通感一体化天线阵列设计：兼顾自动驾驶通信速率与感知精度的约束
发布时间：2026-07-20 10:37:00
来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)
自动驾驶系统中的通信与感知功能共享天线阵列时面临速率与精度的双重约束。通信功能要求天线方向图提供稳定的增益覆盖，以确保车辆与基础设施或云端之间的数据链路在高速移动中维持连接。感知功能要求天线方向图具备较高的角度分辨能力，以区分临近目标并准确估计其位置与速度。两种功能对阵列权值的需求不同，通信链路倾向于较宽的主瓣以容忍波束指向误差，感知功能倾向于较窄的主瓣以提升角度分辨率。通感一体化天线阵列设计需要在阵列单元布局、馈电网络架构与波束控制策略三个层面调和这两种需求。单元布局决定了阵列的口径与可用自由度，馈电网络架构决定了波束形成的灵活性与损耗，波束控制策略决定了两种功能在时间与空间上的资源分配方式。
阵列单元布局在通感一体化设计中的基础作用体现在口径效率与空间自由度的权衡上。均匀矩形阵列的口径效率较高，波束宽度由阵列尺寸与工作频率决定，适合通信功能的稳定覆盖要求。非均匀阵列或稀疏阵列通过调整单元位置获得更高的角度分辨能力，但口径效率降低，通信链路的增益下降。稀疏阵列的栅瓣问题使波束方向图在非期望方向上出现增益峰值，栅瓣方向上的通信信号可能对相邻车辆或基础设施产生干扰。栅瓣抑制采用非周期性的单元排布，将栅瓣能量扩散至较宽的角域，降低峰值电平。单元间距在可加工精度允许的条件下可以微调以优化角度分辨能力，微调幅度需控制在加工公差范围内以避免性能批次差异。
馈电网络架构的选择影响通感一体化阵列的损耗特性与波束赋形灵活性。数字馈电网络为每个单元配备独立的收发通道，可以在数字域任意合成波束形状与数量，通信波束与感知波束可以同时存在且独立调整。数字架构的功耗随单元数量线性增长，在大规模阵列中总功耗超出车辆可用供电容量。模拟馈电网络通过移相器与功分器网络形成固定数量的波束，功耗较低但波束形状与数量的调整范围受限。混合馈电网络在数字馈电与模拟馈电之间折中，将阵列划分为子阵，子阵内采用模拟波束赋形，子阵间采用数字波束赋形。混合架构的波束数量受限于数字通道数，每个数字通道可以支持一个独立波束，通道数增加则功耗与成本同步上升。
波束控制策略的时间分配决定了通信与感知功能在共享阵列上的占用比例。时分方案将时间周期划分为通信时隙与感知时隙，通信时隙内阵列权值优化为通信模式，感知时隙内权值优化为感知模式。时分方案避免了两种功能同时运行时对阵列自由度的竞争，但每个功能可用的时间资源减少。通信时隙内车辆无法进行感知更新，感知时隙内通信数据传输中断。时隙长度的设置需使两种功能均满足各自的性能要求，通信时隙长度需满足数据包的最大允许传输延迟，感知时隙长度需满足目标跟踪的采样定理。空分方案利用阵列的空间自由度同时支持通信与感知波束，通信波束指向基础设施，感知波束覆盖前方道路区域。空分方案的时间效率较高但要求阵列具有足够的自由度来形成两个独立的波束，自由度不足时波束之间的隔离度下降。
感知精度约束对波束宽度的要求与通信链路增益约束之间存在数值关系。波束宽度收窄后角度分辨率提升，但阵列增益的增加使通信信号的等效全向辐射功率提升，通信速率可能因此获益。波束宽度收窄的代价是波束对准精度的要求提高，车辆振动与姿态变化引起的指向偏差在窄波束下产生较大的链路增益损失。自适应波束宽度策略根据车辆当前的行驶状态与通信需求动态调整波束宽度，高速行驶时收窄波束以提升感知精度，低速行驶时展宽波束以增强通信链路的稳定性。波束宽度的调整通过子阵间的相位加权实现，不需要改变阵列的物理结构。
通感一体化阵列在实际部署中受到车辆外形与安装空间的约束。车顶或前保险杠是天线阵列的常用安装位置，安装面积限制了阵列的最大单元数量。毫米波频段的波长较短，相同面积内可以布置比微波频段更多的单元，有利于在有限空间内获得较高的角度分辨能力。阵列的安装高度影响其覆盖范围，安装位置较高的阵列通信视距较远，安装位置较低的阵列对近区目标的感知精度较高。双阵列方案在车辆前后分别布置天线，前向阵列负责前方目标感知与通信，后向阵列负责后方目标感知，两个阵列的波束独立控制，系统复杂度随阵列数量线性增加。从单元布局到馈电网络再到波束控制，通感一体化天线阵列的设计正在从通信与感知分立的模式向共享硬件与协同调度的模式演进，这种演进受限于车辆可用空间与阵列功耗预算的工程约束。
更多资讯内容，详见文章
相关资讯
通感一体化阵列的单元布局需在口径效率与角度分辨能力之间权衡，非均匀排布可降低栅瓣峰值。混合馈电网络在数字与模拟架构之间折中功耗与波束灵活性。时分与空分方案分别将时间或空间自由度分配给通信与感知功能，自适应波束宽度根据车速调整。安装面积与位置限制阵列单元数量与覆盖范围。
太赫兹感知通信一体化利用太赫兹波独特的穿透性与物质“指纹”光谱，在同一硬件平台上融合高分辨率环境感知与太比特级高速传输。其核心在于共享高定向性波束作为感知探针与通信链路，通过设计统一波形与先进联合信号处理算法，实现通信数据解调与环境参数提取的协同，从而在安检、工业自动化等场景实现从连接到认知的范式跃迁。
