0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

MIMO雷达天线阵列设计

雷达通信电子战 来源:雷达通信电子战 2023-11-20 10:43 次阅读

一部带有一个发射机和一个接收机的雷达可以根据发射电磁波的往返时间来测量目标的距离,但不能测量目标的角度。一个简单的获取角度信息的方法是使用具有窄波束的天线进行机械旋转。但为了实现窄波束,需要一个大的天线,旋转大天线需要很大的空间,并且无法同时成像整个视场。

除了旋转单个天线,还可以采用相控阵雷达,利用多个天线形成雷达图像,无需物理旋转。MIMO雷达则是带有多个发射和接收天线的相控阵雷达。使用的天线越多,雷达的角度分辨率就越好。

MIMO雷达天线阵列设计基础

要知道目标的角度需要多个天线,这些天线位于略微不同的位置,因此在不同的时间接收信号。根据雷达回波到达每个天线的时间差,可以解出目标的角度。根据实际情况,与其使用需要极好时间分辨率的绝对时间差,不如使用接收到的信号的相位。

91ef5c16-8744-11ee-939d-92fbcf53809c.png

假设目标非常远,每个天线到目标的角度可以假定为相同,那么雷达波形到每个天线的距离如图1所示意。为了简化,另外假设天线阵元到目标的距离差小于雷达的距离分辨率。

雷达波形所经历的距离是从TX天线到目标的距离加上从目标返回到RX天线的距离:

9200d3b0-8744-11ee-939d-92fbcf53809c.png

由于多个接收天线与发射机之间的距离不同,雷达波形的行走距离稍有不同,这便可以用来求解目标的角度。

在RX天线处接收到的来自一个目标的信号形式为:

920b0fec-8744-11ee-939d-92fbcf53809c.png

A是接收信号的幅度,frx0是在发射天线处接收到的回波。指数项是相移,它取决于到目标的距离r和辐射信号的波长λ=c/f。复数用于使分析在数学上更简单,实际测量的信号是实值的,因此只有表达式的实部会被测量。

对于一个目标,两个接收天线在不同的距离,目标的角度可以通过比较在两个接收天线处接收到的信号的相位差来确定。在距离d和2d的两个天线处接收到的信号的相位差是exp(2πjdsinθ/λ),目标的角度可以从表达式中解出。为了有一个唯一的解,距离d需要小于λ/2,否则由于sin的周期性,可能在两个或更多的角度获得相同的相位。

当有多个目标时,情况会变得复杂。不同目标的反射信号在接收机上求和,只能测量到求和后的信号。对于一个目标,所有天线的信号幅度都是一样的,但对于多个目标,则不是这样。

雷达波形frx0从接收机信号中解调出来后,每个接收机的输出形式是:

921da6ca-8744-11ee-939d-92fbcf53809c.png

匹配滤波是确定每个角度是否有目标的最优线性滤波器。在这种情况下,匹配滤波器是从特定角度的单个目标观察到的信号:

922d5ad4-8744-11ee-939d-92fbcf53809c.png

目标分布可以计算为:

923ba940-8744-11ee-939d-92fbcf53809c.png

设置frx,n=1,可以得到零角度的单个目标的目标响应。

9242d92c-8744-11ee-939d-92fbcf53809c.png

下图显示了具有单个发射机和不同数量接收机的阵列的目标响应。需要很多天线才能得到一个不错的角度分辨率。即使有16个接收机,-3 dB的角度分辨率也只有6度。旁瓣可以通过加权调整。如果没有权重,第一旁瓣位于-13 dB左右。

审核编辑:汤梓红

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 接收机
    +关注

    关注

    8

    文章

    1179

    浏览量

    53406
  • 发射机
    +关注

    关注

    7

    文章

    503

    浏览量

    47980
  • MIMO雷达
    +关注

    关注

    1

    文章

    20

    浏览量

    9503
  • 雷达天线
    +关注

    关注

    1

    文章

    29

    浏览量

    15091
  • 天线阵列
    +关注

    关注

    0

    文章

    24

    浏览量

    7513

原文标题:MIMO雷达天线阵列设计基础(1)

文章出处:【微信号:雷达通信电子战,微信公众号:雷达通信电子战】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    5G 进行天线阵列测试

    5G 进行天线阵列测试
    发表于 09-18 11:06

    5G大规模MIMO天线阵列3D OTA测试

    范围的频率。这种方案的一个缺点是自由空间路径损耗将更大。提供更高天线增益的天线阵列可以补偿自由空间路径损耗。与900MHz 相比,为了在28GHz 频率上保持相同的接收功率,意味着天线增益要增加
    发表于 06-10 07:36

    MIMO雷达简介

    ,从而可以得到M*N个通道的回波数据。可以看出形成的观测通道数(M*N)可以成倍与物理阵元数(M+N),但由于发射的信号为正交信号,则无法像相控阵那样通过波束形成在空间功率合成了,从而发射波束的主瓣增益将降低1/M。天线阵在空间的分布不同就发展出了二种主要的体制:统计MIMO
    发表于 07-01 07:50

    射频仿真系统的天线阵列怎么校准?

    射频仿真系统的子系统-天线阵列及馈电系统,主要用于模拟弹目间的视线角运动,为了保证天线阵列及馈电系统的角位置模拟精度,必须对天线阵列系统进行校准。所谓校准是指为阵列控制计算机所存贮的表
    发表于 08-21 06:57

    怎么测量天线阵列系统的插入损耗和插入相移变化量?

    精度高、自动化程度高、测量速度快、功能强大的测量仪器。射频仿真系统的子系统-天线阵列及馈电系统,主要用于模拟弹目间的视线角运动,为了保 证天线阵列及馈电系统的角位置模拟精度,必须对天线阵列系统进行校准
    发表于 10-23 07:49

    汽车雷达阵列天线设计步骤

    基本单元的辐射场型设计·阵列单元之间相互耦合的评估·天线阵列的辐射场型设计·阵列馈电系统设计·雷达收发系统整合设计·车辆保险杠影响之考量除此之外,
    发表于 06-15 07:00

    大规模天线阵列介绍

    解读5G通信的杀手锏大规模天线阵列
    发表于 01-06 07:11

    如何使用HFSS设计5G天线阵列

      仿真步骤如下:   步骤 1:使用 HFSS 天线工具包查找天线单元模板   为 5G 应用创建天线阵列的第一步是使用 HFSS天线工具包提出
    发表于 05-05 09:58

    超宽带时域天线阵列延时控制扫描实验

    超宽带(UWB)冲激雷达目标探测中时域天线阵列波束延时控制扫描是通过天线阵列单元间精确的延时控制实现的。在介绍UWB时域波束延时控制扫描原理的基础上,研制了用
    发表于 03-05 15:08 30次下载

    P波段瞬态极化雷达收发天线阵列设计解析

    的极化散射矩阵的4个参数,避免了传统的分时极化测量体制固有的测量精度差、补偿校准复杂的缺陷,因而为准确测量运动目标的极化散射矩阵提供了技术保证。 2 收发天线阵列概述 从系统功能的要求出发,天线阵列必须是两套独立的线极
    发表于 11-09 15:58 1次下载
    P波段瞬态极化<b class='flag-5'>雷达</b>收发<b class='flag-5'>天线阵列</b>设计解析

    采用多方向天线阵列技术实现微带阵列天线的设计

    支持空时分复用的无线Mesh 网络采用多方向天线阵列技术,使用多个高增益定向天线进行多方向覆盖,具备通信距离远和天线自动扫描与对准的特性,便于快速部署。但现有的多方向天线阵列的设计从扩
    的头像 发表于 06-29 16:16 5027次阅读
    采用多方向<b class='flag-5'>天线阵列</b>技术实现微带<b class='flag-5'>阵列</b><b class='flag-5'>天线</b>的设计

    后摩尔时代,从有源相控阵天线走向天线阵列微系统

    本文围绕高分辨率对地微波成像雷达天线高效率、低剖面和轻量化的迫切需求 , 分析研究了有源阵列天线的特点、现状、趋势和瓶颈技术 , 针对对集成电路后摩尔时代的发展预测 , 提出了
    的头像 发表于 05-18 17:37 811次阅读
    后摩尔时代,从有源相控阵<b class='flag-5'>天线</b>走向<b class='flag-5'>天线阵列</b>微系统

    MIMO天线阵列的增益计算和仿真步骤

      MIMO天线阵列是一种利用多个天线进行传输和接收的技术,通过将多个天线排列成阵列的形式,从而提高了系统的容量和可靠性。
    发表于 05-19 16:00 6216次阅读

    MIMO天线的设计步骤和和阵列天线的区别

      MIMO天线阵列,是一种开环的MIMO技术,m个发送天线,使用编码重用技术将同样码集的每个码重复使用m次,每个码用来调制不同的数据子流,这样在不增加码资源的基础上提高了原始数据的传
    发表于 05-19 16:19 2605次阅读

    雷达天线系统由哪些构成

    天线阵列(Antenna Array):雷达天线的主要部分是天线阵列,由许多小天线(即单元天线
    的头像 发表于 06-02 17:57 2996次阅读