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如何為汽車天線選線路板

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人氣：4151發(fā)布日期：2020-11-21 04:25【大中小】

以PCB形式設(shè)計(jì)的高頻天線可以有多種不同結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單的偶極子，到基于環(huán)形諧振腔和羅特曼透鏡的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。其中一種比較受歡迎的汽車天線PCB就是微帶貼片天線，它可以在給定的頻率范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單緊湊的天線構(gòu)結(jié)(如圖1)。許多產(chǎn)品利用多個(gè)PCB貼片天線或諧振結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)波束成形網(wǎng)絡(luò)(BFN)或相控陣天線，并通過(guò)電調(diào)方式來(lái)控制雷達(dá)或通信系統(tǒng)中PCB天線的振幅，相位和方向。

在毫米波頻率下，緊湊型的微帶PCB天線也越來(lái)越受到關(guān)注。例如用于汽車電子安全系統(tǒng)的77GHz高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，就以這種天線實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(cè)，自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)和防碰撞等功能。由于這種系統(tǒng)的信號(hào)功率較低，ADAS接收機(jī)就必須依靠其高靈敏度，可靠地檢測(cè)從行人和其他車輛等目標(biāo)反射的雷達(dá)回波。

電路層壓板的介電常數(shù)(Dk)是許多工程師在設(shè)計(jì)微帶貼片天線時(shí)首先要考慮的因素。電路板材料的Dk值對(duì)電路尺寸的影響，在表1中的四個(gè)例子中有詳細(xì)的描述，結(jié)果顯示對(duì)給定頻率的微帶貼片天線，貼片尺寸隨著Dk值的增加而縮小。

該表是通過(guò)MWI-2017軟件計(jì)算完成，表中微帶貼片天線的尺寸，如長(zhǎng)度(L)和寬度(W)，可以利用以下的簡(jiǎn)單方程計(jì)算得到：

W=(c/2fr)[2/(Dkeff +1)]0.5

L=λ/[2(Dkeff)0.5] - 2ΔL

其中：

Dkeff=微帶電路的有效介電常數(shù)；

λ=基于微帶電路的波長(zhǎng)；

fr=貼片輻射元件的諧振頻率；

c=自由空間中的光速；

ΔL=由于邊緣場(chǎng)引起的貼片延伸長(zhǎng)度。

微帶貼片天線單元在發(fā)射時(shí)將電磁能量輻射到自由空間，在接收時(shí)將電磁能量傳輸?shù)竭B接的電路上(例如，接收器)。但貼片PCB天線的一個(gè)重要組成單元，饋線構(gòu)成了另一個(gè)重要部分。饋線在微帶電路和輻射貼片之間，起到傳輸和接收電磁能量的橋梁作用。理想情況下，貼片應(yīng)呈現(xiàn)高輻射，而饋線應(yīng)呈現(xiàn)低輻射，從而實(shí)現(xiàn)能量從電路到貼片的有效傳遞。

四種用于微帶貼片單位不同的饋線：(a)松耦合饋電、(b)底層饋電、(c)緊耦合饋電、(d)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器饋電

對(duì)天線來(lái)講，較厚的電路板材料更容易向外輻射能量。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)諸如微帶貼片之類的天線輻射單元，應(yīng)該選擇相對(duì)較厚并且具有較低Dk值(例如2.2至3.5)的電路板材料。盡管更高Dk值的材料輻射效率較低，使用較高Dk值的電路板材料來(lái)設(shè)計(jì)PCB天線更具挑戰(zhàn)性。但當(dāng)需要設(shè)計(jì)更小的貼片天線時(shí)，仍可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)而使用更高Dk值的電路板材料。

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