天线阵列车载应用——前言

本书的总体结构

        这本参考书向读者介绍了汽车工业中使用的尖端天线阵列技术。新型通信多阵元天线系统是一种非常有前途的车载设备。例如，智能车辆公路系统(IVHS)包括车对车通信、汽车到路边系统、防撞雷达天线阵列和用于自动巡航控制应用的智能天线阵列，为车辆乘客提供了更安全的旅行。基于天线阵列技术的车辆定位技术可以在大型停车场、购物中心和机场中心、音乐或体育赛事中提供寻车服务。安装在高速公路入口和出口上方的天线阵列电子收费装置，旨在通过有助于简化交通流动的技术来协助管理收费操作。

        目前，许多论文都在研究车对车的多输入/多输出(MIMO)系统。使用这种方法，在发射端使用两个或多个天线，在接收端使用几个天线。MIMO系统在汽车工业中的应用，增加了多散射无线衰落通信信道的容量，提供了高速的通信数据速率。自适应天线阵列的发展是汽车领域的发展趋势。自适应阵列允许将波束(最大能量)转向任何感兴趣的方向，同时消除干扰信号。到目前为止，这种系统在军事工业中得到了广泛的应用。现在有许多论文描述了这些用于移动应用的智能天线。本书的主要目标是在众多致力于天线阵列的理论结果和这些设备在汽车工业中的应用之间建立一座“桥梁”。目前，典型的设计师必须筛选成千上万的专利、论文和网站，才能确定正确的方向。这样的研究可能会花费大量的时间。本手册减少了在天线设计和应用中寻找最佳解决方案所需的研究时间。我们从大量的专业期刊、论文和专利中对材料进行了分类和系统化，并描述了我们在汽车工业中使用的天线设计方面的成果。

        这本书共分为七章。第1章向读者介绍了不同的汽车天线阵列应用，其中系统目前正在使用，并可以在不久的将来使用。它还规定了用于汽车行业天线阵列通信的频谱和关键参数。

第2章介绍了用于现代天线系统设计的典型阵列几何形状、阵列因子参数、基本仿真和数字波束引导技术。描述了用散射参数法来表征阵元间相互耦合的天线特性。本章向读者介绍了模拟移相器和数字移相器，它们是电子束转向控制阵列的重要组成部分。

        第3章讨论了噪声环境下的智能波束形成技术。本文提出的自适应Applebaum算法实现了最大信噪比，最小平均偏差(LMS)方法最大限度地减少了期望信号与接收信号之间的误差，高分辨率处理方法，例如MUSIC技术提供了比传统瑞利准则更高的两个射频源的角分辨率。特别要注意的是MIMO系统，因为它们在没有额外带宽和额外发射功率的情况下显著提高了发送和接收设备之间的通信数据速率。这些系统还显著提高了城市地区对干扰源和多径传播的免疫力。

        第4章描述了简化的智能波束形成方法，这在设计汽车应用中具有成本效益的设备时非常重要。汽车天线必须是紧凑的设备，不应与汽车的美学要求相冲突。因此，简化的方法，如巴特勒矩阵系统，扇形小阵列，部分自适应和简化的两位数字移相器相阵列将在本章中描述。详细介绍了一种基于无线电全息技术的新型简单相控阵，该相控阵采用两位移相器阵列。

        第5章给出了与移动车辆通信的基站天线阵设计实例。这些例子包括用于收费应用的固定波束定向阵列，用于汽车通过互联网项目的电子控制波束阵列，以及用于大型停车场，多层停车场，购物或机场中心以及靠近音乐或体育赛事的车辆定位阵列。

        第6章描述了实用的紧凑型车载阵列。这些系统可以安装在车顶上，也可以安装在车身的其他外部和内部部件上。设计示例包括多个天线阵元作为定向阵列运行，具有单个输出或多个分集天线，用于调频广播，电视接收，远程无钥匙进入系统，以及用于智能交通服务(ITS)的MIMO天线。基于车对车(C2C)或车对基础设施(C2I)通信的智能交通系统为驾驶员提供以下信息:

        •道路状况，进入交叉路口和高速公路的警告，报告事故和交通堵塞，变道警告和低能见度范围，汽车之间的碰撞安全距离。

        •有关商业地点、加油站和汽车服务的旅游相关信息。

        •交通管理信息，包括具体的速度限制和适应性交通灯。

        •驾驶员辅助信息，提供车辆停车，高速公路上的休息区位置，在大型停车场找车，巡航控制等。

        最后，在第7章中给出了天线阵列在防撞雷达和交通监控系统中的应用实例。据统计，全世界有数十万人死于交通事故，数百万人受伤。因此，在过去几年中，使用多阵元雷达传感器进行驾驶员辅助变得更加流行。这些系统使用极高的频段(24 GHz和77 GHz)，它们基于调频连续波(FMCW)雷达技术。

        我们希望这本书将是一个有用的参考来源，读者感兴趣的天线阵列设计和应用的汽车工业。