FMCW雷达贴片天线阵
此示例显示如何为调频连续波（FMCW）的77 GHz 2x4天线阵列建模雷达应用。随着无线碰撞检测、防撞和车道偏离警告系统的引入，车辆内部和周围的天线和天线阵列已变得司空见惯。这类系统考虑的两个频带分别集中在24 GHz和77 GHz左右。在本例中，我们将研究微带贴片天线作为相控阵辐射器。介质基片为空气。
此示例需要天线工具箱™.
天线阵设计
FMCW天线阵列用于前向雷达系统，设计用于寻找和防止碰撞。因此，余弦天线方向图是初始设计的适当选择，因为它不会向后辐射任何能量。假设雷达系统在77 GHz和700 MHz带宽下工作。
fc=77e9；fmin=73e9；fmax=80e9；vp=物理常数(“光速”); lambda=vp/fc；余弦天线=相位。余弦天线元件；cosineantenna.FrequencyRange=[fmin-fmax]；图案（余弦天线，fc）
阵列本身需要安装在前保险杠上或其周围。我们研究的阵列配置是一个2 X 4的矩形阵列，类似于[1]中提到的阵列。这种设计沿方位方向具有更大的孔径，从而提供更好的方位分辨率。
Nrow=2；Ncol=4；fmcwCosineArray=phased.URA；fmcwCosineArray.Element=cosineatenna；fmcwCosineArray.Size=[Nrow Ncol]；fmcwCosineArray.Element间距=[0.5*λ0.5*λ]；图案（fmcwCosineArray，fc）
设计逼真的贴片天线
“天线工具箱”有多个天线单元，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单元。贴片长度约为77 GHz波长的一半，宽度为长度的1.5倍，以提高带宽。地平面为
在每个边上，在面片长度方向上从中心的进给偏移约为长度的四分之一。
patchElement=patchMicrostrip；patchElement.Length=0.49*lambda；patchElement.Width=1.5*patchElement.Length；patchElement.GroundPlaneLength=lambda；patchElement.GroundPlaneWidth=lambda；patchElement.Height=0.01*lambda；patchElement.FeedOffset=[patchElement.Length/4 0]；
由于默认的贴片天线几何体将其最大辐射指向天顶，请将贴片天线绕y轴旋转90度，以便最大辐射现在沿x轴出现。
patchElement.Tilt=90；patchElement.TiltAxis=[0 1 0]；
隔离贴片天线三维方向图与谐振
绘制77 GHz贴片天线的方向图。贴片天线为中等增益天线，峰值方向性约为6-9 dBi。
myFigure=gcf；myFigure.Color=“w”；图案（补丁元素，fc）
贴片以正确模式辐射，方向图最大值为0度方位角和0度仰角。由于初始尺寸为近似值，因此验证天线的输入阻抗行为非常重要。
Numfreqs=21；freqsweep=unique（[linspace（fmin，fmax，Numfreqs）fc]）；阻抗（patchElement，freqsweep）；
如图所示，贴片天线的第一个谐振（平行谐振）为74 GHz。通常的做法是通过调整贴片的长度将该谐振移到77 GHz。
act_共振=74e9；lambda_act=vp/act_共振；scale=lambda/lambda_act；patchElement.Length=scale*patchElement.Length；
其次是检查贴片天线的反射系数，确定一个良好的阻抗匹配，这是典型的考虑值。
作为确定天线带宽的阈值。
s=参数（patchElement，freqsweep）；rfplot（s，“m-。”)持有在…上行（频率扫描，一行（1，numel（频率扫描））*-10，“线宽”，1.5）保持关
77 GHz的深度最小值表示与50很匹配。天线带宽略大于1 GHz。因此，频带为76.5 GHz至77.5 GHz。
最后，检查频带边缘频率处的图案是否符合设计。这是一个很好的指示，表明图案在整个频带上的表现是否相同。76.5 GHz和77.6 GHz处的图案如下所示。
图案（patchElement，76.5e9）
图案（patchElement，77.6e9）
一般来说，在感兴趣的频带上检查模式行为是一种很好的做法。
从孤立的散热器创建阵列并打印阵列
接下来，使用贴片天线创建均匀矩形阵列（URA）。选择的间距为
哪里是频带较高频率（77.6 GHz）处的波长。
fc2=77.6e9；lambda_fc2=vp/77.6e9；fmcwPatchArray=phased.URA；fmcwPatchArray.Element=patchElement；fmcwPatchArray.Size=[Nrow Ncol]；fmcwPatchArray.Element间距=[0.5*lambda_fc2 0.5*lambda_fc2]；
下图显示了生成的贴片天线阵列的方向图。该方向图是使用方位角和仰角的5度间隔来计算的。
az=-180:5:180；el=-90:5:90；%clf模式（FMCW阵列、fc、az、el）
下图比较了贴片天线阵列和余弦单元阵列在两个正交平面上的方向图变化。请注意，两个阵列都忽略了互耦效应。
首先，沿方位方向绘制图案。
阵列方位角（FMCW阵列，fc）保持在…上模式方位角（fmcwCosineArray，fc）p=极化模式(“gco”); p、 传奇标签={“补丁”,“余弦”};
然后，沿立面方向绘制填充图案。
%clf阵列高度（fmcwPatchArray，fc）保持在…上模式高程（fmcwCosineArray，fc）p=极化模式(“gco”); p、 传奇标签={“补丁”,“余弦”};
图中显示，两种阵列在仰角平面（方位角=0度）内的主波束周围具有相似的方向图行为。与余弦阵列相比，贴片阵列具有显著的后瓣。
结论
本示例开始设计具有理想余弦天线的FMCW雷达天线阵列，然后使用贴片天线形成真实阵列。本示例比较了两个阵列的方向图，以显示设计折衷。从比较中可以看出，使用隔离贴片元素是理解实际阵列的有用的第一步真实天线单元对阵列方向图的影响。
然而，现实阵列的分析也必须考虑互耦效应，因为这是一个小数组（2x4配置中的8个元素）。，阵列环境中的单个元素模式可能会明显失真。因此，无法用嵌入式元素模式替换孤立元素模式，如中所示基于嵌入元模式的大型阵列互耦建模必须进行全波分析，以了解互耦对整体阵列性能的影响。
参考
[1] R.Kulke等。24 GHz雷达传感器集成贴片天线，EMPC 2005http://empire.de/main/Empire/pdf/publications/2005/26-doc-empc2005.pdf
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