随着汽车雷达系统的大规模应用,汽车安全性能得到极大提升,这也有效降低了汽车碰撞事故的发生概率。毫米波天线是汽车雷达系统中实现电磁波信号辐射和接收的重要元件,其辐射性能的优劣将直接影响雷达系统的探测效果。现阶段,国际上汽车防撞雷达所用毫米波天线的工作频率大部分都集中在24 GHz与77 GHz两个频段,其中24 GHz频段的汽车雷达常用于短距离目标探测,而77 GHz频段的雷达系统既可用于短距离目标探测,也可以用于长距离的探测。目前,关于汽车雷达天线的研究重点大部分都集中在微带阵列天线上,阵列天线虽然能够提供较高的增益,但也存在天线平面尺寸偏大、馈电网络结构复杂、难以集成、工作带宽窄等问题。此外,汽车防撞雷达系统在不同探测场景时,对其所用毫米波天线的具体性能指标也存在一些差异,如在短距离目标探测时要求天线具有较宽的半功率波束宽度,以便于探测更宽角度范围内的目标信息。因此,在保证满足雷达探测性能需求的前提下,宽频带、小尺寸、结构简单、满足探测需求的毫米波汽车雷达天线将是未来研究的重点,而且也具有十分广阔的市场应用前景。针对汽车防撞雷达系统在短距离、大角度范围内对障碍物目标的探测需要,设计了一款具有宽频带、高前后比特性的SIW喇叭天线。对于常规SIW喇叭天线存在的带宽窄、增益低、后向辐射大等问题,本文通过在天线口面处加载介质块结构来提高天线的方向性,并比较分析不同形状、尺寸的介质块对天线辐射性能的影响;通过在天线的上下表面加载金属贴片结构来改善天线与自由空间的阻抗匹配情况,并比较不同贴片尺寸、位置等因素对天线性能的影响。结合上述对比结果,设计了一款工作频率为21.7-28.2 GHz的宽带SIW喇叭天线,天线最大增益能够达到11.25 dB,天线的旁瓣电平与后瓣电平都得到明显抑制。该天线具有较宽的波束宽度,能够有效降低汽车雷达的探测盲区范围。然后,利用多层双环金属结构设计了一种透射型超表面单元,通过调节金属圆环的内外半径数值可以实现单元传输系数相位在0-360°范围内的任意调节,并且单元传输系数幅值在上述变化过程中始终大于0.7。将该超表面单元按照特定相位梯度排列组成一款9×9规模的二维透射超表面结构,此时其整体尺寸仅为14.4×14.4×4.5mm~3。平面波的垂直照射结果表明该结构对透射电磁波具有良好的聚焦效果。最后,针对毫米波雷达在长距离范围内的探测需要,设计了一款小尺寸、高增益的透镜天线。该透镜天线采用矩形微带贴片结构作为馈源,贴片天线的谐振中心在78.3GHz附近,其辐射贴片尺寸仅为1.3×0.96mm~2,该天线结构能够直接集成在汽车雷达电路系统中。透射超表面结构能够将馈源天线辐射的准球面波转换为准平面波,使得能量集中在主射方向,提高天线增益。该透镜天线的工作频率范围为75.9-81.6 GHz,最大增益能够达到18.25 dB,并且在大部分工作频率范围内天线增益始终大于17.5 dB。该天线在两个方向上的半功率波束宽度均保持在15°左右,这能够实现较大角度范围内的目标探测,从而减小雷达在探测过程中可能存在的盲区范围。本文所设计的两款毫米波汽车雷达天线在保持较高增益的同时,还具有较宽波束宽度、小尺寸、宽频带、结构简单、便于加工集成等优势。本文为汽车防撞雷达天线的选型与设计提供了新的思路。