CN103492900A - 天线装置、放大器和接收器电路、以及雷达电路 - Google Patents

Abstract

一种天线装置（1i）包括第一链（301）的至少两个天线组件（31i），其中天线组件（31i）中的每一个包括具有用于发射雷达波（22i）的一排天线补片（92）的发射天线（2i）；以及具有用于接收雷达响应波（320）的一排天线补片（92）的接收天线（4i）；其中所述接收天线（4i）的所述一排天线补片（92）与所述发射天线（2i）的所述一排天线补片（92）对齐。用于放大雷达信号（20）和用于接收雷达响应信号（320）的放大器和接收器电路（3i），所述放大器和接收器电路（3i）包括移相器（323）以用于移位所述雷达信号（20）的相位以被放大并用于同步移位所接收到的雷达响应信号（320）。雷达电路（310）包括第一链（301）的至少两个雷达组件（39i），其中雷达组件（39i）中的每一个包括：如上所述的放大器和接收器电路（3i）；用于发射雷达波（20）的发射天线（2i）；以及用于接收雷达响应波（320）的接收天线（4i）。

Description

天线装置、放大器和接收器电路、以及雷达电路

技术领域

本发明涉及天线装置并且涉及雷达电路。

背景技术

天线和半导体技术的不断改进有助于执行智能雷达系统的新概念。

发明内容

如所附权利要求中所描述的，本发明提供了天线装置和雷达电路。

本发明的具体实施例在从属权利要求中被陈述。

参照下文中描述的实施例，本发明的这些或其它方面将会很明显并且被阐述。

附图说明

参照附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。在附图中，类似的参考数字被用于表示相同的或功能相似的元件。附图中的元件为了简单以及清晰而被图示，并且不一定按比例绘制。

图1示意性地示出了第一示例雷达电路上的顶视图。

图2示意性地示出了具有特定电气条件的微带补片天线的细节的示例实施例。

图3示意性地示出了当具有与图2中所示出的电气条件相反的电气条件的时候在另一个实例的微带补片天线的示例实施例。

图4示意性地示出了由图1的示例雷达电路执行的波束形成的示例实施例。

图5示意性地示出了当在如图4中所示出的反射物体的星群中采用图1的示例雷达电路的时候接收到的雷达响应的信号强度的示例实施例。

图6示出了第二示例雷达电路。

图7示意性地示出了由图6的示例雷达电路执行的波束形成的示例实施例。

图8示意性地示出了可用于根据图6的雷达电路的放大器和接收器电路的示例实施例。

图9示意性地示出了雷达电路的提取物。

具体实施方式

由于本发明说明的实施例可能大部分是通过使用本领域所属技术人员所熟知的电子元件和电路被实施，所以不会在比上述所说明的认为有必要的程度大的任何程度上解释细节，以用于对本发明基本概念的理解以及认识并且为了不混淆或偏离本发明所教之内容。在本说明书的上下文中，可假定能够接通和断开电流的任何器件也能够控制转换的电流强度。例如在晶体管的背景下，可基于控制电流或控制电压执行电流强度控制和/或开关。可连续地执行电流的控制。用于信息的传输的线路可包括有线接口、无线电接口、或光纤接口中的至少一个。

图1示意性地示出了第一示例雷达电路10上的顶视图。雷达电路10可包括两个微带补片天线21、22以用于发射雷达信号20（参见图8）。第一放大器和接收器（PARx）电路31可馈送第一发射天线21，并且第二放大器和接收器电路32可馈送第二发射天线22。放大器和接收器电路31、32中的每一个可具有四个接收通道61、62、63、64。每一个接收通道6i可由专用于各自接收通道6i的自己的微带补片天线4i提供。本地振荡器80可向两个放大器和接收器电路31、32馈送本地振荡器信号81。两个放大器和接收器电路31、32中的每一个可生成自己的中频信号71、72以用于将其馈送给解调单元85。雷达电路10可包括控制单元83。经由校准线路86，控制单元83可向两个放大器和接收器电路31、32中的每一个馈送相位校准信号。控制单元83可经由另一个控制线路68控制本地振荡器80。本地振荡器80可经由本地振荡器信号线路82向控制单元83馈送本地振荡器信号81。

图2示意性地示出了具有特定电气条件的微带补片天线2i的细节的示例实施例。微带补片天线2i可包括被布置在由隔离材料制成的层88上的导电条90、92、112。导电层89可被布置在隔离层88的相对侧上。导电层89可被称为“接地层”。放大器3i（参见图1或图6）可向输入端子90或向微带补片天线2i的馈送线路90馈送射频信号20（参见图8）。射频信号20可通过微带补片天线2i传播，直到它到达微带补片天线2i的最后补片92或微带补片天线2i的输出端子94。当微带补片天线2i具有符合射频信号20的基本频率1/λ的间距96的时候，雷达信号20的波可在如图2中所示的补片92和导电层89之间形成电场线98。当馈送线路90的传播方向100上的补片92的间距96符合雷达信号20的波长λ的时候，补片92的所有导入边沿104可具有相同的电势。导入边沿104可垂直于传播方向100。然后，补片92的所有导出边沿106可具有相同的电势，但异号。换句话说，当馈送线路90传播方向100上的补片92的长度108和相邻补片92之间的馈送线路112的长度110中的每一个大约等于传播方向100上的微带补片结构2i内的雷达信号波长λ的一半λ/2的时候，其适用。因此，与在边沿104、106处的图2和图3中所示出的每一个电场线98的补片92的表面（宽边）平行的场分量99可具有相同方向、相同值和相同符号。导出边沿106可垂直于传播方向100。

图3示意性地示出了在另一个实例而不是图2的实例的微带补片天线2i的示例实施例，其中微带补片天线2i的电气条件与图2中所示出的电气条件相反。因此，假定适合于补片92的间距96的波长λ被应用，具有一系列补片92的这样的微带补片天线2i的所有补片92可表现为一组同步振荡电偶极子。因此，每一个天线补片92可形成发射无线电波的振荡电偶极子，其中具有垂直于每一个补片92的表面的指向向量116。当所有天线补片92同步运作的时候，所有天线补片92可在同一方向116上发射雷达波。然后，导电接地层89可能充当辐射屏蔽。当微带补片天线被用作接收天线4i的时候，可采用交互天线操作。在这种情况下，天线补片92可接收无线电信号320，并可将这个信号转发给微带补片天线4i的输出端子94，其中微带补片天线4i和微带补片天线2i可具有相同的内置。

图4示意性地示出了被图1的示例雷达电路10发射的发射波束21i的示例实施例。当波束形成仅在接收侧实现的时候，发射天线2i照射场230的每一个方向。当发射器信号照亮整个场230的时候，波束22i可仅在接收端口6i被控制例如以检测电动自行车234或卡车236。

图5示意性地示出了当如图4中所示的在反射物体234、236的星群中采用图1的示例雷达电路10的时候，雷达响应235、237的信号强度235、237的示例实施例。在这种情况下，在接收天线4i处，可能会发生不同目标234、236的重叠，这些目标源自不同方向并具有不同功率电平235、237。在这种情况下，由于与接收信号关联的相位噪声，难以区分所有目标234、236。近的大目标236的本底噪声可能隐藏了远的目标234。而且，近的目标236的本底噪声可能隐藏了远的小目标234。来自卡车236的反射信号237的相位噪声可能隐藏了由电动自行车234反射的信号235。这可能限制了雷达电路10的性能。将需要发射器3i的更好的相位噪声以避免隐藏电动自行车234，并检测来自电动自行车234的反射信号。

图6示出了第二示例雷达电路310。通过使用这种雷达电路310，可在放大器321和接收器322处控制波束21i。每一个通道i上的放大器321和接收器322可具有同步相位。放大器侧和接收器侧上的相控阵2i、4i可以执行波束控制。从理论上讲，可以同步至少高达16个数字波束以实现更低的功耗和更好的分辨率。雷达电路310可包括第一链301的至少两个雷达组件391、392。雷达组件391、392中的每一个可包括用于生成雷达信号20（参见图8）和用于接收雷达响应信号320的放大器和接收器电路3i。放大器和接收器电路3i可包括移相器323和混频器324。放大器和接收器电路3i还可包括倍频器420。雷达组件391、392中的每一个可进一步包括用于发射雷达波20的发射天线2i和用于接收雷达响应波320的接收天线4i。雷达组件391、392的发射天线2i和接收天线4i可以是微带补片天线。

图7示意性地示出了由图6的示例雷达电路310执行的波束形成的示例实施例。也可在放大器321和在接收器322处控制雷达波束21i、22i。每一个通道i上的放大器321和接收器322可利用同步相位操作。放大器321可在与接收器322相同的方向上照亮场230。可逐个波束地扫描要被覆盖的整个场230。在这种情况下，来自电动自行车234的反射信号320'的场强235'可以超越来自卡车236的反射信号320'（参见图5中的虚线斜率）的场强237'。因此，这种雷达电路310可克服第一示例的雷达电路10的局限性。可采用控制波束21i（例如，在三个方向上）的固定步进相移。在上面，可应用在接收器信号320上的数字波束形成。可以使用对于每个放大器/接收器对3i采用单一的单独放大器和接收器电路芯片的电路。这可以有助于减少由于路径损耗和/或从天线2i、4i到芯片的路径的路由改变而造成的损耗。损耗的减少可增加总的灵敏度，并允许器件尺寸的减少，这是因为可以降低天线补片92的总数。此外，或作为替代，增加的总的灵敏度可允许输出功率的减少。

天线装置1i可包括第一链301的至少两个天线组件31i，其中天线组件31i中的每一个可以包括：具有一排用于发射雷达波的天线补片92的发射天线2i；以及具有一排用于接收雷达响应波320的天线补片92的接收天线4i；其中所述发射天线2i的所述一排天线补片92可以与所述接收天线4i的所述天线补片92对齐。在第一311的天线组件31i的发射天线2i的一排天线补片92和第二312的天线组件31i的发射天线2i的一排天线补片92之间的距离340可以等于在发射天线2i的响应波长λ的1.2和2个波长之间。原则上，可以以相同方位将发射天线2i和接收天线4i布置在放大器和接收器电路3i的相同侧上。

每一个天线组件31i的放大器和接收器电路3i可位于雷达组件39i的发射天线2i和天线组件31i的接收天线4i之间。雷达组件39i可仅包括用于生成雷达信号20（参见图8）和用于接收雷达响应信号320的一个放大器和接收器电路2i。可变本地振荡器80可位于第一链341的雷达组件39i和第二链302的雷达组件39i之间，其中第二链302的雷达组件39i中的每个可包括：用于生成雷达信号20和用于接收雷达响应信号320的放大器和接收器电路3i，所述放大器和接收器电路3i包括移相器323和倍频器324；用于发射雷达波20的发射天线2i；以及用于接收雷达响应波320的接收天线4i。雷达电路可进一步包括相位控制器350。雷达电路310可进一步包括可变本地振荡器80。

图7图示了用于在三个方向Di上执行对发射波束21i的控制的概念。发射天线2i可在接收天线4i的同一方向上照亮。对于这一点，发射和接收波束22i可被控制，使得发射波束22i同步于接收波束22i，并且反之亦然。放大器321和接收器322可具有同步相位φ。在这种情况下，在每次扫描期间，雷达可保持仅在单一方向Di上查看。为了实现比如图1所示的雷达系统更低的功耗和更好的分辨率，在理论上至少高达16个数字波束可以被合成。随着发射波束22i的同步波束控制，来自卡车236和电动自行车234的反射信号320不必重叠，从而克服了传统系统的局限性。因此，本发明检测或区分重叠目标234、236（另外可以彼此隐藏）的概率可能会高得多。

图8示意性地示出了可用于根据图6的雷达电路310的放大器和接收器电路3i的示例实施例。用于放大雷达信号20和用于接收雷达响应信号320的放大器和接收器电路3i可以包括用于移位所述雷达信号20的相位以被放大并用于同步移位接收到的雷达响应信号320的移相器323。放大器和接收器电路3i可包括倍频器420。

本地振荡器信号82可在输入端子336被提供给放大器和接收器电路3i。每一个放大器和接收电路3i的移相器323可能同时控制放大器/接收通道5i、6i的同步对i。每一个放大器和接收器3i或可只需要倍频器链420。两种方法中的每一种都可能降低功耗。移相器323可被放置在倍频器之前或之后。基带块326可在接收器芯片上被集成。

图9示意性地示出了雷达电路330的示例实施例的提取物。雷达电路330可包括压控振荡器80、链30j的放大器和接收器电路3i、以及雷达信号20的解调器85。这三个电路3i、80、85的所有或任何子集可集成在单个芯片上。

压控振荡器80可以在输出端子339处提供本地振荡器信号81。本地振荡器信号81可被馈送给链301的放大器和接收器电路3i的第一放大器和接收器电路32。例如50MHz的参考时钟358可被馈送给压控振荡器80的参考时钟端子359和雷达响应信号320的解调器85。框512可包括过滤器。端子513可以是除法器测试输出。除法器测试输出513可在锁相环中被采用。端子514可以是用于带开关的控制端子。端子515可表示用于控制压控振荡器的频率的输入。

每一个放大器和接收器电路3i可以再生本地振荡器信号81并且经由本地振荡器信号输出端子332将其转发给链30j的下一个放大器和接收器电路3i，直到链30j的每一个放大器和接收器电路3i由本地振荡器信号81提供。每一个放大器和接收器电路3i可具有相位校准端子334，其可由微处理器控制单元83提供的相位校准信号356控制。放大器和接收器电路3i中的每一个可在输出端子338处提供中频信号7i。该中频信号7i可被提供给解调器电路85。每一个放大器和接收器电路3i可包括数-模-转换器416以用于控制发射功率、移相器323、相位校准器418、倍频器420、滤波器422、放大器424以及混频器324。如图7中所示出的，移相器323可被用于控制发射21i和接收波束22i。每一个放大器和接收器电路3i可具有用于相位校准、用于本地振荡器信号81、用于从接收天线4i接收到的雷达响应信号20的输入端子334。每一个放大器和接收器电路3i可具有输出端子5i以用于提供经由发射天线2i要被发送的雷达信号20、用于要被提供给链30j的放大器和接收器电路3i中的下一个放大器和接收器电路3i的本地振荡器信号输入端子336的本地振荡器信号81、要被提供给解调器电路80的中频信号7i。端子516可以是输入端子以控制相移。

解调器电路80可具有用于从放大器和接收器电路3i接收中频信号7i的输入端子。解调器电路80可具有用于输出解调的基带雷达信号的输出端子518、519。输出信号可被转换为数字信号。

压控振荡器电路80可具有用于设置本地振荡器频率（切换频带）的输入端子和用于参考时钟358（其可以例如是50MHz）的输入端子中的至少一个。压控振荡器电路80可具有用于通过电压或电流控制调制本地振荡器频率的输入端子515。压控振荡器80可包括除法器、以及用于除法器测试输出的过滤器。解调器电路可以包括加法器、基带电路和模-数转换器。

总之，可在发射器侧和接收器侧上控制雷达波束。可采用多倍放大器和接收器电路芯片。每一个放大器和接收器电路可包括单一的移相器。每一个放大器和接收器电路可以用自己的相位操作，其中（所考虑的）放大器和接收器电路的放大器和接收器电路都被同步到该相位。因此，本发明提供了新的天线布置以及放大器和接收器芯片组分区。通过这个概念，可以克服基于仅在接收器侧上形成的波束的波束形成系统的限制。由于减少了从天线到芯片的损耗，所以较小的天线、或者更低的功耗可能会导致更小的传感器。在所描述的示例配置的情况下，具有在发射侧和接收侧上形成波束的高达16个合成通道是可能的。上述的任何器件可完全集成在一个集成电路内。上述公开的任何器件可完全集成在一个管芯上。

在前面的说明中，参照本发明实施例的特定示例已经对本发明进行了描述。然而，很明显，在不脱离如所附权利要求中所陈述的本发明的更宽精神及范围的情况下，可做出各种修改和变化。

如在此讨论的连接可以是适于例如经由中间设备传输来自或去往相应的节点、单元或设备的信号的任何类型的连接。因此，除非暗示或另外表明，所述连接例如可以是直接连接或间接连接。所述连接可以被图示或描述为涉及单一连接、多个连接、单向连接、或双向连接。然而，不同实施例可以改变连接的实现。例如，可以使用单独单向连接而不是双向连接，并且反之亦然。而且，多个连接可以被替换为连续地或以时间复用方式传输多个信号的单一连接。同样地，携带多个信号的单一连接可以被分离成携带这些信号的子集的各种不同的连接。因此，存在用于传输信号的许多选项。

尽管在示例中已经描述了特定导电类型或电势极性，但是将理解，导电类型和电势极性可以反转。

本发明所描述的每一个信号或可被设计为正逻辑或负逻辑。在负逻辑信号的情况下，所述信号是低活性，其中所述逻辑真状态对应于逻辑电平0。在正逻辑信号的情况下，所述信号是高活性，其中所述逻辑真状态对应于逻辑电平1。注意，在此描述的任何信号可以被设计为负逻辑信号或正逻辑信号。因此，在替代实施例中，被描述为正逻辑信号的那些信号可被实施为负逻辑信号，以及被描述为负逻辑信号的那些信号可被实施为正逻辑信号。

本领域技术人员将认识到：逻辑块之间的界限仅仅是说明性的并且替代实施例可以合并逻辑块或电路元件或在各种逻辑块或电路元件上强加替代的分解功能。因此，应了解，在此描述的架构仅仅是示例性的，并且事实上可以实现实现相同功能的很多其它架构。例如，传感部分可被看作独立于传感布置转换器件，或者它们可以是共同电路的元件。类似的语句持有存储部分和存储布置转换器件。对于晶体管，可以利用任何种类的合适晶体管。晶体管例如可以是双极结型晶体管、场效应晶体管、MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）、JFET（结栅场效应晶体管）、或任何其它类型的晶体管。对于不同的晶体管，可以利用不同类型的晶体管。例如，用于输入差分对的一个晶体管的晶体管类型可以不同于用于栅极晶体管的晶体管类型。

为了实现相同功能的任何组件的布置是有效地“关联”使得所需的功能得以实现。因此，在此组合以实现特定功能的任何两个元件可以被看作彼此“相关联”使得所需的功能得以实现，而不论架构或中间元件。同样地，如此关联的任何两个组件还可以被认为是彼此被“可操作连接”或“可操作耦合”以实现所需的功能。

此外，本领域所属技术人员将认识到以上描述的操作之间的界限只是说明性的。多个操作可以组合成单一的操作，单一的操作可以分布在附加操作中并且可以至少部分地在时间上重叠地执行操作。而且，替代实施例可以包括特定操作的多个示例，并且操作的顺序在各种其它实施例中可以更改。

又如，在一个实施例中，说明的示例可以被实现为位于单一集成电路上的电路或在相同设备内的电路。例如，处理器系统或计算机系统可以被实现为芯片上的系统。替代地，所述示例可以被实现为任何数目的单独集成电路或以合适的方式彼此相联接的单独设备。例如，处理单元和寄存器可以被单独实现。又例如，示例或其一部分可以以诸如任何合适类型的硬件描述语言被实现为软或代码表示的物理电路，或能够转化成物理电路的逻辑表示。

在此描述的半导体衬底可以是任何半导体材料或材料的组合，诸如砷化镓、硅锗、硅晶绝缘体（SOI）、硅、单晶硅等等，以及上面的组合。

在前面的说明中，参照本发明实施例的特定示例已经对本发明进行了描述。然而，很明显，在不脱离附属权利要求中所陈述的本发明的宽范围精神及范围的情况下，可做出各种修改和变化。

然而，其它修改、变化和替代也是可能的。说明书和附图相应地被认为是从说明性的而不是严格意义上来讲的。

在权利要求中，放置在括号之间的任何参照符号不得被解释为限制权利要求。单词“包括”不排除除了权利要求中列出的那些之外的其它元件或步骤的存在。此外，如在此使用的词语“一”或“一个”被定义为一个或不止一个。而且，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的不定冠词时，在权利要求中诸如“至少一个”以及“一个或多个”的介绍性短语的使用也不应该被解释成暗示通过不定冠词“一”或“一个”引入的其它权利要求元素将包括这样介绍的权利要求元素的任何特定权利要求限制成仅包含一个这样的元素的发明。对于定冠词的使用也是如此。除非另有说明，使用诸如“第一”以及“第二”的术语来任意地区分这样的术语描述的元素。因此，这些术语不一定旨在指示这样的元素的时间或其它优先次序。在相互不同的权利要求中记载某些措施的事实并不指示这些措施的组合不能被用于获取优势。

Claims (12)

1.一种天线装置（1i），包括第一链（301）的至少两个天线组件（31i），其中所述天线组件（31i）中的每一个包括：

-发射天线（2i），所述发射天线（2i）具有用于发射雷达波（22i）的一排天线补片（92）；以及

-接收天线（4i），所述接收天线（4i）具有用于接收雷达响应波（320）的一排天线补片（92）；其中所述接收天线（4i）的所述一排天线补片（92）与所述发射天线（2i）的所述一排天线补片（92）对齐。

2.一种用于放大雷达信号（20）和用于接收雷达响应信号（320）的放大器和接收器电路（3i），所述放大器和接收器电路（3i）包括移相器（323），以用于移位所述雷达信号（20）的相位以被放大并用于同步移位所接收到的雷达响应信号（320）。

3.根据权利要求2所述的放大器和接收器电路（3i），所述放大器和接收器电路（3i）包括倍频器（420）。

4.一种雷达电路（310），包括第一链（301）的至少两个雷达组件（39i），其中所述雷达组件（39i）中的每一个包括：

-根据权利要求2或3所述的放大器和接收器电路（3i）；

-用于发射雷达波（20）的发射天线（2i）；以及

-用于接收雷达响应波（320）的接收天线（4i）。

5.根据权利要求4所述的雷达电路（310），其中所述雷达组件（39i）的所述发射天线（2i）和接收天线（4i）由根据权利要求1所述的天线装置（1i）形成。

6.根据权利要求4或5所述的雷达电路（310），其中每一个雷达组件（39i）的所述放大器和接收器电路（3i）位于所述雷达组件（39i）的发射天线（2i）和所述雷达组件（39i）的接收天线（4i）之间。

7.根据权利要求4至6中的一个所述的雷达电路（310），其中所述雷达组件（39i）中的每一个仅包括一个放大器和接收器电路（3i），以用于生成雷达信号（20）和用于接收雷达响应信号（320）。

8.根据权利要求4至7中的一个所述的雷达电路（310），其中所述本地振荡器（80）位于所述雷达组件（39i）的所述第一链（301）和所述雷达组件（31i）的第二链（302）之间，其中所述第二链（302）的所述雷达组件（39i）包括：

-根据权利要求2或3所述的放大器和接收器电路（3i）；

-用于发射雷达波（20）的发射天线（2i）；以及

-用于接收雷达响应波（320）的接收天线（4i）。

9.根据权利要求4至8中的一个所述的雷达电路（310），其中所述雷达电路（310）进一步包括相位控制器（350）。

10.根据权利要求4至9中的一个所述的雷达电路（310），其中所述雷达电路（310）进一步包括本地振荡器（80）。

11.根据权利要求1至10中的一个所述的装置（1i、3i、310），其中整个装置（1i、3i、310）被集成在一个集成电路上。

12.根据任何权利要求11所述的装置（1i、3i、310），其中整个装置（1i、3i、310）被集成在一个管芯上。

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