【技术大神】24GHz微波雷达天线的极化方式选择

时间： 2016-07-21 来源：技术大神活动文章

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24GHz 微波雷达传感器被广泛应用于汽车主动安全、智能交通、安全防护、工业应用以及无人机防撞等领域。天线作为雷达传感器的关键性器件，在雷达传感器中起“咽喉”作用，一方面需要尽可能多的把射频源的信号发射出去；另一方面需要使雷达波覆盖到合适的区域。根据笔者的设计经验，国内外厂商常用的24GHz天线形式有微带阵列天线、喇叭天线、介质基片集成波导天线（SIW）以及透镜天线。综合考虑雷达传感器体积和制造成本，商用领域最流行的天线形式是微带天线。微带天线印刷在高频PCB上，借助于成熟的PCB加工工艺，设计厂商可以最大程度的减小成本。

图1：采用RO4350B™板材的24GHz微带阵列天线

极化方式是表征电磁波的一个重要参数，由雷达天线决定。常用极化方式有线极化和圆极化两种。线极化又分为垂直极化、水平极化和斜极化。雷达天线极化方式不同，会导致目标反射回波的幅度和相位特性不同，进而影响雷达的探测灵敏度。因此，研究目标散射特性对雷达天线设计具有重要的指导意义。笔者以电力巡线无人机为应用背景，先对高压线的散射特性进行了研究。为了探究电力线对不同线极化入射波的散射特性，通过仿真方法对高压线在24GHz的散射特性进行分析。

首先建立仿真模型，用图2所示细长圆柱形导体模拟电力线，圆柱体线径设为R_wire，长度设为20λ₀。设置入射平面波用于模拟雷达发射天线发射的电磁波。在入射源位置设置场感应器，用于模拟雷达接收天线接收电力线反射波。入射波极化方向与电力线延伸方向的夹角为Φ_step。

图2：电力线模型

使用基于有限元方法的高频仿真软件进行仿真。固定线径R_wire为0.67λ₀，分析水平极化和垂直极化方式下RCS（雷达散射截面）随Φ_step变化趋势。从图3所示结果中可以看出，当入射波极化方向和电力线延伸方向由平行变化到垂直（Φ_step由0°变化到90°）时，RCS逐渐增加，但变化值在0.6dB以内。固定Φ_step为0°，分析水平极化和垂直极化方式下RCS随R_wire变化趋势。从图4所示结果中可以看出，两种极化方式下的RCS都随R_wire增加而变大。当R_wire小于0.5λ₀时，两种方式下的RCS变化曲线呈交替上升状态，但是变化值在1.5dB以内。当R_wire大于0.5λ₀时，垂直极化的RCS要大于水平极化，变化值在0.6dB以内。

图3：不同极化方式下RCS随Φ_step变化趋势

图4：不同极化方式下RCS随R_wire变化趋势

基于上述仿真结果得出结论：在天线参数（匹配、增益、方向图）和射频互连一致的条件下，K波段雷达天线的极化方式应优先选择垂直极化方式。笔者采用RO4350B™板材设计了图5所示的两种24GHz微带天线阵列，两种方案均为垂直极化方式。图示阵列均为1×4，工作频率可以覆盖24GHz ISM带宽，-3dB波束宽度约为70°×25°，垂直面的副瓣电平为-16dB。方案2所示天线已应用于实际产品。当然，不同应用场景需要考虑不同的极化方式，笔者仅仅提供一个设计思路。

图5：采用RO4350B™设计的垂直极化微带阵列天线

笔者使用RO4350B™板材设计了大量24GHz的微带天线阵列、微带功分器、匹配网络以及混频网络，既有简单的双面板，也有复杂的多层混压板。在PCB加工厂使用标准的FR4加工工艺即可进行加工，物料成本和加工成本都能得到很好的控制。

RO4350B™最吸引人的是其优异的高频性能，它不仅在宽频带内具有稳定的介电常数，而且具有极低的损耗系数，足以应付24GHz微波雷达对天线增益和微波传输损耗的设计需求，是业界最具竞争力的低损耗高频板材。此外，ROGERS公司为工程师提供了精准的微带线设计工具和大量实测应用数据，这使得设计周期能够大幅缩短，笔者一般通过两个版本迭代就可以满足设计指标。

作者：纳雷科技易浩

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北冥之鲲 Lv8 2019-01-02

24G汽车雷达天线主推RO4835，参数与RO4350一致，提高了抗氧化性，更适合汽车应用。
北冥之鲲 Lv8 2018-12-18

汽车24G微波雷达还是用RO4835比较好，相比RO4350强化了抗氧化性能，适用于汽车等高温环境应用。
janifer Lv4. 资深工程师 2019-12-15

nice
康波周期 Lv7. 资深专家 2019-01-24

猪年大吉
用户37866299 Lv6. 高级专家 2019-01-21

棒

powers Lv3. 高级工程师 2019-01-20

厉害
小白扬 Lv5. 技术专家 2019-01-16

不错
情始皇 Lv5. 技术专家 2019-01-13

好，学习
用户49108147 Lv4. 资深工程师 2019-01-13

学习
用户ww Lv7. 资深专家 2019-01-12

学习了

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产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18

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ROGERS - 高频电路材料,HIGH FREQUENCY CIRCUIT MATERIALS,微波电路板材,3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3000,3003 12X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3010 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3010 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3035™,3003 24X18 H1/H1 0600+-003/DI,RO3003™,3003 12X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,RO3006PTFE 陶瓷,3003 12X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,RO3003陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3006 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 2ED/2ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,RO3000® SERIES,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,RO3006™,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3035PTFE 陶瓷,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3010™,RO3010陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 12X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 12X18 2ED/2ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 HH/H2 0050+-0005/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 24X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3006 24X18 H1/H1 0250+-001/DI,RO3010PTFE 陶瓷,RO3006陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 5R/5R R3 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,RO3003PTFE 陶瓷,3003 24X18 5ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3035 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 5RD/5RD 0100+-0007/DI,3003 24X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 1RD/1RD 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 H1/H1 0100+-0007/DI,室内照明,车载娱乐,电缆系统上的数据链路,车载,电力,照明,车联网,手机相关,REMOTE METER READERS,直接广播卫星,远程抄表器,装备及逆变电源,POWER BACKPLANES,无线通信用贴片天线,智能家居,电源背板,国防工业设备,AUTOMOTIVE RADAR APPLICATIONS,物联网,PATCH ANTENNA FOR WIRELESS COMMUNICATIONS,安全系统,机车,工业设备控制,DATALINK ON CABLE SYSTEMS,DIRECT BROADCAST SATELLITES,车身和底盘,电动汽车动力系统,通信设备,全球定位卫星天线,车载通讯,CELLULAR TELECOMMUNICATIONS SYSTEMS - POWER AMPLIFI ERS AND ANTENNAS,汽车雷达应用,可再生能源,工业自动化,工业伺服,蜂窝通信系统.功率放大器和天线,轨道交通,仓储,GLOBAL POSITIONING SATELLITE ANTENNAS

2015年04月05日 - 数据手册 - Revised 1105 代理服务技术支持采购服务

作为无人机天线使用的时候，推荐用什么高频板材料呢？

天线一般推荐低介电常数板材，考虑到无人机的载荷重量，尽量选用密度较轻的高频板，像湍流电子的TL255，介电常数2.55，密度只有1.2g/cm3，比常见的PTFE高频板低一半，可以有效减重。TL255产品手册链接：https://www.sekorm.com/doc/527135232.html

2024-07-19 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

【经验】如何选择合适介电常数的Rogers高频板材？

在选择板材rogers高频板材时，最关注的指标是介电常数。但也有一部分工程师对介电常数理解的比较片面，在选择rogers高频板材时，会遇到一些问题，通过本文讲解，可以更好的帮助工程师快速准确的选择合适介电常数的板材。介电常数和频率相关，同一种板材的不同厚度有时会有一定差异。rogers板材的范围1.96（RT/duriod 5880LZ）-13(TMM13i)。

2018-08-19 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

低成本射频板材RO4350B，可与FR4混压

Rogers的RO4350B不仅具有良好的高频性能，射频损耗低等优良的电特性，而且具有生产成本低，可以和FR4多层混压等优秀的其它特性，称得上是一种高性价比的射频板材。

2016-07-24 - 技术探讨代理服务技术支持采购服务

罗杰斯AD1000高频板材规格参数

深圳市鑫成尔电子有限公司是一家专业的2-20层高频PCB电路板厂家，可加急生产高频PCB板、混压高频板、特种电路板、微波射频板、微波天线板等产品，公司常备：罗杰斯（Rogers）等高频板材，本文介绍罗杰斯AD1000高频板材规格参数。

2024-03-06 - 产品

Rogers（罗杰斯） RT/duroid 6006/6010LM 高性能板材数据手册

本资料介绍了RT/duroid® 6006和RT/duroid 6010LM两种微波基板材料。这两种材料专为电子和微波电路应用设计，具有高介电常数、低损耗、良好的热稳定性和耐湿性等特点。

ROGERS - HIGH FREQUENCY LAMINATES,高频层压板,微波电路板材,RT/DUROID 6006 PTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 HH/HH 0250+-001/DI,6010.2LM 20X20 HH/HH 0250+-001/DI,6006 10X20 2E/2E 0100+-001/DI,6010.2LM 20X20 1E/063AL 0250+-001/DI,6010.2LMNS 20X20 HH/HH 0050+-0005/DI,6010.2LM 20X20 H1/063AL 0100+-001/DI,RT/DUROID® 6010LM,6010.2LM 10X10 2E/150AL 0250+-001/DI,RT/DUROID® 6006,6010.2LM 10X10 H2/H2 0500+-002/DI,RT/DUROID 6000,RT/DUROID 6010.2LMNSPTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 5E/5E 0100+-001/DI,6010.2LM 10X20 H1/200AL 0250+-001/DI,6010.2LM 10X10 H1/H1 0100+-001/DI,RT/DUROID 6010.2LMPTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 HH/HH 0400+-0015/DI,6010.2LM 20X20 HH/200ALTT 0250+-001/DI,室内照明,地面雷达预警系统,车载娱乐,功率放大器,车载,电力,照明,车联网,手机相关,GROUND RADAR WARNING SYSTEMS,装备及逆变电源,POWER AMPLIFI ERS,智能家居,国防工业设备,AIRCRAFT COLLISION AVOIDANCE SYSTEMS,物联网,安全系统,机车,贴片天线,工业设备控制,飞机防撞系统,车身和底盘,电动汽车动力系统,通信设备,车载通讯,可再生能源,工业自动化,工业伺服,轨道交通,SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS,仓储,卫星通信系统,PATCH ANTENNAS

2011年03月01日 - 数据手册 - Revised 03/2011 0938-0111-.5CC 代理服务技术支持采购服务