天线阵列设计

FMCW天线阵列旨在用于前向雷达系统，旨在寻找和防止碰撞。Therefore, A cosine antenna pattern is an appropriate choice for the initial design since it does not radiate any energy backwards.假设雷达系统以77 GHz为77 GHz，带宽为700 MHz。

FC = 77E9;FMIN = 73E9;fmax = 80e9;vp = physconst（'LightSpeed'）;lambda = vp / fc;cosinantenna =阶段.CosineantenneLement;cosinantenna.frequencyRange = [Fmin Fmax];模式（Cosineantenna，FC）

阵列本身需要安装在前保险杠上或周围。我们调查的阵列配置是2×4矩形数组，类似于[1]中提到的内容。这种设计沿方位角方向具有更大的孔径，从而提供更好的方位角分辨率。

nrow = 2;ncol = 4;fmcwcosinearray = phased.ura;fmcwcosinearray.element = cosineantenna;fmcwcosinearray.size = [nrow ncol];fmcwcosinearray.elemenspacing = [0.5 * lambda 0.5 * lambda];图案（FMCWCOSineARRAY，FC）

设计现实贴片天线

天线工具箱具有多个天线元件，可以提供半球形覆盖并类似于余弦形状的图案。选择具有典型散热器尺寸的贴片天线元件。贴片长度为77GHz的半波长，宽度为改善带宽的长度为1.5倍。地面飞机是在每一侧和从贴片长度方向偏移的进料大约是长度的四分之一。

PatchElement = Design（PatchmicroStrip，Fc）;

因为默认贴片天线几何形状具有其最大辐射针对天顶，所以围绕y轴围绕y轴旋转90度的贴片天线，以便现在沿x轴发生最大值。

pationelement.tilt = 90;patmenlement.tilTaxis = [0 1 0];

被隔绝的补丁天线3d样式和共鸣

绘制77 GHz的贴片天线的图案。贴片是介质增益天线，峰值方向性为6-9 dBi。

myfigure = gcf;myfigure.color =.'W';图案（PationElement，Fc）

贴片在正确的模式下辐射，在0度方位角和0度高度的图案最大值。由于初始尺寸是近似的，因此验证天线的输入阻抗行为非常重要。

numfreqs = 21;freqsweep =唯一（[Linspace（Fmin，Fmax，Numfreqs）FC];阻抗（PalmeLement，Freqsweep）;

根据该图，贴片天线在74GHz处具有其第一谐振（并联谐振）。通过缩放修补程序的长度，是一种常见的做法，将这种共振转移到77 GHz。

ACT_RESONANCE = 74E9;lambda_act = vp / act_resonance;scale = lambda / lambda_act;patmenElement.length = scale * parmeneLement.length;

接下来是检查贴片天线的反射系数，以确认良好的阻抗匹配。考虑该价值是典型的作为确定天线带宽的阈值。

s =施溅物（PatcheLement，Freqsweep）;RFPLOT（s，'m-。'） 抓住在线（Freqsweep / 1E9，ONE（1，NUMER（FREQSWEEP））*  -  10，'行宽'，1.5）持有离开

77 GHz的深度最小值表示良好的匹配50.天线带宽略高于1 GHz。因此，频段为76.5 GHz至77.5 GHz。

最后，检查频段边缘频率的图案是否会满足设计。这是一个很好的指示，模式是否在频段上表现相同。76.5 GHz和77.6 GHz的图案如下所示。

模式（PatchElement，76.5e9）

模式（PatchElement，77.6E9）

通常，在兴趣频带上检查模式行为是一种很好的做法。

从孤立的散热器和绘图模式创建数组

接下来，使用贴片天线创建均匀的矩形阵列（URA）。选择间隔， 在哪里是波段的上频率的波长（77.6 GHz）。

FC2 = 77.6E9;lambda_fc2 = vp / 77.6e9;fmcwpatcharray = phased.ura;fmcwpatcharray.element = parmeneLement;fmcwpatcharray.size = [nrow ncol];fmcwpatcharray.elemenspacing = [0.5 * lambda_fc2 0.5 * lambda_fc2];

下图显示了所得贴片天线阵列的模式。在方位角和高度中使用5度分离来计算模式。

AZ = -180：5：180;el = -90：5：90;CLF模式（FMCWPatcharray，FC，AZ，EL）

下面的图比较了贴片天线阵列和余弦元件阵列的2个正交平面中的图案变化。请注意，两个阵列都忽略了相互耦合效果。

首先，沿方位角绘制图案。

Picturingazimuth（FMCWPatcharray，FC）保持在Patternazimuth（FMCWCOSineARRAY，FC）P = PararPattern（'GCO'）;p.legendlabels = {'修补'那'余弦'};

然后，沿着仰角方向绘制图案。

CLF图案图（FMCWPatcharray，FC）持有在图案形态（FMCWCOSineARRAY，FC）P = PararPattern（'GCO'）;p.legendlabels = {'修补'那'余弦'};

附图表明，两个阵列在仰角（azimuth = 0°）中的主光束周围具有类似的模式行为。与余弦元件阵列相比，补丁元件阵列具有重要的反板。

结论

此示例开始设计用于FMCW雷达的天线阵列，具有理想的余弦天线，然后使用贴片天线来形成真实阵列。该示例将来自两个阵列的模式进行了比较以显示设计权衡。从比较中，可以看出，使用隔离的贴片元素是了解现实天线元件对阵列模式的效果的有用的第一步。

但是，现实阵列的分析还必须考虑相互耦合效果。由于这是一个小阵列（2x4配置中的8个元素），因此阵列环境中的各个元素模式可能会显着扭曲。因此，不可能用嵌入的元素图案替换隔离的元素图案，如图所示使用嵌入元素图案建模大阵列中的相互耦合例子。必须执行全波分析以了解相互耦合对整体阵列性能的影响。

参考

[1] R.Kulke等人。24 GHz雷达传感器集成了贴片天线，EMPC 2005http://empire.de/main/empire/pdf/publications/2005/26-doc-empc2005.pdf.