一种用于汽车雷达和ADAS的高选择性24 GHz SIW–DGS–CPW带通滤波器，具有宽带阻带抑制

为更安全的汽车提供更敏锐的“视力”

现代汽车依赖雷达来察觉驾驶者可能错过的情形：街上走出的孩子、交通中突然停车或盲区内的摩托车。要让雷达可靠工作，它必须只监听无线频谱中的恰当一片，同时忽略其他干扰。本文提出了一种专为24 GHz汽车雷达和高级驾驶辅助系统（ADAS）设计的微小且精确调谐的“无线守门器”。通过将若干巧妙的微波结构集成到单一紧凑部件中，作者构建了一个能干净通过所需雷达信号、同时在车前盖等恶劣温度条件下也能强力抑制不需要的杂波和干扰的滤波器。

为何干净的雷达信号很重要

汽车雷达通过发射高频无线电波并测量从车辆、行人和障碍物上反射回来的微弱回波来工作。如果附近的电子设备或相邻通信频段泄漏到雷达的监听窗口，这些回波可能被污染，导致检测距离缩短或产生虚假报警。带通滤波器就是用来在频率上开出一个狭窄且定义良好的窗口，使雷达“主要听到”自身的回波。在24 GHz——一种常用的短/中程汽车雷达频段——该器件必须既高度选择性又体积小巧，以便在模块密集的环境中安装而不引入过多损耗或发热。现有设计常在紧凑尺寸和陡峭频率控制之间权衡，或缺乏在真实温度条件下的充分测试。

单层上的紧凑守门器

研究者通过在一块平面电路板上集成三种微波构件来应对这一挑战。首先，他们使用基底集成波导（SIW）腔——由一排排金属通孔围出的矩形区域——以高品质因数捕获并引导所需的雷达频率。其次，他们在电路下方的接地金属上蚀刻特殊形状，称为缺陷地结构（DGS），这些结构像精确放置的凹槽，能在工作频段附近为不需要的频率创建深度“死区”，从而使滤波器的截止更陡峭。第三，他们用共面波导（CPW）为结构供电，这是一种便于与其他芯片与板级元件连接的表面传输线。这三者的相互作用在18 × 36 mm的占板面积内产生了对目标频段的窄通道，同时阻挡了宽范围的邻近信号，足够小以用于密集的雷达前端。

从设计调整到实物实现

为了优化性能，团队进行了大量仿真以显示几何参数变化如何影响响应。调整关键缝隙之间的间距会改变两个SIW腔之间的耦合强度，进而调谐带宽和滤波器响应的陡降程度。改变电路板厚度揭示出一个最佳值，在该处电场与磁场能量达到平衡，从而在24 GHz处得到干净且稳定的通带。作者还构建了一个由电感和电容组成的简单“集总参数”电路模型来模拟完整的三维结构；该模型的预测与详尽的电磁仿真一致，为设计者提供了直观的手段来理解各个特征——腔体、DGS开槽和CPW馈入——如何共同形成最终响应。

在高温下保持稳定

由于车载电子必须在炎热的发动机舱和寒冷的清晨环境中生存，滤波器的温度稳定性至关重要。团队在仿真和实测中将设计暴露于25 °C到105 °C的温度范围。随着金属和基板的轻微膨胀，滤波器的中心频率仅向下漂移约30 MHz——约为其450 MHz有用带宽的八分之一——而信号损耗和反射几乎保持不变。在实验室中，用高频网络分析仪测量的实物原型证实了这些预测：滤波器在24 GHz附近居中，通带内损耗约为1.6–2.0 dB，并在宽频带范围内对不需要的信号实现了30–40 dB的抑制。

对未来驾驶辅助的意义

对于非专业读者，结论是作者设计出了一种小巧、高效且稳健的24 GHz汽车雷达专用“频率闸门”。通过精心塑造无线能量在单层电路中的流动，他们在不牺牲尺寸或耐热性的前提下，比许多可比设计获得了更清晰的目标回波与噪声区分。这类滤波器能帮助雷达传感器更清晰、稳定地“看见”，从而支持下一代车辆中的自动制动、车道保持和碰撞规避等更安全的功能。

引用: Abada, A.M., El-Hameed, A.S.A., Eldamak, A.R. et al. A high-selectivity 24-GHz SIW–DGS–CPW bandpass filter with wide stopband rejection for automotive radar and ADAS. Sci Rep 16, 9810 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41312-w

关键词: 汽车雷达, 高级驾驶辅助系统, 24 GHz 带通滤波器, 基底集成波导, 缺陷地结构