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三毫米波段前车防撞雷达天线设计与测试 摘要：根据全球汽车前视防撞雷达主流技术发展方向，研究设计了W波段前车防撞雷达天线。天线采用基片集成波导技术，在三毫米波段，本文设计的天线具有可加工制造、高性价比、低剖面的特点。同时利用现有仪器仪表搭建测试平台，该测试协调解决了三毫米波段信号的中频接收问题，降低了整机噪声系数，提高了整机灵敏度。完成了天线辐射性能的测试，测试结果与设计结果基本一致。 关键词：天线、三毫米波段、前车防撞雷达 1 概述 汽车雷达的研究始于二十世纪六十年代，早期受元器件的限制发展比较缓慢。随着集成电路的进步特别是微波单片集成电路(Microwave Monolithic Integrated Circuit,MMIC)的仿真，汽车防撞系统的研究活跃起来。实现前视防撞雷达功能的技术可有多种选择，在研究过程使用过多种技术，如超声测距、激光探测定位技术、视频摄像图形识别技术、红外线成像技术、微波毫米波技术等，哪一种技术更适合主要取决于实际使用的环境情况，表1多种技术性能比较。 表1 汽车防撞雷达技术比较 超声波 红外线 激光 视频 毫米波 远距离探测能力 弱 一般 强 强 强 黑暗穿透能力 强 强 强 弱 强 全天候穿透力 弱 弱 弱 弱 强 灰尘、烟雾笼罩时的性能 一般 差 差 差 良好 气候影响 小 大 大 大 小 温度稳定性 差 一般 好 好 好 排除虚警能力 低 低 一般 一般 目标鉴别能力 低 低 一般 强 强 波束 难形成 覆盖窄 覆盖窄 好 硬件成本 低 低 一般 高 高 信号处理成本 低 低 一般 高 一般 技术要求 低 一般 一般 高 高 毫米波雷达波束窄，天线副瓣低，频带宽，分辨率高，有利于实现成像或准成像；在大气窗口频段传播时，不受白天和黑夜的影响，受恶劣环境的影响小，具有全天候工作的特点。穿透烟雾和尘埃的能力也优于红外和光学系统，天线体积小易于安装。毫米波雷达具有诸多优点，因此成为汽车前视雷达的主流技术。目前，欧、美甚至日本的主流锁定在76~77GHz频率。我国对于汽车雷达的研究还处于起步阶段，国家还没有做出相关规定。因此，根据全球汽车前视防撞雷达主流技术发展方向，研究设计了处于三毫米波段的77GHZ前车防撞雷达天线。 表2 当前常见车型配置的毫米波雷达 性能参数 德国大众ACC 瑞典Celsies Tech 美国Eaton VORAD 日本 Denso 英国 LOWR- ANCE ELEC 发射频率 77GHz 77GHz 77GHz 60.5GHz 77GHz 雷达制式 FMCW FMCW FMCW FMCW FMCW 作用距离 150m 200m 100m 120m 100m 相对距离精度 1m 0.3m 0.2m ±0.3m 0.5m 相对速度 ±80~240km/h ±360km/h 0.4~180km/h 近年来,毫米波高频段(60～110GHz 天线形式 体积 损耗 加工难度 加工费用 基片集成波导阵列天线 小 中 小 低 微带贴片阵列天线 小 大 小 低 波导缝隙阵列天线 小 小 大 高 反射面天线 大 中 中 高 喇叭天线 大 小 中 中 透镜天线 大 大 中 中 基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW (2) 其中，。式(2)是由孤立的谐振裂缝导出的，阵列中的裂缝电导仍遵循式(2)的特性；但在阵列中往往变化很大，因此，乘以一个适当的系数k1来调整，。为每个缝的偏移量。 图2 驻波阵的等效电路图 为了使方向图不出现栅瓣，缝隙间距应满足： 缝隙为半波振子形式，其长度，此长度为方形缝隙的长度。 通过理论分析得到天线的各设计参数值，在HFSS电磁工程软件中建模进行验算及改进性设计，天线整体安装结构如图3所示。该天线收发分离，左边为发射阵列，右边为接收阵列。 图3 天线加工安装结构 3 天线测试 三毫米天线幅相测量系统由HP 8530A微波接收机、合成信号源、三毫米倍频源模块、本振信号源、中频/本振分配单元、谐波混频器、参考混频器、测试混频器、转台控制器、控制计算机和发射天线等组成，如图4所示。 图4 天线测试系统 三毫米测试信号的产生采用多次倍频方式，将稳定的公分波信号倍频至三毫米频段。同时采用谐波混频器和参考/测试混频器级联作下变频器，分别将毫米波锁相参考和被测射频信号变至两路中频信号，解决了三毫米信号的中频接收问题。并采用中频/本振分配单元将中频信号进行前置放大，再进入微波接收机进行处理，以弥补谐波混频引起的射频能量损失，从而降低了整机噪声系数，提高了整机灵敏度。整个系统的核心是HP 8530A微波接收机，它对中