[实用新型]宽频带双圆极化微带转波导馈源天线系统

说明书

本实用新型公开了一种天线系统，包括：电桥、上层金属地、上层基板、下层基板、下层金属地、辐射贴片、模式转换器、圆波导、金属过孔；所述天线系统为多层板结构，由上到下依次为上层金属地、上层基板、下层基板、下层金属地；所述辐射贴片位于所述上层基板上侧，所述模式转换器置于所述辐射贴片的上方并且连接至其上方的所述圆波导；所述电桥构成馈电网络，所述电桥的两个端口位于所述上层基板与所述下层基板之间。采用本实用新型的馈源天线系统可在毫米波频段实现宽频带、双圆极化，保证收发端口具有良好的隔离度，同时实现了微带天线转圆波导的模式转换，结构简单高效，并且不改变圆极化性能，可以作为多种类型天线的馈源使用。

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别涉及一种宽频带双圆极化77GHz微带转波导馈源天线系统。

背景技术

现有技术中，毫米波雷达技术在汽车雷达、安检成像、场面监控雷达、物位计量等领域获得了广泛的应用。毫米波雷达技术的主要优势有：具有很高的跟踪精度及空间分辨率；具有很高的多普勒分辨率及测速精度；具有很强的目标识别能力及成像能力；具有良好的抗干扰能力。

早期的雷达技术以脉冲雷达技术为主，但是脉冲雷达技术具有明显的缺点：例如发射功率要求很大、收发需要开关切换、有探测盲区、体积庞大、容易被截获等等。而连续波(Continuous Wave，简称CW)雷达克服了这些缺点，其具有结构简单、尺寸小、功率低等优点，因而得到越来越广泛的应用。连续波雷达可以有多种调制方式，其中以调频连续波(frequency modulation Continuous Wave，简称FMCW)雷达的应用最为广泛。相对于脉冲雷达系统，调频连续波雷达由于不存在距离盲区、接收灵敏度高、抗干扰能力强、分辨率高、功率要求小、结构简单等特点而越来越受到重视。然而连续波雷达的技术发展仍存在很多挑战，首先，由于调频连续波雷达需要发射-接收(TX/RX)端同时工作，为保持发射-接收(TX/RX)端口之间互不干扰以获得良好的工作性能，对发射-接收(TX/RX)端口之间的收发端口隔离度有更高的要求，从而为后端毫米波器件的设计增添了难度；其次，调频连续波雷达的分辨率由雷达天线的带宽决定，为了保证接收端口具有较高的灵敏度和分辨率，接收天线需要尽量使用宽带天线，从而使得收发机天线的设计带来了挑战。

在毫米波雷达的实际应用中，例如物位计量系统，对天线的要求是具有高增益及较小的波束角(3°)，如此可以提高链路增益、增加量程并减小干扰。在该类应用场景中，透镜天线、喇叭天线、反射面天线等成为较优选择，因为在77GHz频段上，上述这些天线的尺寸通常都较小，可以进行实际加工与应用。目前毫米波雷达系统核心的射频芯片大都为单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit，简称MMIC)，其封装形式以球状引脚栅格阵列(Ball Grid Array，简称BGA)封装为主。可见，雷达的射频系统可以划分为以MMIC、馈线、天线为核心的馈源系统和以透镜/喇叭为核心的聚焦系统。射频芯片的发射-接收(TX/RX)端口之后的馈线与天线设计至关重要，其首要挑战在于如何将77GHz频段信号从平面传输线结构转换为传统的波导结构或其他立体结构，进一步激励透镜或者喇叭，从而实现高增益辐射；其次，77GHz的电磁波波长只有3.9mm，无论是印制电路板(PrintedCircuit Board，简称PCB)工艺还是数控(Computer Numerical Control，简称CNC)工艺，其加工精度对天线的设计有很大的影响，如何设计高鲁棒性的天线来适应相应的加工精度，是另外一个关键点。在毫米波频段的调频连续波(FMCW)雷达系统中，天线设计主要面临的挑战包括：工作带宽；发射-接收端隔离度；平面传输线结构到发射/接收结构的转换；鲁棒性设计。

参见图1A-图1D所示，在现有技术中，为了实现收发隔离，天线馈电网络系统通常采用的方案有：如图1A所示的3dB电桥方案；如图1B所示的环形器方案；如图1C所示的耦合器方案；如图1D所示的双天线方案。