هوائي صفيف بتكوين تغذية تسلسلي يوفر أداء إشعاعيًا عاليًا لرادارات السيارات في تطبيقات إنترنت الأشياء

رادار سيارات أذكى لشوارع أكثر أمانًا

تتحول السيارات الحديثة بسرعة إلى حواسيب متحركة، محشوة بمستشعرات تساعدها على رؤية الطريق وتفادي المخاطر. من بين هذه المستشعرات، يعتبر الرادار مهمًا بشكل خاص لأنه يقيس المسافة والسرعة بدقة حتى في المطر أو الضباب أو الظلام. تشرح هذه المقالة نوعًا جديدًا من هوائيات الرادار المدمجة المصممة لشريط تردد 24 جيجاهرتز، والموجهة للسيارات المتصلة دائمًا بشبكة إنترنت الأشياء. من خلال الجمع بين تصميم أجهزة ذكي وتحسين مدفوع بالذكاء الاصطناعي، يحقق الباحثون حزم رادار أكثر حدة وقوة في مساحة صغيرة جدًا — وهو مزيج جذاب لسيارات أكثر أمانًا وذكاءً.

لماذا تحتاج السيارات إلى "عيون" أفضل

تعتمد أنظمة مساعدة السائق الحديثة — مثل تثبيت السرعة التكيفي، وتنبيه النقطة العمياء، ومساعدات الركن — على الرادار لمراقبة ما يحدث حول المركبة. يجب أن تكشف هذه الرادارات عن أجسام على بعد عشرات الأمتار، وتمييز السيارات القريبة عن المشاة، وفي الوقت نفسه تناسبها بشكل خفي داخل المصدات ولوحات الهيكل. شريط تردد 24 جيجاهرتز شائع لأنه يوفر أداءً موثوقًا عبر ظروف الطقس المختلفة ومناسب للاستشعار قصير إلى متوسط المدى في حركة المرور الحضرية المزدحمة. ومع ذلك، فإن تصميم الهوائيات لهذا النطاق يمثل تحديًا: على المهندسين حشر كسب عالٍ (إشارات قوية ومركزة)، وعرض نطاق مفيد واسع، وخسارة طاقة منخفضة داخل هيكل صغير ومنخفض التكلفة يمكن إنتاجه بكميات كبيرة مثل لوحة الدارات المطبوعة.

تصميم هوائي مدمج بحيز صغير

يعرض المؤلفون تصميمين متقاربين يلبّيان هذه المتطلبات باستخدام رقع معدنية دائرية مسطحة محفورة على لوحة دوائر ميكروويف. يحتوي أحد التصميمين على صفين من خمسة رقع (2 × 5)، والآخر على أربعة صفوف من خمسة رقع (4 × 5). يقوم "مقسم طاقة" مخصص بتقسيم إشارة الرادار الواردة إلى أجزاء متساوية ويغذي كل رقعة عبر خطوط معدنية نحيلة تسير بجانب الرقع بدلاً من الدخول إليها مباشرة. هذا الاقتران القريب يتجنب الوصلات الرأسية الهشة ويحسن عرض النطاق، بينما يساعد تباعد محدد بعناية بين الرقع على جمع إشاراتها الفردية لتكوين حزمة قوية وضيقة. النتيجة حزمة على شكل مروحة لتغطية واسعة في أحد التصميمين وحزمة أشد تركيزًا على شكل قلم للاستشعار طويل المدى وعالي الدقة في الآخر.

استخدام الذكاء الاصطناعي لضبط الأجهزة بدقة

بدلاً من تعديل الأبعاد بالتجربة والخطأ، اعتمد الفريق على طريقة تحسين مدعومة بالذكاء الاصطناعي تسمى PSADEA. تختبر هذه الخوارزمية تراكيب مختلفة من معلمات التصميم الرئيسية — مثل الفجوات بين خطوط التغذية والرقع، أحجام الرقع، وأطوال الخطوط — باستخدام نماذج "بديلة" رياضية سريعة مدعومة بمحاكاة كهرومغناطيسية كاملة. يبحث PSADEA عن أشكال توفر في آن واحد انعكاسات إشارة منخفضة، وكسبًا عاليًا، وحزمة ضيقة مناسبة. مقارنةً بالخوارزميات التقليدية مثل استراتيجيات الجينات أو البحث القائم على الجسيمات، يصل PSADEA إلى تصاميم أفضل مع عدد أقل بكثير من المحاكيات الثقيلة، موفّرًا وقت حساب كبير مع استمرار استكشاف إمكانيات عديدة.

الأداء المقاس في نطاق الاختبار

تم بناء نماذج أولية لكلتا المصفوفتين على مادة Rogers ذات خسارة منخفضة وقيست في غرفة خالية من الصدى تحاكي الفضاء الحر. عبر نطاق 23–25 جيجاهرتز المستخدم في العديد من رادارات السيارات، تُظهر كلا الهوائيات انعكاسًا منخفضًا جدًا للإشارة، مما يعني أن معظم القدرة تتحول إلى إشعاع بدلاً من الارتداد نحو الإلكترونيات. تصل مصفوفة 2 × 5 الصغيرة إلى حوالي 16 ديسيبل من الكسب، بينما تصل مصفوفة 4 × 5 إلى نحو 19.5 ديسيبل، مع كفاءات إشعاع محاكاة تتجاوز 95 بالمئة. تطابق حزمها المحاكاة عن قرب: يشكل تصميم 2 × 5 مروحة واسعة في مستوى واحد، وهو مثالي لتغطية جوانب أو مؤخرة واسعة، بينما ينتج تصميم 4 × 5 حزمة أضيق في كلا الاتجاهين، أنسب للرصد بعيد المدى. عند مقارنتها بهوائيات منشورة أخرى، تحقق هذه المصفوفات "كفاءة فتحة" مرتفعة بشكل غير اعتيادي، ما يعني أنها تستخلص قوة حزمة مفيدة أكثر من كل سنتيمتر مربع من الأجهزة.

ماذا يعني هذا للمركبات المتصلة في المستقبل

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن المؤلفين أظهروا كيفية بناء هوائيات رادار فعالة جدًا ومركزة بدرجة عالية في شكل مسطح وصغير باستخدام أدوات ومواد متوافقة مع إلكترونيات الإنتاج الضخم. من خلال السماح لمُحسّن قائم على الذكاء الاصطناعي بتوجيه الهندسة التفصيلية، يحصلون على تصاميم تتفوق على العديد من الحلول القائمة مع المحافظة على التكلفة والحجم تحت السيطرة. تتناسب هذه الهوائيات ذات الحزمة الثابتة بشكل خاص مع مهام مساعدة السائق الشائعة مثل اكتشاف النقطة العمياء، وتنبيهات مرور خلفي عرضي، ومساعدات الركن، والاستشعار الأمامي متوسط المدى. ومع ارتباط السيارات بعمق أكبر بشبكات إنترنت الأشياء — ومشاركتها بيانات الرادار مع مركبات وبنية تحتية أخرى — ستُعد مثل هذه الهوائيات المدمجة وعالية الأداء لبنة أساسية لأنظمة نقل أكثر أمانًا ووعيًا.

الاستشهاد: Zakeri, H., Parvaneh, M., Moradi, G. et al. Array antenna with series-fed configuration providing high radiation performances for automotive radar in IoT applications. Sci Rep 16, 11116 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40981-x

الكلمات المفتاحية: رادار السيارات, صفيف هوائي, 24 جيجاهرتز, إنترنت الأشياء, تحسين بالذكاء الاصطناعي