On Target

基于天线阵列和半导体技术的进步,用于航空航天,国防和商业应用的雷达和传感器设计不断发展。这些应用的出现推动了对更小、更经济实惠的系统的需求,它们要具有相应的可靠性和分辨率,从而准确跟踪多个目标的运动速度、距离和方向。Cadence® AWR® 软件平台提供设计自动化和仿真/模型技术,能够准确地表示信号的产生、传输、相控阵、T/R 切换、杂波、噪声、干扰和信号处理,使用户能够应对现代雷达系统的设计挑战和分析要求。

主要优势

准确

模型信号产生、信道、天线、目标、环境以及接收机和信号处理元件,用于全方位雷达开发和验证

智能

对天线元件进行优化,将其配置到阵列中,实现多进多出 (MIMO) 和波束转向应用,以及电路/系统级集成

快速

使用定制设计的或现成的商业 (COTS) 元件和预配置的雷达仿真平台,将系统规格转换为集成硬件

解决方案亮点

概念化

集成的射频系统设计平台,助力雷达开发人员探索各种架构选项、信号处理算法、射频元件要求和目标/环境因素。通过使用高级行为射频/数字信号处理模型,设计人员可以快速实现虚拟雷达系统,以研究如何权衡波形选择、射频元件选择和天线细节。利用 MIMO 和波束转向技术开发雷达用相控阵天线时,需要使用特殊的设计工具来设计阵列配置、天线元件和馈电网络,同时需要一个能够将这些仿真数据整合到大型雷达仿真中的平台。当达到预期的仿真雷达性能时,该平台应支持与电路和天线电磁 (EM) 分析的协同仿真,从概念设计过渡到物理实现阶段。

仿真

要最大程度提高雷达性能,就必须对系统中的每个子组件和元件进行全面分析和优化。设计人员需要使用特定的仿真技术,来捕捉和分析时域、脉冲和调制频率响应、链路预算(功率、噪声)和杂散信号,以预测雷达的整体性能,包括系统非线性和链路损伤。仿真必须包含信号产生、传输、天线、T/R 切换、杂波、噪声、干扰、接收、移动目标指示 (MTI) 和移动目标检测 (MTD) 的信号处理、恒定误报率 (CFAR) 以及信道传播。

模型支持

新的尺寸和性能要求,推动了以毫米波 (mmWave) 频谱运行、并利用先进半导体和集成技术的商业和国防雷达系统的进步。系统设计人员需要拥有一个全面的系统模型库,包括用于模拟不同定点格式的射频行为、文件和基于电路的模型和 DSP 元件,以及用于多路径衰减、多普勒频移、射频杂波、干扰等的天线、雷达横截面 (RCS) 目标和传播模型。

仿真平台

设计人员常常依靠现有的架构、波形和已知的元件规格来定义他们的初始系统和仿真设置,以加快雷达系统的开发和进行关键的测量。根据不同的应用,开发人员可以选择用于无线电高度计或接近传感器的连续波 (CW) 雷达,用于汽车的频率调制 CW (FMCW) 雷达,或用于合成孔径和天气跟踪的脉冲雷达。借助预先配置的仿真雷达示例,开发人员可以采用现有的系统,并根据特定的应用需求对之进行修改,而仿真平台使他们能够对单个电路模块进行参数测试,包括噪声系数 (NF)、增益、电压驻波比 (VSWR)、互调失真等基准测试。此外,开发人员还可以在功能性能仿真示例的指导下,进行更严格的端到端系统评估,从而了解系统对多目标、杂波、干扰和噪声等因素的响应。

天线设计

与全向天线相比,MIMO 和波束转向相控阵系统的优点包括:指向性更高、电子转向迅速(波束可以在几毫秒内重新定向),以及同时可以发射多个波束进行多功能操作。仿真工具需要支持这些天线设计和阵列配置,提供交互式规范布局、馈电网络细节、射频链路设置、增益锥度和元件故障等功能。通过层次化电磁分析,确保天线和安装结构的正确设计和放置,原位电路协同仿真使雷达设计人员能够研究天线阵列和射频前端电路之间的相互作用。

应用

FMCW 雷达

开发人员借助 AWR 软件重新设计了一个用于教育目的的 FMCW 雷达,使用了尺寸较小、价格较为便宜的表面贴装技术 (SMT) 元件,包括电压控制振荡器 (VCO)、衰减器、功率放大器 (PA)、3dB 耦合器、低噪声放大器 (LNA) 和混频器。该零差系统可以自混合以进行下变频,使中频频谱可以被 PC 采样。

车用雷达

基于 77GHz 雷达的高级驾驶辅助系统 (ADAS) 技术采用了尺寸更小的天线(是目前 24GHz 天线的三分之一),允许发射功率更高,最重要的是,其可用带宽更大,因此支持更高的对象分辨率。AWR 软件提供了支持 RF 感知的系统设计软件,该软件要支持雷达仿真,并可对 RF 前端元件进行详细分析,包括非线性 RF 链、高级天线设计和信道建模。运用协同仿真与电路和电磁分析,可以在构建和测试系统之前提供准确的系统性能仿真。

SAR

SAMPL 实验室的学生创建了一个高效、易用的合成孔径雷达 (SAR) 仿真器,它可以连接到 MATLAB 进行信号处理。SAR 是一种用于创建物体二维和三维表示的雷达,它利用雷达天线在目标区域上的运动,提供比传统波束扫描雷达更精细的空间分辨率。SAMPL 实验室的设计重点是对接收信号进行 avsub-nyquist 采样和对图像进行完全重建。

智能 (CW) 雷达

呼吸门控和肿瘤追踪是两种很有前景的运动适应性肺癌治疗方法,可以最大限度地降低正常组织的破坏率和受损程度,并将辐射剂量精确地施加到肿瘤部位。然而,传统的门控技术要么对身体有一定的侵入性,要么治疗的准确度不够,会给患者带来不适感。德克萨斯理工大学的研究生与美国国家科学基金会 (NSF) 和德克萨斯癌症预防和研究所 (CPRIT) 合作,利用 AWR 设计软件开发了一种智能直流耦合雷达传感器,以跟踪肿瘤位置,从而控制辐射束。

相控阵天线

相控阵天线系统带来的大规模 MIMO 和波束赋形信号处理技术有望在 5G 中发挥关键作用,因为两者都能极大地增强信号覆盖范围并改善用户体验。Cadence AWR Design Environment® 平台新增了相控阵建模功能,使设计人员能够使用标准或自定义布局模式来配置阵列的几何形状,从而让配置变得轻而易举,降低了成本,也缩短了设计和仿真时间。

选件

雷达、仿真平台和相控阵库模块可提供雷达信号生成、雷达特定目标和传播建模,以及雷达信号处理功能。该库经过专门设计,旨在便于访问所有需要的仿真功能,如射频干扰、天线阵列和多径信道。支持的雷达类型涵盖了军事、医疗、气象、汽车等领域。

利用相控阵天线生成向导,设计人员可以快速配置物理阵列,为各个天线元件分配从 AWR AXIEM 或 Analyst EM 分析中得出的天线辐射模式,并对相互耦合和边缘/角落行为进行建模。该向导还允许设计人员指定链路和馈电性能,整合增益锥形下降以减少天线旁瓣,并研究元件故障对整体阵列性能的影响,根据所有这些用户指定的参数提供远场辐射模式的实时可视化,然后自动生成系统或基于电路的网络。