Документация

Разработайте параметры

Настройте центральную частоту и диапазон частот. Скорость света принята, чтобы быть тем из вакуума.

fc = 77e9;
fmin = 73e9;
fmax = 80e9;
vp = physconst('lightspeed');
lambda = vp/fc;

Создайте 2 X 4 массива

Гипотетический шаблон элемента

Антенная решетка FMCW предназначается для прямой радиолокационной системы, разработанной, чтобы искать и предотвратить столкновение. Поэтому начните с гипотетического элемента антенны, который имеет значительное покрытие шаблона в одном полушарии. Элемент антенны косинуса был бы соответствующим выбором.

cosineElement = phased.CosineAntennaElement;
cosineElement.FrequencyRange = [fmin fmax];
cosinePattern = figure;
pattern(cosineElement,fc)

Идеальный шаблон массивов

Сам массив должен быть смонтирован на или вокруг переднего бампера. Конфигурация массивов, которую мы исследуем, подобна упомянутому в [1], т.е. 2 X 4 прямоугольных массива.

Nrow = 2;
Ncol = 4;
fmcwCosineArray = phased.URA;
fmcwCosineArray.Element = cosineElement;
fmcwCosineArray.Size = [Nrow Ncol];
fmcwCosineArray.ElementSpacing = [0.5*lambda 0.5*lambda];
cosineArrayPattern = figure;
pattern(fmcwCosineArray,fc);

Разработайте реалистическую антенну закрашенной фигуры

Antenna Toolbox™ имеет несколько элементов антенны, которые могли предоставить полусферическую страховую защиту. Выберите элемент антенны закрашенной фигуры и разработайте его на частоте интереса. Длина закрашенной фигуры является приблизительно полудлиной волны на уровне 77 ГГц, и ширина является 1.5 раза длиной для улучшения пропускной способности.

patchElement = design(patchMicrostrip, fc);

Поскольку геометрии антенны закрашенной фигуры по умолчанию в библиотеке Antenna Toolbox направили ее максимальное излучение к зениту, вращайте антенну закрашенной фигуры 90 градусами об оси Y так, чтобы максимум теперь произошел бы вдоль оси X. Это - также направление опорного направления для массивов в Phased Array System Toolbox.

patchElement.Tilt = 90;
patchElement.TiltAxis = [0 1 0];
figure
show(patchElement)
axis tight
view(140,20)

Изолированная антенна закрашенной фигуры 3D шаблон и резонанс

3D шаблон направленности

Постройте шаблон антенны закрашенной фигуры на уровне 77 ГГц. Закрашенная фигура является средней антенной усиления с пиковой направленностью вокруг 6 - 9 dBi.

pattern(patchElement,fc)

Резонанс

Закрашенная фигура исходит в правильном режиме с максимумом шаблона в азимуте = повышение = 0 градусов. Поскольку начальные размерности являются приближением, проверяют поведение входного импеданса.

Numfreqs = 21;
freqsweep = unique([linspace(fmin,fmax,Numfreqs) fc]);
impedance(patchElement,freqsweep);

Установите пропускную способность

Постройте отражательный коэффициент закрашенной фигуры, чтобы подтвердить хорошую подобранность импедансов. Это типично, чтобы рассмотреть значение $$S_{\mathrm{}11}=-\mathrm{}10dB$$ как пороговое значение для определения пропускной способности антенны.

s = sparameters(patchElement,freqsweep);
figure
rfplot(s,'m-.')
hold on
line(freqsweep,ones(1,numel(freqsweep))*-10,'LineWidth',1.5)
hold off

Глубокий минимум на уровне 77 ГГц указывает на хорошее соответствие к 50. Пропускная способность антенны немного больше, чем 1 ГГц. Таким образом диапазон частот от 76,5 ГГц до 77,5 ГГц.

Подтвердите шаблон на частотах центра и угла

Подтвердите, что шаблон на углу частоты полосы остается почти то же самое. Графики шаблона на уровне 76,5 ГГц и 77,6 ГГц показывают ниже.

Это - хорошая практика, чтобы проверять поведение шаблона по диапазону частот интереса в целом.

Создайте массив из изолированных теплоотводов и постройте шаблон

Создайте универсальный прямоугольный массив (URA), но на этот раз используйте изолированную антенну закрашенной фигуры в качестве отдельного элемента. Мы выбираем интервал $$\lambda /2$$ на верхней частоте полосы т.е. 77,6 ГГц.

fc2 = 77.6e9;
lambda_fc2 = vp/77.6e9;
fmcwPatchArray = phased.URA;
fmcwPatchArray.Element = patchElement;
fmcwPatchArray.Size = [Nrow Ncol];
fmcwPatchArray.ElementSpacing = [0.5*lambda_fc2 0.5*lambda_fc2];

Постройте шаблон для антенной решетки закрашенной фигуры, так созданной. Задайте 5 разделений степени в азимуте и повышение, чтобы построить 3D шаблон.

az = -180:5:180;
el = -90:5:90;
patchArrayPattern = figure;
pattern(fmcwPatchArray,fc,az,el);

Постройте изменение шаблона в двух ортогональных плоскостях

Сравните изменение шаблона в 2 ортогональных плоскостях для антенной решетки закрашенной фигуры и массива элемента косинуса. Оба массива игнорируют взаимную связь.

[Dcosine_az_zero,~,eln] = pattern(fmcwCosineArray,fc,0,el);
[Dcosine_el_zero,azn] =  pattern(fmcwCosineArray,fc,az,0);
[Dpatch_az_zero,~,elp] = pattern(fmcwPatchArray,fc,0,el);
[Dpatch_el_zero,azp] =  pattern(fmcwPatchArray,fc,az,0);

elPattern = figure;
plot(eln,Dcosine_az_zero,eln,Dpatch_az_zero,'LineWidth',1.5)
axis([min(eln) max(eln) -40 17])
grid on
xlabel('Elevation (deg.)')
ylabel('Directivity (dBi)')
title('Array Directivity Variation-Azimuth = 0 deg.')
legend('Cosine element','Patch Antenna','Location','best')

azPattern = figure;
plot(azn,Dcosine_el_zero,azn,Dpatch_el_zero,'LineWidth',1.5)
axis([min(azn) max(azn) -40 17])
grid on
xlabel('Azimuth (deg.)')
ylabel('Directivity (dBi)')
title('Array Directivity Variation-Elevation  = 0 deg.')
legend('Cosine element','Patch Antenna','Location','best')

Обсуждение

Массив элемента косинуса и массив, созданный из изолированных антенн закрашенной фигуры, обоих без взаимной связи, имеют подобное поведение шаблона вокруг основного луча в плоскости повышения (азимут = 0 градусов). Массив элемента закрашенной фигуры имеет значительный backlobe по сравнению с массивом элемента косинуса. Используя изолированную закрашенную фигуру элемент является полезным первым шагом в понимании эффекта, который реалистический элемент антенны имел бы на шаблон массивов. Однако в реалистическом анализе массивов, взаимная связь должна быть рассмотрена. Поскольку это - небольшой массив (8 элементов в 2 X 4 настройки), шаблоны отдельного элемента в среде массивов могли быть значительно искажены. В результате не возможно заменить изолированный шаблон элемента на встроенный шаблон элемента. Двухполупериодный анализ должен быть выполнен, чтобы понять эффект взаимной связи на полной производительности массива.

Ссылка

[1] Онлайн: http://www.empire.de/main/Empire/pdf/publications/2005/26-doc-empc2005.pdf