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    在大于10GHz的頻段，PCB微帶印刷天線相對(duì)于波導(dǎo)縫隙天線、透鏡天線、反射面天線等其他天線具有明顯優(yōu)勢(shì)。成熟的PCB加工工藝可以有效控制微帶天線制作成本，微帶天線電路板、微波射頻板以及低頻數(shù)模電路板的多層混壓技術(shù)還使得整個(gè)射頻系統(tǒng)具有很高的集成度。ROGERS羅杰斯公司生產(chǎn)的微波射頻板材RO4350B板材具有優(yōu)越的高頻性能和很低的制作成本，在商用射頻系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用和驗(yàn)證。筆者使用羅杰斯電路板材RogersRO4350B成功地設(shè)計(jì)了一系列24GHz微帶陣列天線，均已應(yīng)用于公司上市產(chǎn)品，因此就其應(yīng)用總結(jié)了一些設(shè)計(jì)技巧。

    厚度選擇

    主要綜合微帶天線工作帶寬、饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以及天線效率三個(gè)因素選擇厚度。

    1、PCB厚度影響微帶天線阻抗帶寬，PCB厚度越小，陣列規(guī)模越大，則微帶天線工作帶寬越小。

    2、介質(zhì)厚度影響微帶線的導(dǎo)體損耗，進(jìn)而影響微波射頻天線效率。綜合上述因素，筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是小型陣列選擇10mil或者20mil厚度，大型陣列選擇20mil厚度，微波射頻板選擇10mil厚度。

    3、PCB厚度決定饋電網(wǎng)絡(luò)阻抗變化段的微帶線線寬，對(duì)于20mil厚度的RO4350B板材，50Ω和100。Ω微帶線線寬分別為1.13mm和0.27mm，而微帶天線在24GHz對(duì)應(yīng)諧振長(zhǎng)度為3mm左右，饋電網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)微帶變換段的阻抗過(guò)小或過(guò)大，都會(huì)造成微帶天線的線太寬或太窄，微帶天線的線太寬會(huì)容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)干涉，微帶天線的線太窄又會(huì)導(dǎo)致加工困難。

    天線類型

    如圖1所示，微帶陣列天線按饋電方式分為并饋陣列和串饋陣列。并饋陣列饋線較長(zhǎng)，導(dǎo)致饋電網(wǎng)絡(luò)引入損耗較大。對(duì)于大型陣列，天線效率往往受到限制，因此一般選擇走線更為簡(jiǎn)潔的串饋陣列。串饋陣列是諧振式天線，其工作帶寬比并饋陣列要小，但串饋結(jié)構(gòu)要更容易實(shí)現(xiàn)加權(quán)激勵(lì)。表1為筆者設(shè)計(jì)的不同規(guī)模的串饋微帶陣列天線，它們均采用20mil厚度的RO4350B板材。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著陣列規(guī)模變大，阻抗帶寬逐漸減小，16個(gè)陣元時(shí)帶寬為1.2GHz，而324個(gè)陣元時(shí)只有0.75GHz。通常采用連續(xù)波體制的24GHz雷達(dá)調(diào)頻帶寬小于250MHz，因此串饋陣列的阻抗帶寬能夠滿足絕大部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

    天線和射頻芯片的互連

    目前國(guó)內(nèi)外芯片廠商都有量產(chǎn)的24GHz射頻芯片推出市場(chǎng)，在零中頻雷達(dá)架構(gòu)中，射頻芯片的引腳直接與微帶收發(fā)天線端口相連。當(dāng)使用天線電路板（高頻板）+若干層FR4+微波射頻板（高頻板）的高頻混壓板形式時(shí)，天線和射頻芯片的互連通過(guò)金屬化過(guò)孔實(shí)現(xiàn)。在24GHz頻段，長(zhǎng)度大于1mm的金屬化過(guò)孔引入的不連續(xù)性將非常明顯，解決辦法是在金屬化過(guò)孔四周加若干個(gè)對(duì)稱的金屬化接地過(guò)孔構(gòu)成類同軸傳輸結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。當(dāng)天線和射頻芯片位于PCB線路板同一面時(shí)，射頻芯片和收發(fā)天線則直接通過(guò)微帶線或者共面波導(dǎo)相連，這種設(shè)計(jì)能最大化地減小傳輸線插損。

    低副瓣設(shè)計(jì)

    方向圖的副瓣電平是陣列天線的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，低副瓣設(shè)計(jì)可以減小雷達(dá)主波束外的環(huán)境干擾，其作用相當(dāng)于做了一次空域?yàn)V波，對(duì)提高雷達(dá)信噪比十分有效。均勻分布陣列天線的副瓣電平大于-13dB，為了獲得更低的副瓣，通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)使饋入各陣元的功率為某種低副瓣加權(quán)分布。常用等相不等幅的低副瓣加權(quán)分布方式有Chebyshev分布和Taylor分布。根據(jù)副瓣電平和陣元數(shù)，容易綜合出理想的加權(quán)分布，剩余工作就是反復(fù)優(yōu)化饋電網(wǎng)絡(luò)使饋入各陣元的功率接近理想分布。