FMCW雷达贴片天线阵
这个例子展示了如何为频率调制连续波(FMCW)雷达应用建模一个77ghz 2x4天线阵列。随着无线碰撞检测、碰撞避免和车道偏离预警系统的引入，天线和天线阵列在车辆内部和周围的存在已经变得司空见惯。这种系统所考虑的两个频段分别集中在24 GHz和77 GHz。在这个例子中，我们将研究微带贴片天线作为相控阵辐射器。电介质衬底是空气。
这个例子需要天线工具箱™。
天线阵的设计
FMCW天线阵列用于前向雷达系统，旨在寻找和防止碰撞。因此，余弦天线模式是一个合适的选择，因为它不向后辐射任何能量。假设雷达系统工作在77ghz，带宽为700mhz。
fc = 77 e9;fmin = 73 e9;fmax = 80 e9;vp = physconst (“光速”）;λ= vp / fc;cosineantenna = phased.CosineAntennaElement;cosineantenna。频率范围= [fmin fmax];模式(cosineantenna fc)
阵列本身需要安装在前保险杠上或周围。我们研究的阵列结构是一个2x4矩形阵列，类似于[1]中提到的。这种设计沿方位角方向有更大的孔径，从而提供更好的方位角分辨率。
Nrow = 2;Ncol = 4;fmcwCosineArray = phased.URA;fmcwCosineArray。元素= cosineantenna;fmcwCosineArray。大小= [Nrow Ncol];fmcwCosineArray。元素间距= [0.5*lambda 0.5*lambda];模式(fmcwCosineArray fc)
设计逼真的贴片天线
天线工具箱有几个天线元素，可以提供半球形覆盖，类似于余弦形状的模式。选择具有典型散热器尺寸的贴片天线元件。该贴片的长度约为77 GHz的半波长，宽度为长度的1.5倍，以提高带宽。接地面为
在每一边和进料偏移中心在方向上的贴片长度约为长度的四分之一。
patchElement =设计(patchMicrostrip、fc);
因为默认的贴片天线几何形状有它的最大辐射指向天顶，围绕y轴旋转贴片天线90度，这样最大辐射就会发生在x轴上。
patchElement。倾斜= 90;patchElement。TiltAxis = [0 1 0];
隔离贴片天线三维图形和共振
画出贴片天线在77ghz的方向图。该贴片为中等增益天线，峰值方向性在6-9 dBi左右。
myFigure = gcf;myFigure。颜色=' w '；模式(patchElement fc)
补丁以正确的模式辐射，在0度方位角和0度仰角上有一个最大模式。由于初始维数是近似的，因此验证天线的输入阻抗特性是很重要的。
Numfreqs = 21;freqsweep = unique([linspace(fmin,fmax,Numfreqs) fc]);阻抗(patchElement freqsweep);
由图可知，贴片天线在74ghz处发生第一共振(并联共振)。通常的做法是通过缩放补丁的长度将这个共振转移到77ghz。
act_resonance = 74 e9;lambda_act = vp / act_resonance;规模=λ/ lambda_act;patchElement。长度= * patchElement.Length规模;
接下来是检查贴片天线的反射系数，以确定一个良好的阻抗匹配。通常考虑的是值
作为确定天线带宽的阈值。
s = sparameters (patchElement freqsweep);rfplot(年代,“m -”。)举行在线(freqsweep / 1 e9的(1,元素个数(freqsweep)) * -10,“线宽”, 1.5)从
深度最低频率为77 GHz，与50 GHz匹配良好。天线带宽略大于1ghz。因此，频段从76.5 GHz到77.5 GHz。
最后，检查频带边缘频率处的图样是否符合设计。这是一个很好的指示模式是否在整个频带中表现相同。76.5 GHz和77.6 GHz的模式如下所示。
模式(patchElement 76.5 e9)
模式(patchElement 77.6 e9)
通常，在感兴趣的频带上检查模式行为是一种良好的实践。
从隔离散热器和Plot Pattern创建阵列
接下来，用贴片天线创建统一矩形阵列(URA)。间距被选择为
,在那里为该频带的上频率(77.6 GHz)的波长。
fc2 = 77.6 e9;lambda_fc2 = vp / 77.6 e9;fmcwPatchArray = phased.URA;fmcwPatchArray。元素= patchElement;fmcwPatchArray。大小= [Nrow Ncol];fmcwPatchArray。ElementSpacing = [0.5*lambda_fc2 0.5*lambda_fc2];
下图显示了得到的贴片天线阵列的方向图。在方位角和仰角上使用5度分离计算模式。
阿兹= 180:5:180;el = 90:5:90;clf模式(fmcwPatchArray fc, az, el)
下图比较了贴片天线阵列和余弦元阵列在两个正交平面上的方向图变化。注意，两个阵列都忽略了相互耦合效应。
首先，沿着方位角方向绘制图案。
patternAzimuth (fmcwPatchArray fc)在pattern nazimuth (fmcwCosineArray,fc) p = polarpattern(“gco”）;p.LegendLabels = {“补丁”，的余弦}；
然后，沿着高程方向绘制图案。
clf patternElevation (fmcwPatchArray fc)在pattern(fmcwCosineArray,fc) p = polarpattern(“gco”）;p.LegendLabels = {“补丁”，的余弦}；
从图中可以看出，两种阵列在仰角平面(方位= 0°)的主波束周围具有相似的模式行为。与余弦元阵列相比，斑元阵列具有显著的后瓣。
结论
本例先用理想的余弦天线设计FMCW雷达的天线阵，然后用贴片天线构成真实的天线阵。该示例比较了两个数组的模式，以显示设计折衷。从比较中可以看出，使用隔离贴片单元是理解真实天线单元对阵列方向图的影响的有用的第一步。
然而，实际阵列的分析也必须考虑相互耦合效应。由于这是一个小数组(2x4配置中有8个元素)，数组环境中的单个元素模式可能会被严重扭曲。因此，不可能用嵌入的元素模式替换孤立的元素模式，如基于嵌入式元素模式的大阵列互耦合建模的例子。必须进行全波分析以了解互耦对阵列整体性能的影响。
参考
24 GHz雷达传感器集成补丁天线，emc2005http://empire.de/main/Empire/pdf/publications/2005/26-doc-empc2005.pdf
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