E波段毫米波雷達(dá)的功率

今天，我們接著來(lái)說(shuō)E波段毫米波雷達(dá)的功率。在這之前，先來(lái)看一個(gè)汽車(chē)?yán)走_(dá)的有趣應(yīng)用。如下圖所示，被稱之為kick-sensor的一種雷達(dá)傳感器，安裝在汽車(chē)的后備箱下方，在我們不方便用手的情況下，可以使用腳踢的方式打開(kāi)或關(guān)閉后備箱。雷達(dá)通過(guò)天線發(fā)射信號(hào)并接收被反射的信號(hào)，探測(cè)到人體并跟蹤其運(yùn)動(dòng)，從而傳感器就會(huì)向控制單元發(fā)送消息來(lái)打開(kāi)/關(guān)閉行李箱。一般地，控制單元還會(huì)檢查汽車(chē)鑰匙是否在車(chē)尾附近，這樣就可以有效地防止后備箱被無(wú)意中打開(kāi)。

01

E波段毫米波雷達(dá)的發(fā)射功率

我國(guó)，目前規(guī)定使用的是76-79 GHz用于汽車(chē)毫米波雷達(dá)，歐標(biāo)中有76-77 GHz和77-81 GHz兩段。工信部無(wú)【2021】181號(hào)文件中規(guī)定了如下發(fā)射功率限值：

歐標(biāo)中近似頻段，有這樣幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了76-77GHz，和77-81GHz頻率范圍的雷達(dá)設(shè)備技術(shù)要求：

ETSI EN 302 264：77-81 GHz for 短距交通運(yùn)輸雷達(dá)設(shè)備；
ETSI EN 301 091-1：76-77 GHz for 地面車(chē)載雷達(dá)；
ETSI EN 301 091-2：76-77 GHz for 固定基礎(chǔ)設(shè)施雷達(dá)；
ETSI EN 301 091-3：76-77 GHz for 鐵路/道路交叉路口障礙物檢測(cè)系統(tǒng)雷達(dá)；

關(guān)于功率的限值要求，可以歸納如下：

所有76-81GHz頻段的Peak e.i.r.p功率限值均為 55 dBm；
平均功率譜密度：-3dBm/MHz @ 77-81 GHz
平均功率：50 dBm @76-77GHz for non-Pulsed radar；
平均功率：23.5 dBm @76-77GHz for Pulsed radar；

02

平均功率（e.i.r.p.）的計(jì)算

EUT的輻射平均功率（e.i.r.p.），是指在指定的頻率下，提供給天線的平均功率乘以在特定的測(cè)量條件下相對(duì)于各向同性天線的天線增益乘積（或dB相加）。對(duì)于peak e.i.r.p.我們都很容易理解該如何測(cè)量，但平均e.i.r.p.功率究竟如何平均呢？

首先，通用的測(cè)量方法，可以使用平均功率計(jì)直接測(cè)量得出結(jié)果，或者使用峰值功率計(jì)先測(cè)出峰值功率（peak power），再乘以占空比（power duty cycle）：

要求是：測(cè)量平均功率的平均時(shí)間應(yīng)不大于100ms。如果不同的EUT發(fā)射周期會(huì)導(dǎo)致不同的平均功率，那么應(yīng)將最大值作為最終結(jié)果。

其次，如果是針對(duì)恒定方向圖模式的掃描天線，下表是ETSI EN 301 091-1中，對(duì)76-77 GHz汽車(chē)?yán)走_(dá)平均功率的計(jì)算方法定義。

為了搞清楚這張表，還要先來(lái)明確幾個(gè)概念：

illumination time：照射時(shí)間；
Constant pattern：恒定的天線輻射方向圖；
antenna scan duty factor：天線掃描占空比；

illumination time：對(duì)于有掃描天線的設(shè)備，遠(yuǎn)場(chǎng)中某一點(diǎn)處于天線主波束內(nèi)的時(shí)間，用t表示；

Constant pattern：被測(cè)雷達(dá)的天線掃描方式一般可以分為三種，一種叫做Fixed beam（即天線輻射方向圖是恒定的，并且相對(duì)于EUT的外殼，視距方向是固定的）；另外一種就是constant pattern（即天線的輻射方向圖是恒定的，視距方向隨時(shí)間而變化，但視距方向的掃描是以一個(gè)恒定的角度變化率來(lái)進(jìn)行）；還有一種是variable pattern（即所有不固定的模式，要么天線方向圖隨時(shí)間和/或方向而變化，要么掃描不是以恒定的速率進(jìn)行）；

antenna scan duty factor：天線波束的立體角度（在其3dB點(diǎn)測(cè)量）與天線掃描的總立體角度之比。用D來(lái)表示，由于D總是小于或等于1的，所以logD小于等于0，相當(dāng)于是在原有功率基礎(chǔ)上降低了。關(guān)于立體角度（立體弧度）的概念，我們?cè)赥RP的計(jì)算公式-1中提到過(guò)。

根據(jù)上面的表格，平均功率應(yīng)為：

當(dāng)t ≤ 100 ms，mean power (e.i.r.p)=PMEASURED + 10 log(D)；
當(dāng)t > 100 ms，mean power (e.i.r.p)=PMEASURED；

這里的PMEASURED，就是上面通用測(cè)量方法所述的測(cè)量結(jié)果，這里的不同在于，除了考慮雷達(dá)發(fā)射功率在時(shí)間上的占空比之外，還考慮了當(dāng)t ≤ 100 ms時(shí)，雷達(dá)在天線掃描狀態(tài)下，如上圖所示，空間掃描角度的占空比影響。當(dāng)此占空比小于1時(shí)，平均功率又被拉低了。

而對(duì)于平均功率譜密度（e.i.r.p.），是在規(guī)定的測(cè)量條件下，發(fā)射機(jī)的規(guī)定帶寬上的發(fā)射功率譜密度，包括在最大電平方向上輻射的天線增益。

那么單純地使用下面公式進(jìn)行單位帶寬的轉(zhuǎn)換是不準(zhǔn)確的，例如1MHz帶寬：

平均功率譜密度（e.i.r.p.）=平均功率（e.i.r.p.）-10log 帶寬（MHz）

由于雷達(dá)信號(hào)并不是一個(gè)帶內(nèi)平坦的信號(hào)，所以應(yīng)該在所有帶寬的譜密度點(diǎn)上取最大值。

審核編輯：劉清