本期將介紹一款上市十年左右的雷達—大陸ARS4-B，盡管設計之初使用Tx和Rx相分離的方案，集成度遠不如現(xiàn)在，但能同時實現(xiàn)中遠距離同時探測的設計思路一直沿用至今，而且量產之初就用在Tesla Model3和奔馳E級車。后面將介紹一些基本性能，然后對天線做性能仿真。
圖1：雷達外觀及天線板
主要工作頻率為76-77GHz，2T3R實現(xiàn)6通道，帶有數(shù)字波束賦形功能。其中短距離模式下最遠探測距離為55m，F(xiàn)oV角度±45°。對于中遠距離探測，±9°FoV的探測距離最遠120m，±4°最遠覆蓋距離為177m。
圖2：雷達探測距離分類
在雷達可視范圍內[敏感詞]支持64個目標探測，通過檢測和評估其視野內的所有目標，雷達傳感器能夠分析當前收集的數(shù)據(jù)并預估車輛未來的行駛路徑；
圖3：雷達的波束角度
自適應巡航控制：傳感器檢測其視場內的目標并將目標消息輸出傳輸?shù)阶赃m應巡航控制系統(tǒng)（駕駛員輔助系統(tǒng)）。整個流程如下：A：雷達發(fā)送包含在視場內檢測到的所有目標的列表。B：包含到檢測到的目標的距離的消息。C：如果與前方車輛的距離低于閾值距離，則會向自適應巡航控制系統(tǒng)發(fā)送制動請求消息。
緊急制動輔助：一旦雷達傳感器在其視場內檢測到物體，它就會向緊急制動輔助系統(tǒng)發(fā)送特定的消息輸出請求。流程如下：A：當與一個或多個檢測到的目標的距離低于視場內的預定閾值時，將發(fā)送一條距離警告消息。B：如果到一個或多個物體的距離低于第二閾值，則發(fā)送減速請求消息。C：收到這些消息請求后，制動系統(tǒng)開始減速以避免與檢測到的物體發(fā)生碰撞。傳感器提供必要的減速信息，以確保當物體低于第二閾值時避免碰撞。
Continental ARS 4-B 雷達采用串聯(lián)饋電微帶貼片天線，兩個發(fā)射天線(TX) 和三個接收天線 (RX) ，介質基板厚度100μm。傳導功率，即 RF系統(tǒng)提供給天線的射頻功率，小于 10 dBm (10mW)。為了提高天線的帶寬，基板的厚度保持在100微米。此外，在PCB頂部印刷電阻片，并使用帶有通孔柵欄的金屬平面來抑制表面波。當施加交變電場時會發(fā)生介電損耗，導致材料分子經歷重復的極化循環(huán)并耗散熱能。天線中的不同類型的損耗包括介電損耗、導體損耗和表面損耗，可以通過在制造過程中為介質板和導體選擇合適的材料來減少這些損耗。附圖描述了 PCB 上的天線布局及芯片信息。包括反射抑制六邊形缺陷接地結構和整體接地模式。
RX1和 RX2 天線由一個 梳狀線陣列組成，間距 2.12 mm。另一方面，RX3 天線是一個小型二維陣列，由兩個分開 2.12 mm的獨立線性 RX陣列組成。在 y （俯仰）方向上，RX3 陣列與RX1 和 RX2天線相距 3.92 mm，而在 x（方位）方向上，它與RX1 和 RX2天線之間的中點相距12.73 mm。TX 天線分為兩組，每組包含七個相同的TX 線陣列，間隔 2.12 mm， 并帶有功分器饋電網(wǎng)絡。兩個發(fā)射天線間距約7倍波長。
介質基材厚度0.1mm，寬45mm，長66mm，結構中包含2個發(fā)射天線和3個接收天線。發(fā)射天線間距27.45mm，RX2和Rx3相距12.73mm，Rx1和Rx2距離2.12mm。仿真結果來看，單個天線的能量集中分布在76-77GHz內，端口匹配良好。
發(fā)射天線1和2性能一致，3dB方位波束寬度±9°，實現(xiàn)中距離探測，在±45°處的峰值增益在5dBi左右，實現(xiàn)短距離探測。同時Tx1和Tx2同時工作時，在±4°的波束實現(xiàn)最遠距離177m探測；
Rx1和Rx3的差異體現(xiàn)在方位面角度以及增益強度，Rx1峰值增益12dBi，3dB俯仰/方位波束寬度分別為18°和90°；Rx3峰值增益14.5dBi，3dB俯仰/方位波束寬度分別為18°和60°。
電磁帶隙結構是一種新型人工電磁材料，其具有獨特的同相反射相位特性以及表面波帶隙特性，通過設計其表面波帶隙，可以在一定的頻率范圍內抑制表面波的傳播，由于表面波是造成陣列天線間互耦的主要因素之一，因此可利用EBG 結構達到抑制天線間互耦的效果，相比于缺陷地結構，電磁帶隙結構不用破壞地平面，因此在抑制互耦的同時不會造成增益的降低。
因為介質板的介電常數(shù)和厚度能夠影響到天線在介質層上的表面波，而且表面波隨著介質板介電常數(shù)和厚度的增加會越來越嚴重，但是微帶線的厚度影響著天線的帶寬，介質板的介電常數(shù)可以調節(jié)天線的中心頻率，為了權衡設計陣列天線時陣元之間表面波與天線整體之間的性能，就需要合理的設計天線的參數(shù)和介質板的參數(shù)，使之達到最優(yōu)的匹配。有些情況下必須舍掉陣元之間的表面波來得到天線本身的性能，此時就需要對表面波進行特殊的處理，使得天線間的耦合達到天線可用的標準，這些方法中包括了EBG 結構。
Continental ARS 4-B雷達在貼片天線周圍配備六邊形缺陷結構和過孔以最小化反射這些結構被合并以增強天線與傳輸線或饋電網(wǎng)絡之間的阻抗匹配，從而減少反射。此外，六邊形結構影響 工作帶寬，有效降低基板的介電常數(shù)。六邊形缺陷接地結構在分配接地平面中的電流以及調節(jié)基板中無線電波的輸入阻抗和激發(fā)方面起著至關重要的作用。確保了更均勻的電流分布并導致更好的輻射特性。
附圖2：接口信息及尺寸
以上為Continental ARS 4-B雷達天線的基本仿真分析，不當之處請指正。感謝先進結構公司（India）工程師提供的部分雷達圖片以及FCC測試報告。
1.于有海，基于電磁帶隙結構的可穿戴天線設計. 重慶: 重慶郵電大學,2020.
2.焦天其，EBG（電磁帶隙）在陣列天線降耦合中的應用及研究. 哈爾濱工程大學，2018.
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