【導讀】前段時間Tesla重拾雷達的消息擾動了整個行業，甚至擾動了資本市場。網絡上也放出來幾張雷達PCB及ji實shi物wu尺chi寸cun圖tu。本ben期qi邀yao請qing了le一yi份fen技ji術shu稿gao，對dui這zhe款kuan雷lei達da做zuo一yi些xie基ji本ben的de分fen析xi，和he大da家jia一yi起qi探tan討tao

，如ru有you錯cuo誤wu之zhi處chu，期qi待dai各ge位wei讀du者zhe朋peng友you及ji同tong仁ren的de指zhi導dao。

根據xx的測試報告
，行業研究指出Tesla雷達采用TI 2243雙芯片級聯方案。TI官網給出的芯片發射功率為13dBm，RX noise figure：12dB。從測試報告裏可以看出，Tesla雷達采用FMCW工作體製，工作頻率為76-77GHz
，且雷達支持三種工作模式（文件中定義為Mode3
，Mode4和Mode5），三種工作模式的掃頻帶寬分別為210MHz
，400MHz和700MHz
，斜率一樣。

模式特性

工作模式

不同模式的參數配置

產品尺寸：196 mm (Length)×82 mm (Width)×40 mm (Height)。由於沒有相應的板材信息
，根據其他廠商雷達的材料選型
，文中的仿真材料選用Rogers3003
，為常用材料，介電常數3，損耗正切角0.001。

雷達實物圖

雷達PCB

使用微帶轉SIW結構，雷達屏蔽罩可實現全接地方式，達到更好的電磁屏蔽效果。雷達采用內置微帶天線，總增益20.32dBi，雷達有6個發射天線，但隻有4個天線能同時發射，單天線最大增益14.3dBi


，總增益=單根天線增益值+10log（同時發射天線個數）=14.3dBi+10log4=20.32dBi。同時還給出了單天線的俯仰和方位波束寬度。

天線信息

FCC法規中§ 95.3367（a）章節對 76-81 GHz 頻段雷達輻射功率限製如下：76-81 GHz 頻段內的基本輻射發射限製以等效全向輻射功率 (EIRP) 表示，如下所示：(a) 根據使用具有 1 MHz 分辨率帶寬 (RBW) 的功率平均檢測器的測量結果，76-81 GHz 頻帶內的最大功率 (EIRP) 不得超過 50 dBm。(b) 根據使用具有 1 MHz RBW 的峰值檢測器的測量結果，76-81 GHz 頻帶內的最大峰值功率 (EIRP) 不得超過 55 dBm。根據ISEDC RSS-251第8.1章節
，根據使用具有1 MHz 分辨率帶寬 (RBW) 的功率平均檢測器的測量結果
，測試功率為占用帶寬內的總功率，且最大峰值功率不得超過55dBm。

Peak fundamental Emission

Tesla雷達的三種工作模式下的Peak EIRP測試結果如下表：

測試值

接下來，將對測試結果進行分析（增益和發射功率均以最大值計算）：

根據測試報告，可以得出單天線性能（最大增益14.3dB，3dB方位波束寬度48°
，俯仰14°）。芯片發射功率TX power=13dBm，Mode 3 Max EIRP=31.54 dBm，Mode 4 EIRP=32.97 dBm以及Mode 5 EIRP=36.19 dBm。測試結果中是以的PSA reading是以dBuV/m為單位，需要轉換到dBm。根據ANSI C63.10-2013 Section 10.3.9


，在距離為3m的測試場景下，dBuV/m到dBm的轉換公式是EIRP（dBm）=E（dBuV/m）-95.3。E（dBuV/m）對應上表中的Corrected Field Strength(dBuV/m at 3m)。

假設存在單天線發射模式
，此時天線增益14.3dBi
，芯片功率13dBm，在係統損耗（x）一定的情況下，峰值EIRP=14.3+13-x=27.3-x，此種工作模式下的最大EIRP值無法到達前麵的Mode3、4、5中的EIRP值
，因此雷達不存在單發模式。兩芯片級聯並且同時工作時，總的發射功率Tx total=Tx power+10log2=16.01dBm。同時，不同個數的天線同時發射時的增益值如下：單根天線天線發射增益：14.3dBi；兩根天線同時發射時增益為17.3dBi；三發和四發增益分別為19.07dBi和20.32dBi；因為Mode5的EIRP為36.19dBm
，結合芯片功率和損耗值可知Mode5的工作模式為雙芯片4發。對比Mode4和Mode5之間的EIRP差值（3dB）,可以推導出Mode4的工作模式為雙芯片雙發，Mode3的工作模式為單芯片三發。（以上推論是作者基於測試報告中已給出的工作模式和測試值，計算公式為EIRP=Tx power+Antenna Gain-Loss，是否存在其他工作模式

，尚無法確認）。

天線布局見下圖（未加屏蔽罩及SIW結構），根據單個接收天線的尺寸做比擬，以半波長間距為基準，得到發射天線和接收天線的間距。兩芯片級聯
，其中芯片1的三發處於同一水平麵，無俯仰向區分，間距6倍波長。芯片2（Tx3-Tx5）的三個發射天線俯仰向相差2倍波長，水平間距3倍波長。PCB表層采用人工電磁表麵結構，可減小紋波抖動。

天線布局圖

接收天線

接收天線方向圖@76GHz

接收天線，Port1和Port2之間的性能差異在方位麵角度上，Port2方位麵角度約120°，Port1方位麵角度50°（3dB）
，推斷短距離模式用上圖接收天線中的Port2和Port7來工作。

為實現屏蔽罩全接地，天線采用SIW轉換結構，對加載SIW結構的RX天線組進一步仿真，由於SIW結構的寬度主要影響截止頻率，因此在沒獲得準確的參數的前提下，仿真結構的截止頻率可能和Tesla用的SIW結構存在差異。對SIW結構做阻抗匹配，並代入天線饋電端口，接收天線的隔離度大於-20dB，由於未對Port2上的功分器做過多的匹配設計
，因此Port2和Port3之間存在一定頻偏量；

加載SIW結構的S參數

增加屏蔽罩金屬地的S參數

在SIW結構上增加金屬接地
，模擬屏蔽罩的影響（受仿真時間限製，未將整個屏蔽罩設計進去），增加接地金屬前後S參數並未產生明顯偏移和畸變，兩者基本重合。且SIW結構在76.5GHz處的電場均勻分布在波導管內。

SIW的電場分布@76.5G

加載了SIW結構的天線仿真性能如下

，由於SIW結構比較短，因此整體損耗並不大。

加載SIW結構的天線性能

youyushangbuqingchugongzuoshitianxiandexuanzefangshi，yijiyixiangqipeizhi，yinciwufazhixiaojutidefashetianxiangongzuofangshi。genjushangmiandebutongmoshituili
，ganxingqudeduzhekeyichangshixuanzebutongdefashetianxianjinxingzuhe，duikenengdezuhexingshizuojinyibufangzhenfenxi，keyimingquedeshi，butongdefashetianxianzuhexingshishibihuizengqiangtianxianzengyiqiangduhetianxianFoV的變化。

總結：

1.仿真結果的峰值天線增益未達到14.3dBi，因此仿真模型裏天線陣元間距及尺寸還有優化空間
，另外SIW結構的阻抗也可以進一步優化。值得借鑒的是采用SIW結構實現天線罩全接地的設計方案，有利於進一步屏蔽芯片端對天線的射頻幹擾。

2.單天線性能比較常規，難點在於天線布局
，文章僅對天線本體性能作仿真驗證，尚未牽扯到虛擬列、稀疏陣等天線布局仿真分析；

雷達采用德州儀器的2243芯片

，FMCW工作體製，雖然2243支持76-81 GHz
，但為了符合法規，但雷達帶寬將被天線限製在76-77GHz。中心頻率為76.5GHz
，雙芯片級聯實現 6 個 TX 和 8 個 RX 通道，最大虛擬通道數為 48。芯片發射功率13dBm，接收天線和發射天線都為13dBi
，饋線和介質損耗LTx=5dB，LRX=3dB，天線罩雙向損耗=2dB，保險杠雙向損耗2dB
，NTD=3
，Nvirtual=19。

根據以上參數，代入雷達方程，則可以得到不同RCS下雷達的最遠探測距離關係。

RCS vs Distance

PCB和關鍵尺寸

MIMO 虛擬孔徑分析

見上圖，第一種（藍色線條）是增加方位角範圍來提升角度分辨率的模式。該模式下無法進行遠距離測量

，同時虛擬陣元的間距（~1.2 波長）。

第二種（橙色線條）是提供目標位置的方位角和仰角測量的模式，主要增加俯仰探測能力。

Rx 天線（圖片來源：Ghostautonomy）

第二個和第三個（左起）RX 天線具有與其他接收天線方位麵角度及間距不一樣。這樣設計的好處在於可以靈活配置8個RX的工作狀態；

要獲得更高角度分辨率，可以用Rx2和Rx3同時工作，此時天線性能和其餘接收天線一致，而且變為了間距4.5mm的均勻陣列（若Rx2和Rx3都dou采cai用yong和he其qi餘yu接jie收shou天tian線xian一yi樣yang的de形xing式shi，雖sui然ran接jie收shou天tian線xian孔kong徑jing變bian大da，但dan在zai發fa射she天tian線xian位wei置zhi固gu定ding的de前qian提ti下xia，虛xu擬ni陣zhen列lie重zhong疊die的de個ge數shu會hui增zeng加jia
，利li用yong率lv降jiang低di）。此時重疊的虛擬陣元為2個。為獲得更低的旁瓣電平，隻使用接收天線1-4，此時為非均勻陣列
，但兩者的方位角度是不一樣的。

不同模式的虛擬陣列分布

不同模式的方向圖

上麵給出了不同模式下的虛擬陣列形式，且給出了相應的方向圖結果。Tesla天線布局不僅實現了高分辨率同時優化了旁瓣電平。

不同發射組合俯仰

不同發射組合方位

根據參數優化後的性能見上

；

來源：雷達天線站

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