今天，我們接著來說E波段毫米波雷達的功率。在這之前，先來看一個汽車雷達的有趣應用。如下圖所示，被稱之為kick-sensor的一種雷達傳感器，安裝在汽車的后備箱下方，在我們不方便用手的情況下，可以使用腳踢的方式打開或關閉后備箱。雷達通過天線發射信號并接收被反射的信號，探測到人體并跟蹤其運動，從而傳感器就會向控制單元發送消息來打開/關閉行李箱。一般地，控制單元還會檢查汽車鑰匙是否在車尾附近，這樣就可以有效地防止后備箱被無意中打開。

01

E波段毫米波雷達的發射功率

我國，目前規定使用的是76-79 GHz用于汽車毫米波雷達，歐標中有76-77 GHz和77-81 GHz兩段。工信部無【2021】181號文件中規定了如下發射功率限值：

歐標中近似頻段，有這樣幾個標準分別規定了76-77GHz，和77-81GHz頻率范圍的雷達設備技術要求：

ETSI EN 302 264：77-81 GHz for 短距交通運輸雷達設備；
ETSI EN 301 091-1：76-77 GHz for 地面車載雷達；
ETSI EN 301 091-2：76-77 GHz for 固定基礎設施雷達；
ETSI EN 301 091-3：76-77 GHz for 鐵路/道路交叉路口障礙物檢測系統雷達；

關于功率的限值要求，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量條件下相對于各向同性天線的天線增益乘積（或dB相加）。對于peak e.i.r.p.我們都很容易理解該如何測量，但平均e.i.r.p.功率究竟如何平均呢？

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

要求是：測量平均功率的平均時間應不大于100ms。如果不同的EUT發射周期會導致不同的平均功率，那么應將最大值作為最終結果。

其次，如果是針對恒定方向圖模式的掃描天線，下表是ETSI EN 301 091-1中，對76-77 GHz汽車雷達平均功率的計算方法定義。

為了搞清楚這張表，還要先來明確幾個概念：

illumination time：照射時間；
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：對于有掃描天線的設備，遠場中某一點處于天線主波束內的時間，用t表示；

Constant pattern：被測雷達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，視距方向隨時間而變化，但視距方向的掃描是以一個恒定的角度變化率來進行）；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間和/或方向而變化，要么掃描不是以恒定的速率進行）；

antenna scan duty factor：天線波束的立體角度（在其3dB點測量）與天線掃描的總立體角度之比。用D來表示，由于D總是小于或等于1的，所以logD小于等于0，相當于是在原有功率基礎上降低了。關于立體角度（立體弧度）的概念，我們曾在TRP的計算公式-1中提到過。

根據上面的表格，平均功率應為：

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

這里的PMEASURED，就是上面通用測量方法所述的測量結果，這里的不同在于，除了考慮雷達發射功率在時間上的占空比之外，還考慮了當t ≤ 100 ms時，雷達在天線掃描狀態下，如上圖所示，空間掃描角度的占空比影響。當此占空比小于1時，平均功率又被拉低了。

而對于平均功率譜密度（e.i.r.p.），是在規定的測量條件下，發射機的規定帶寬上的發射功率譜密度，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行單位帶寬的轉換是不準確的，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）

由于雷達信號并不是一個帶內平坦的信號，所以應該在所有帶寬的譜密度點上取最大值。

審核編輯：劉清