Расчетные 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, спроектированной, чтобы искать и предотвратить столкновение. Поэтому начните с гипотетического антенного элемента, который имеет значительное покрытие шаблона в одном полушарии. Антенный элемент косинуса был бы соответствующим выбором.

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

Идеальная диаграмма направленности антенной решетки

Сам массив должен быть смонтирован на или вокруг переднего бампера. Конфигурация массивов, которую мы исследуем, похожа на упомянутый в [1], i.e. 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);

Спроектируйте реалистическую антенну закрашенной фигуры

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

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 = вертикальное изменение = 0 градусов. Поскольку начальные размерности являются приближением, проверяют поведение входного импеданса.

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

Установите полосу пропускания

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

s = sparameters(patchElement,freqsweep);
figure
rfplot(s,'m-.')
hold on
line(freqsweep/1e09,ones(1,numel(freqsweep))*-10,'LineWidth',1.5)
hold off

Глубокий минимум на уровне 77 ГГц указывает на хорошее соответствие к 50. Полоса пропускания антенны немного больше 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 излучателей 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 i.e. 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 вертикальное изменение, чтобы построить 3D шаблон.

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

Постройте изменение шаблона двух ортогональных плоскостей

Сравните изменение шаблона 2 ортогональных плоскостей 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 вертикального изменения (азимут = 0 градусов). Массив элемента закрашенной фигуры имеет значительный задний лепесток по сравнению с массивом элемента косинуса. Используя изолированную закрашенную фигуру элементом является полезный первый шаг в понимании влияния, которое реалистический антенный элемент оказал бы на диаграмму направленности антенной решетки. 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 изучить эффект взаимной связи на полной производительности массива.

Смотрите также

Исправьте антенну на диэлектрической подложке

Эффект взаимной связи на коммуникации MIMO

Ссылка

[1] Kulke, R., С. Холзварт, Дж. Кэсснер, А. Лауэр, М. Риттведжер, П. Ахлиг и П. Вейгэнд. “Радарный Датчик на 24 ГГц интегрирует Модуль Антенны и Фронтэнда Закрашенной фигуры в одной Многоуровневой Подложке LTCC”. (2005).