthewholemillimeter-waveradarsystem.Themainfocusofthisthesisistheresearch

anddesignof77GHzmillimeter-waveradarantennaarray.Themainworkcanbe

concludedasfollows:

Firstly,a1×13microstripcombarraywithhighgainandlowsidelobesoperatingat

77GHzisdesignedtoincreasethedetectionrangeofmillimeterwaveradar.Byadjusting

thewidthoftheelementstoachieveaTaylordi