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本文為你詳解汽車(chē)天線PCB新設(shè)計(jì)

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人氣：1378發(fā)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(chē)行業(yè)越來(lái)越依賴(lài)?yán)走_(dá)系統(tǒng)，特別是在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中。傳統(tǒng)汽車(chē)?yán)走_(dá)主要關(guān)注距離、速度和角分辨率，但隨著毫米波（mmWave）技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)在提供了增強(qiáng)的能力，如目標(biāo)識(shí)別和自適應(yīng)波束形成。全極化雷達(dá)系統(tǒng)可以捕捉更全面的目標(biāo)數(shù)據(jù)，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注。

這些系統(tǒng)在發(fā)射端（Tx）和接收端（Rx）均采用雙正交極化。研究發(fā)現(xiàn)，圓極化（CP）比線極化（LP）更適用于汽車(chē)?yán)走_(dá)，因?yàn)樗鼈兙邆涓玫慕徊鏄O化抑制能力、減少干擾，并對(duì)地面雜波有更高的抵抗力。本文將從這個(gè)方面展開(kāi),詳細(xì)講解關(guān)于汽車(chē)天線PCB的新設(shè)計(jì),感興趣就一起看下去吧。

大多數(shù)汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)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(chē)天線PCB對(duì)環(huán)境條件如溫度和濕度的敏感性帶來(lái)了可靠性問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，本文提出使用脊?fàn)铋g隙波導(dǎo)（RGW）技術(shù)，這是一種完全金屬結(jié)構(gòu)，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(tǒng)基于一種新型的圓極化（CP）槽元件，該元件既充當(dāng)輻射器又充當(dāng)極化器。該設(shè)計(jì)高度緊湊，孔徑尺寸為0.44λ? × 0.44λ?，厚度為0.64λ?。系統(tǒng)包含四個(gè)發(fā)射通道和三個(gè)接收通道，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射端和接收端的全CP結(jié)構(gòu)，并分為四層：輻射層、饋電層、波導(dǎo)層和過(guò)渡層。在互耦合（MC）方面，設(shè)計(jì)采用了去耦墻和虛擬元件，實(shí)現(xiàn)了高端口隔離度（≥35 dB）。該天線系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)為具有寬軸比（AR）視場(chǎng)（FoV），這對(duì)于有效的雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)至關(guān)重要。測(cè)量結(jié)果表明，在接收端方位平面±60°和發(fā)射端±50°范圍內(nèi)，嵌入式AR均小于等于3 dB，表現(xiàn)出卓越的性能。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證，該天線系統(tǒng)優(yōu)化用于汽車(chē)?yán)走_(dá)，展示了高極化純度、出色的端口隔離性和寬AR視場(chǎng)，使其特別適合在實(shí)際場(chǎng)景中檢測(cè)低雷達(dá)截面積（RCS）目標(biāo)，如小型車(chē)輛或自行車(chē)。此外，該系統(tǒng)還有效減少了環(huán)境噪聲，在多樣化的操作條件下表現(xiàn)穩(wěn)健。與傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)相比，本文開(kāi)發(fā)的全極化天線系統(tǒng)在處理來(lái)自前方車(chē)輛和地面雜波的干擾方面表現(xiàn)出顯著提升，使其成為未來(lái)汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的強(qiáng)有力候選方案，在目標(biāo)檢測(cè)和極化多樣性方面尤為重要。

PCB天線容易產(chǎn)生介電損耗問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用了RGW技術(shù)中的金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。最近的研究表明，RGW技術(shù)能夠在毫米波頻段有效解決介電損耗問(wèn)題，同時(shí)保持緊湊的幾何結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單的多層結(jié)構(gòu)。本文中提出的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，易于集成到汽車(chē)?yán)走_(dá)前端，為復(fù)雜多層饋電系統(tǒng)帶來(lái)的限制提供了一個(gè)解決方案。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果高度一致，證明了所提設(shè)計(jì)的可靠性。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)低RCS目標(biāo)（如自行車(chē)和電動(dòng)滑板車(chē)）的雷達(dá)測(cè)量進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，該系統(tǒng)在檢測(cè)小型和低剖面物體方面具有改進(jìn)的能力，對(duì)環(huán)境噪聲的敏感性也較低。測(cè)量還顯示，該系統(tǒng)在76–78 GHz的頻率范圍內(nèi)保持了較高的效率，具有500 MHz的帶寬重疊，足以滿足大多數(shù)汽車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)用需求。此外，在受控環(huán)境下進(jìn)行的雷達(dá)測(cè)量證實(shí)了所提出的全極化系統(tǒng)在檢測(cè)低RCS目標(biāo)方面相較于傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)，并且在各種環(huán)境條件下有效運(yùn)行。

本文得出結(jié)論，采用RGW技術(shù)設(shè)計(jì)的全極化天線系統(tǒng)在汽車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的潛力。該系統(tǒng)在交叉極化抑制、互耦合抑制和環(huán)境噪聲抵抗方面表現(xiàn)出顯著改進(jìn)。緊湊且低剖面的設(shè)計(jì)特別適合集成到現(xiàn)有的汽車(chē)?yán)走_(dá)平臺(tái)中，在目標(biāo)檢測(cè)和分類(lèi)方面提供了更好的性能，尤其是對(duì)于低RCS目標(biāo)。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步優(yōu)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(tǒng)能力擴(kuò)展至動(dòng)態(tài)環(huán)境和更復(fù)雜的雷達(dá)配置中，可能使該技術(shù)成為下一代汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。

PCB廠也許將在未來(lái)生產(chǎn)中,使用這種汽車(chē)天線PCB新設(shè)計(jì),推動(dòng)汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

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