关于PCR毫米波雷达A111&A121外置天线以及外壳设计指导

简介

Acconeer PCR雷达是一款60GHz的毫米波雷达芯片，该芯片采用AIP封装技术，将雷达天线集成在芯片表面，同时具备超低功耗、高精度测距、超小封装等优势，现在介绍其外置天线以及外壳设计指导。

1、透镜天线设计以及效果

1.1透镜天线设计

Acconeer主要提供了两种匹配PCR雷达的透镜天线，分别如下图1.1
中的Spherical lens（简称半球形天线）和FZP 1 zone（简称叠层天线）两种，如果需要3D原图纸，欢迎评论区留言提供邮箱，本博主将通过邮件免费提供给大家。

1.2透镜天线角度及增益

Spherical lens和FZP 1 zone两种经过PCR雷达后的角度以及增益效果如图1.2所示：

其中半球形天线Spherical lens的焦距为约6mm，所谓焦距就是雷达芯片表面至透镜天线的距离，增益值（Gain值）为9，经过透镜后的角度约为10°12°，而叠层天线FZP 1 zone的焦距为约7mm，增益值（Gain值）为7.5，略低于半球形天线，且经过透镜后的角度约为12°13°，略高于半球形天线。

1.3透镜天线安装方式

透镜天线的安装方式如下图1.3所示，透镜天线工作原理相当于人类的眼镜镜片，雷达芯片相当于人类的眼睛。透镜天线安装时需要和雷达芯片中心点一致且保持平行，并固定保持一定的距离，这个距离就是前面提到的焦距，不同的透镜天线形状不一致，焦距不一致。透镜天线的固定就相当于眼镜的镜框，可根据用户的外观进行固定，原则上没有特殊要求，只需要在雷达辐射范围内没有特殊遮挡即可。

1.4透镜天线材质选择

透镜天线本身材质的选择一般为塑料即可，塑料分很多种，不同的塑料性能不一致，这里提供材料选择的建议就是其介电常数为3.0以内均可。

2、喇叭天线设计以及效果

2.1喇叭天线设计

Acconeer除了提供透镜天线之外，还提供了金属喇叭天线设计指导，如下图2.1所示：
其中d为金属喇叭口内径，保持固定值10mm；
h为金属喇叭圆筒状高度，同样保持固定值10mm；
L为喇叭口的高度;
dm为喇叭口内径，其中喇叭口内径dm与喇叭口高度L之间的设计应遵循以下设计公式

其中λ为PCR雷达的波长，该雷达中心频率为60GHz，因此波长λ为5mm。

2.2喇叭天线设计举例

根据2.1中设计指导，一共设计了H1~H4四种喇叭天线，分别进行3D打印且内壁贴铜箔纸做出来的样品如图2.2所示，其中：
H1为方形天线L = 5mm,dm = 21mm；
H1为方形天线L = 18mm,dm =17mm；
H1为方形天线L =25mm,dm = 20mm；
H1为方形天线L = 43mm,dm = 26mm；

针对设计的这4中外置喇叭天线分别进行了理论仿真和实际测试，得出的增益效果如图2.3柱形图所示，其中红色柱形表示理论仿真值，蓝色柱形图表示实际测量值，从图示可以明显看出增益效果是H4＞H3＞H2＞H1，但是体积尺寸也是同样H4＞H3＞H2＞H1，因此用户可根据实际情况选择合适的喇叭天线设计。

关于这4款外置喇叭天线的波束角度仿真图如下所示，H平面如图中左侧，E平面如图中右侧。

2.3喇叭天线材质选择

金属喇叭天线的材质一般为铝质即可，纯铝材质易于加工，当然不锈钢或者铁质亦可，只是硬度更大，加工难度增加。另外需要注意的是喇叭天线内壁需要保持光滑。如果批量生产时量大且需要节省成本，也可以采用塑料开模+内壁镀金属层方式实现。

3、外壳设计指导

采用PCR设计的产品一般都是以电路板PCBA的方式实现，那么为了保护产品受外界破坏，因此需要设计一种外壳进行包裹，毫米波雷达是可以穿透塑料的，而由于电磁屏蔽的原理，毫米波雷达不能够穿透金属，因此一般情况下PCR雷达的外壳都是由塑料组成。外壳设计主要分为外壳材质，厚度以及和雷达芯片的距离三个方面。
a、外壳厚度
外壳厚度应该遵循公式：

其中λ=5mm，这是PCR雷达的波长。是外壳使用材料在60G时的介电常数。 例如：ABS的介电常数为2.6，则外壳厚度为

即1.55mm的整数倍。
b、雷达至外壳的间距
若外壳厚度根据上述公式设计，则PCR雷达到外壳的距离应遵循公式：

即PCR雷达的半波长2.5mm的整数倍。
c、其他设计方式
若外壳厚度并未根据公式设计，为了将衰减降到最低，PCR雷达到外壳的距离应遵循公式：

其中б=0.5mm。比如n=1时，PCR雷达到外壳的距离约为0.75-1.75mm较为合适。
详情请参考文档Hardware and physical integration guideline的 4.2 Radome thickness和4.3 Radome distance 小结。