Особенности конструкции антенных решеток автомобильных радаров, построенных на основе передающих и приемных многоэлементных модулей

Введение. В современных автомобилях в качестве основных сенсоров систем помощи водителю, обнаруживающих объекты при любых погодных условиях, применяют радары. Одним из самых распространенных типов антенн является антенная решетка (АР). Коэффициент взаимной связи между соседними каналами АР оказывает значительное влияние на формируемую диаграмму направленности (ДН). Данный аспект важно учитывать для достижения заданных значений коэффициента усиления и уровня боковых лепестков (УБЛ) ДН. В статье проанализировано влияние предлагаемых конструктивных решений на основные параметры спроектированной АР автомобильного радара, в частности на уровень коэффициента взаимной связи между каналами, УБЛ ДН.
Цель работы. Реализация оптимального подхода к построению топологии АР с точки зрения уменьшения уровня взаимного влияния соседних каналов решетки и получения ДН антенны с заданными характеристиками.
Методы и материалы. Для достижения требуемых параметров разработанной топологии АР методом конечных элементов (finite element method – FEM) рассчитаны и спроектированы копланарные и микрополосковые линии и модели экранов.
Результаты. Проведено электродинамическое моделирование АР миллиметрового диапазона. Показано влияние на ДН АР копланарных линий передачи. Исследованы особенности применения экранирующих элементов в структуре АР. В результате сравнительного анализа материалов определены параметры подложки для достижения лучшего уровня развязки между соседними каналами антенны.
Заключение. Применение копланарных линий передачи позволяет значительно уменьшить УБЛ ДН в угломестной плоскости. В случае использования делителей мощности при формировании модулей АР (подрешеток) вместо копланарных линий целесообразно использование микрополосковых конструкций, закрытых специальными экранирующими поверхностями. В этом случае возможно формирование заданного амплитудно-фазового распределения по апертуре.

1. Radar Subsystems of Autonomous Mobile Robotic Systems for studying Tsunami in the Coastal Zone / P. O. Beresnev, A. A. Kurkin, A. A. Kuzin, A. V. Myakinkov, E. N. Pelinovsky, A. G. Ryndyk, S. A. Shabalin // Science of Tsunami Hazards. 2020. Vol. 39, iss. 3. P. 137-155.

2. Pirkani A. A., Pooni S., Cherniakov M. Implementation of MIMO beamforming on OTS FMCW Automotive Radar // Proc. Intern. Radar Symp. Ulm, Germany, 26-28 June, 2019. doi: 10.23919/IRS.2019.8768103

3. Zwanetski A., Kronauge M., Rohling H. Waveform Design for FMCW MIMO Radar based on Frequency Division // 14 th Intern. Radar Symp. (IRS). Dresden, Germany, 19–21 June, 2013. Piscataway: IEEE, 2013. Vol. 1. P. 89–94.

4. Bogdan T., Dorina I. Simulation of Automotive MIMO Radar // 14 th Intern. Symp. of Electronics and Telecommunications. Conf. Timisoara, Romania, 5–6 Nov. 2020. Piscataway: IEEE, 2020. doi: 10.1109/ISETC50328.2020.9301103

5. Development of the Automotive Radar for the Systems of Adaptive Cruise Control and Automatic Emergency Breaking / V. N. Burov, A. A. Kuzin, A. V. Myakinkov, A. D. Pluzhnikov, A. G. Ryndyk, R. S. Fadeev, S. A. Shabalin, P. S. Rogov // Proc. of 2019 Intern. Conf. on Engineering and Telecommunication (EnT). 20–21 Nov. 2019, Dolgoprudny, Russia. Piscataway: IEEE, 2019. doi: 10.1109/EnT47717.2019.9030600

6. Банков С. Е., Курушин А. А. Электродинамика и техника СВЧ для пользователей САПР. М.: Солон-пресс, 2017. 316 с.

7. Balanis C. A. Antenna Theory. Analysis and Design. 4 th ed. Hoboken: John Wiley and Sons, Inc., 2016. 1072 p.

8. Mailloux R. J. Phased Array Antenna Handbook. 3d ed. Boston: Arthech House, Inc., 2018. 506 p.

9. Shabalin S. A., Myakinkov A. V., Kuzin A. A. Phased Array Antenna of Millimeter Range for Automotive Radar // Proc. of the 2019 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. Saint Petersburg, Russia, 28–31 Jan., 2019. Piscataway: IEEE, 2019. doi: 10.1109/EIConRus.2019.8657164

10. Chen Z., Otto S. A Taper Optimization for Pattern Synthesis of Microstrip Series-fed Patch Array Antennas // Europ. Wireless Technology Conf. Rome, Italy, 28–29 Sept., 2009. Piscataway: IEEE, 2009. P. 160–163.

11. Jian B., Yuan J., Liu Q. Procedure to Design a Seriesfed Microstrip Patch Antenna Array for 77 GHz Automotive Radar // Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conf. Taiyuan, China, 18–21 July 2019. Piscataway: IEEE, 2019. 2 p. doi: 10.1109/CSQRWC.2019.8799356

12. Pozar D. M. Microwave Engineering. 4 th ed. Hoboken: John Wiley and Sons, Inc., 2011. 736 p.

13. Rida A., Tentzeris M., Nikolaou S. Design of Low Cost Microstrip Antenna Arrays for mm-Wave Applications // IEEE Intern. Symp. on Anten. and Prop. Spokane, USA, 3–8 July, 2011. Piscataway: IEEE, 2011. P. 2071–2073. doi: 10.1109/APS.2011.5996916

14. A High-gain Circularly-polarized Patch Antenna Design using an Advanced Shielding Technique / S. P. Sun, C.-N. Chiu, Y.-C. Chuang, T.-C. Lin, H.-C. Hsieh // IEEE Intern. Symp. on Electromagnetic Compatibility and IEEE Asia-Pacific Symp. on Electromagnetic Compatibility. Suntec City, Singapore, 14–18 May, 2018. Piscataway: IEEE, 2018. P. 10671070. doi: 10.1109/ISEMC.2018.8393950

15. Jang T. H., Kim H. Y., Park C. S. A 60 GHz Selfshielded Yagi Antenna with Pyramidal Horn // Intern. Symp. on Anten. and Prop. Okinawa, Japan, 24–28 Oct., 2016. P. 786–787.