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

車載毫米波雷達是一種短距離高精度雷達，通常采用連續(xù)波體制，即在雷達接收同時還在發(fā)射， 同頻發(fā)射電磁波無疑會進入接收通道，影響雷達對目 標回波的處理，往往成為制約雷達探測能力的瓶頸。因為收發(fā)電磁信號是同頻率，無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)天線間隔離度來提高雷達性能。

車載毫米波雷 達一 般工作于24~24.25GHz （ 簡 稱24G）以及 76~81GHz （ 簡稱 77G），并安裝于車體的各個位置，以實現(xiàn)對于汽車不同區(qū)域內(nèi)目 標的感知。在國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天線設(shè)計中，會增大天線的尺寸， 不滿足雷達小型化的應(yīng)用需求， 并且會帶來設(shè)計的復雜度。本文以 24GHz 車載雷達為應(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)射天線的直達波反相抵消的方式，簡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

毫米波雷達天線陣的結(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。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)化其相對的位置，以獲得收發(fā)天線間隔離度最優(yōu)化。

整個陣面印制在厚度為 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 間距為半個波長，以實現(xiàn)天線前半空域[-90°，90°]無模糊測角。

接收天線二次輻射原理是：當接收天線的輻射電阻Rr 與負載電阻 RL 匹配（ RL=Rr）時（ 電路圖見圖 2）， 與注入負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)天線無損耗）。除了再輻射功率之

外， 天線還散射尚未進入天線負載電路的功率 [1] 。

02、仿真結(jié)果與分析

本文采用商用仿真軟件 HFSS 對天線進行仿真分析。圖 3 至圖 7 分別仿真了收發(fā)天線間無虛元，虛元距離接收天線 2（ 圖 1 中 Rx2）分別是 6mm、7mm、8mm 和 9mm 時發(fā)射天線與兩個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。

可見相對于無虛元時的隔離度 36dB都有了明顯的改善。這種設(shè)計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)計優(yōu)化， 降低了工作量。虛擬天線的饋電端口 匹配狀態(tài)，實際工作時用 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)射天線之間的適當位置增加一個虛擬陣元的方式來提高收發(fā)天線之間的隔離度的方法。虛擬陣元通過接收來自發(fā)射天線來的電磁波并二次輻射出去，使得在接收天線處，來自發(fā)射天線的直達波和來自虛擬陣元二次輻射的電磁波反相疊加，相互抵消，從而實現(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， 實現(xiàn)在 24GHz 雷達工 作頻帶內(nèi) （24~24.25GHz），收發(fā)天線隔離度較無虛擬天線時增加了 9dB。

審核編輯：郭婷