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的優(yōu)勢(shì)。成熟的PCB加工工藝可以有效控制微帶天線的生產(chǎn)成本。微帶天線電路板、微波射頻板和低頻數(shù)模電路板的多層混合技術(shù)也使得整個(gè)射頻系統(tǒng)高度集成。 ROGERS生產(chǎn)的微波射頻板RO4350B具有優(yōu)越的高頻性能和低廉的生產(chǎn)成本，在商用射頻系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用和驗(yàn)證。筆者使用羅杰斯電路板RogersRO4350B成功設(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，故對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行一些設(shè)計(jì)技巧的總結(jié)。
厚度選擇
厚度主要根據(jù)微帶天線工作帶寬、饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和天線效率三個(gè)因素來(lái)選擇。
1、PCB厚度影響微帶天線的阻抗帶寬。 PCB厚度越小，陣列尺寸越大，微帶天線的工作帶寬越小。
2、介質(zhì)的厚度影響微帶線的導(dǎo)體損耗，進(jìn)而影響微波射頻天線的效率。基于以上因素，筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是，小陣列選擇10mil或20mil厚度，大陣列選擇20mil厚度，微波射頻板選擇10mil厚度。
3、PCB的厚度決定了微帶線在饋電網(wǎng)絡(luò)阻抗變化段的線寬。對(duì)于RO4350B板，厚度為20密耳，50Ω和100。Ω微帶線的線寬分別為1.13mm和0.27mm，對(duì)應(yīng)的微帶天線在24GHz的諧振長(zhǎng)度約為3mm。如果饋電網(wǎng)絡(luò)中微帶轉(zhuǎn)換段的阻抗過(guò)小或過(guò)大，都會(huì)造成微帶天線 線太寬或太窄，微帶天線的線太寬，容易造成結(jié)構(gòu)干擾。如果微帶天線的線路太窄，會(huì)造成加工困難。
天線類(lèi)型
微帶陣列天線按饋電方式分為并聯(lián)饋電陣列和串聯(lián)饋電陣列。并聯(lián)饋電陣列饋線更長(zhǎng)，導(dǎo)致饋線網(wǎng)絡(luò)中的損耗更大。對(duì)于大規(guī)模陣列，天線效率往往是有限的，因此一般選擇布線更簡(jiǎn)單的串聯(lián)饋電陣列。串聯(lián)饋電陣列是諧振天線，其工作帶寬比并聯(lián)饋電陣列小，但串聯(lián)饋電結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)加權(quán)激勵(lì)。作者設(shè)計(jì)的不同尺度的串聯(lián)饋電微帶陣列天線。它們都使用 20mil 厚的 RO4350B。隨著陣列尺寸變大，阻抗帶寬逐漸減小。帶寬為1.2GHz，16個(gè)陣元時(shí)帶寬為1.2GHz，而324個(gè)陣元時(shí)帶寬僅為0.75GHz。通常使用連續(xù)波系統(tǒng)的24GHz雷達(dá)頻率調(diào)制帶寬小于250MHz，因此串聯(lián)饋電陣列的阻抗帶寬可以滿足大部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
天線與射頻芯片的互連
目前，國(guó)內(nèi)外芯片廠商已經(jīng)在市場(chǎng)上量產(chǎn)了24GHz射頻芯片。在零中頻雷達(dá)架構(gòu)中，射頻芯片的引腳直接連接到微帶收發(fā)器天線端口。采用天線電路板（高頻板）+多層FR4+微波射頻板（高頻板）時(shí)，天線與射頻芯片之間通過(guò)金屬化過(guò)孔實(shí)現(xiàn)互連。在24GHz頻段，長(zhǎng)度大于1mm的金屬化過(guò)孔引入的不連續(xù)性會(huì)非常明顯。解決方法是在金屬化過(guò)孔周?chē)黾訋讉€(gè)對(duì)稱的金屬化接地過(guò)孔，形成類(lèi)似同軸的傳輸結(jié)構(gòu)。當(dāng)天線和射頻芯片位于PCB電路板的同一側(cè)時(shí)，射頻芯片和收發(fā)天線通過(guò)微帶線或共面波導(dǎo)直接連接。這種設(shè)計(jì)可以最大限度地減少傳輸線的插入損耗。

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)可以減少雷達(dá)主波束外的環(huán)境干擾。它的功能相當(dāng)于一個(gè)空間過(guò)濾，對(duì)提高雷達(dá)信噪比非常有效。 均勻分布陣列天線的副瓣電平大于-13dB。 為了獲得較低的副瓣，饋入每個(gè)陣元的功率通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)形成一定的低副瓣加權(quán)分布。 常用的等相位不等幅低副瓣加權(quán)分布方法包括Chebyshev布和Taylor分布。 根據(jù)旁瓣電平和陣元數(shù)，很容易合成出理想的加權(quán)分布。 剩下的工作就是反復(fù)優(yōu)化饋電網(wǎng)絡(luò)，使饋入每個(gè)陣元的功率接近理想分布。