波导缝隙阵列(三)
前面放了一些基本的理论知识,算是对波导缝隙阵列的入门认知。今天插入微带阵列的分析和仿真,主要作为以后和波导缝隙阵列天线做性能对比。
基于网络公开的信息,以实际产品为例,谈下微带阵列天线的设计。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1685982522315_s3huat.jpg?imageView2/0)
产品外观
探测距离0.3~220m(车辆),行人120m:
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1685982521729_pkg1dn.jpg?imageView2/0)
内部构造
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1685982524625_gzrffj.jpg?imageView2/0)
天线架构
介绍里有4D感知,支持俯仰扫描和测高功能,采用DML超分辨测角+MIMO,水平角度分辨率1.5°。俯仰方向有Tx2和Tx3测角,虽然能力不是很强大,但有总比无要好。Tx1和Tx4用于长距离探测,接收采用稀疏阵列。Tx2+Rx1-Rx4实现中短距探测。对这款天线而言,更多的是需要结合超分辨算法,进行布阵分析。
对天线进行建模分析,仿真的Tx1和Tx4峰值增益在20dBi左右,加上馈线的影响(时间仓促,上图的馈线还有优化空间),仿真增益在19dBi。单Rx天线增益在13dBi左右。
阵列设计基于以下流程:
- 对阵元幅度进行Dolph-Chebychev或者Taylor分布计算,消减旁瓣电平;MATLAB里有专门针对阵元幅度分布的计算公式。上图中的阵元个数为15个,采用25dB旁瓣电平Chebychev振幅分布,则对应的电流比值为:
0.47:0.41:0.55:0.69:0.81:0.91:0.98:1:0.98:0.91::0.810.69:0.55:0.41:0.47,这是Rx2和Rx3单根天线的幅度尺寸分布; - 参数化建模,至于单个阵元对应的尺寸分布就不细说了,分别设置宽度W和长度L,馈线端做好阻抗匹配,并设置间距参数d,在这些参数的协同下,在仿真软件里花点时间进行优化(谐振频率由单个阵元尺寸决定,因此主要考虑W和L,主瓣波束宽度主要由阵元个数和间距d决定)优化仿出来的结果大概是这样:
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1685982522781_puwlnl.jpg?imageView2/0)
- 单个天线做好后再根据方位角度要求确定天线的列数,可以做成均匀分布(旁瓣电平低),也可以做成非均匀分布(旁瓣电平在某些角度会升高,但对应的天线孔径会加大),由雷达FoV决定。
案列2:Bosch 长距离雷达
采用英飞凌单芯片单芯片设计,在 76-77 GHz 频段使用三个发射天线和四个接收天线。其中两根发射天线Tx0和Tx1实现了比接收天线更高的增益,探测距离范围超过200m、水平视场角为120度。 和上面的例子一样,MIMO 天线阵列提高了测角分辨率,并获取水平和垂直角度信息。阵列形式和案例1那款一样,只是增益没那么强,而且发射天线方位面的角度稍微宽点,设计方法是一样的。天线布局及PCB
总结:
- 两款雷达均采用了梳状阵列,增益和旁瓣电平决定波束宽度,振幅分布方式决定了旁瓣电平高低(通常拉低旁瓣电平是以牺牲主瓣波束宽度(增益强度)为代价的,需要结合实际产品应用场景来确定。
- 在车载雷达产品中,使用板载微带天线的增益强度很难超过20dBi,要实现更远的探测距离这是个系统的工程,从天线角度来看,现在国外一些旗舰级雷达都是波导缝隙阵列天线,首先没了介质损耗,增益强度有所提升,另外功率承受能力也增强。
- 波导阵列天线加工成本过高,而且对精度要求也高,不过现在国内加工制造业发展很好,因此只要软硬件件性能跟上,企业有能力承担,我们的雷达行业将会涌现出更多优秀的作品。
- 最后,不清楚这种超分辨算法对天线的要求是怎样的,需要获取天线的哪些参数?所以希望懂这个超分辨算法的朋友可以给我发私信,让我了解一下,若文中涉及到算法层面的信息如有错误,也请指正一下,谢谢。