路侧雷达应用于高速公路场景,对路上行驶的高动态车辆进行全面探测,路侧雷达要保障高速公路行驶车辆在全天候全天时条件下的精准捕捉和跟踪,实时捕捉出现的异常事件信息,路侧雷达往往要具备:作用距离远,角度分辨率高,测角精度高等高要求。
基于路侧雷达以上高要求,路侧雷达采用何种天线才是最适合的呢?目前路侧雷达有三种天线形式,一种是采用喇叭天线形式,第二种是采用微带天线形式,第三种是采用波导天线形式。三种天线的技术实现手段不同,利用三种天线设计雷达所得到的目标检测实时性、角度精度、雷达作用距离等均不同。
采用喇叭天线形式,天线波束角度宽,损耗小,故天线效率高,为适应高速公路应用场景,喇叭天线要通过缩小波束宽度,一般采用增加透镜面来提高角度分辨率,另外还需配备持续转动的云台实现目标角度测量,雷达跟踪目标的实时性较差。
采用微带天线形式,天线阵子做在电路板上,天线波束角度宽,损耗很大,故天线效率低。为适应高速公路应用,微带天线往往采用虚拟孔径技术提高角度分辨率,但受高频电路板制造工艺、加工精度等限制,综合考虑微带天线的收发天线数量、主瓣副瓣比、增益、栅瓣等设计指标,微带天线的实孔径尺寸通常较小,故微带天线的角度分辨率较低,一般在2度以上,而采用微带天线开发出的路侧雷达的稳定最大作用距离(目标RCS@10m2)也大概做到接近500m。
采用波导天线形式,天线采用无数微小的裂缝式辐射孔,天线波束角度小,损耗小,故天线效率很高。波导天线与喇叭天线的效率相当,但两者的效率均远高于微带天线形式。波导天线波束角度小,其角度分辨率高,可达到小于1度的角度分辨率,能实现高精度测角。同时由于天线效率高,路侧雷达输出相同的有源发射功率,则波导天线形式路侧雷达的作用距离远大于微带天线形式的路侧雷达,测角精度也高于微带天线形式的路侧雷达。当前,波导天线路侧雷达面临的主要难点是天线加工困难,成本偏高,但只要突破了天线加工关键技术,波导天线形式路侧雷达就可以大量应用于高速公路应用场景。
针对高速公路对路侧雷达的高要求,综合比较以上三种天线形式,我们认为只有波导天线形式路侧雷达才是最适合高速公路应用场景的,才能真正解决高速公路面临的一些突发事件不能实时捕捉的痛点。
下列对比表可供参考。
三种天线形式的路侧雷达技术对比表
波导天线 | 喇叭天线 | 微带天线 | |
天线结构 | 微小裂缝式辐射孔 | 喇叭形金属结构,需配透镜和云台 | 电路板上的天线阵子 |
波束角度 | 小 | 宽 | 宽 |
损耗 | 小 | 小 | 大 |
天线效率 | 高 | 高 | 低 |
角度分辨率 | 高(<1°) | 中等(需增加透镜提高) | 低(≥2°) |
测角精度 | 高 | 较低(依赖云台转动精度,实时性差) | 低 |
作用距离 | 在相同有源发射功率下,感应距离远大于微带天线 | 感应距离远大于微带天线 | 稳定最大感应距离(目标 RCS@10m²)接近 500m |
主要优势 | 波束角度小、角度分辨率和测角精度高、感应距离远、效率高、产品功耗低 | 感应距离远、损耗小、效率高 | 结构相对简单,基于电路板设计,成本低 |
主要不足 | 加工难度大、成本偏高 | 需配备转动云台,产品功耗大、目标跟踪实时性差 | 损耗大、效率低、角度分辨率较低、产品功耗大、感应距离近 |
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