CN105098382B - 射频系统 - Google Patents

Abstract

一种射频系统。该射频系统包括：基板；多个天线串列，形成于基板的第一面，每一天线串列包括多个辐射件串接于序列，且多个天线串列分类为第一及第二群组；多个导线，形成于基板的第二面，用来传输射频信号；多个连接件，设置于基板中，用来耦接多个导线与多个天线串列中第二群组的天线串列；第一射频信号处理模块，耦接于第一群组的天线串列，用来通过第一群组的天线串列收发射频信号；以及第二射频信号处理模块，耦接于多个导线，用来藉由多个导线及多个连接件耦接第二群组的天线串列，以通过第二群组的天线串列收发射频信号。本发明可避免因高于水平面物体的反射所造成的错误警报，以提升系统效能及系统可靠度，且可增加车用雷达系统的功能。

Description

射频系统

技术领域

本发明涉及一种射频系统，尤指一种可不大幅增加设置面积即增加收发功能的射频系统。

背景技术

阵列天线是多个相同的天线按一定规律排列构成的天线系统，且通过调整阵列天线中天线组件的摆放方式，可使阵列天线达到特定的辐射场型，将主波束集中于特定的方向传递信号。举例来说，针对车用雷达系统，其阵列天线通常设定为对水平方向进行二维检测。然而，在实际应用中，仅水平方向的二维检测可能受到来自高于水平面物体(如告示牌、交通信号标志、桥梁、建筑物等)的反射，由于硬件的限制，常常造成错误警报(FalseAlarm)，而降低系统效能。在此情形下，若能针对车用雷达系统提供具有三维扫描功能的射频系统，同时进行水平与垂直方向的检测，将有助于分辨来自水平或垂直方向的反射，增加系统可靠度，进一步降低错误发报率。

传统上，要增加不同方向的检测功能，最直观的方式是另外增加一组阵列天线，并调整天线组件的摆放方式，以针对垂直方向进行检测。然而，车用雷达系统是将无线信号收发器设置于车辆保险杆或风扇栅罩内部，来进行测距、信息交换等应用。由于车辆保险杆内通常会设置吸震保丽龙或玻璃纤维等，可用空间极为受限，若要额外增加一组阵列天线，势必有许多难度。更有甚者，若车用雷达系统的销售目标为车后市场，亦即雷达供货商将无法参与决策保险杆的材质及厚度，在此情形下，为了尽可能适用大部分车辆，阵列天线的增益、面积、辐射场型等的设计要求将更为严格。

因此，如何在不增加阵列天线所需设置空间下，适当地增加其检测方向或范围，已成为业界所努力的目标之一。

从而，需要提供一种射频系统来解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种射频系统，以在不大幅增加设置空间下，增加天线检测范围。

本发明公开一种射频系统，该射频系统包含：一基板，该基板包含一第一面及一第二面；多个天线串列，该多个天线串列形成于该基板的该第一面，每一天线串列包含多个辐射件串接于一序列，且该多个天线串列分类为一第一群组及一第二群组；多个导线，该多个导线形成于该基板的该第二面，用来传输射频信号；多个连接件，该多个连接件设置于该基板中，用来耦接该多个导线与该多个天线串列中该第二群组的天线串列；一第一射频信号处理模块，该第一射频信号处理模块耦接于该多个天线串列中该第一群组的天线串列，用来通过该第一群组的天线串列收发射频信号；以及一第二射频信号处理模块，该第二射频信号处理模块耦接于该多个导线，用来藉由该多个导线及该多个连接件耦接该第二群组的天线串列，以通过该第二群组的天线串列收发射频信号；其中，在该第一射频信号处理模块通过该第一群组的天线串列收发射频信号时，该第一群组的天线串列所产生的一第一电场朝向一第一方向延伸，而该第二射频信号处理模块通过该第二群组的天线串列收发射频信号时，该第二群组的天线串列所产生的一第二电场朝向异于该第一方向的一第二方向延伸；其中，该多个天线串列中的至少一天线串列同时属于该第一群组及该第二群组。

本发明利用共用天线串列，可在不大幅增加设置面积下增加不同方向的扫描功能，藉以避免因高于水平面物体的反射所造成的错误警报，进而提升系统效能及系统可靠度，或者可利用新增的收发功能，实现如车对车通信、车对系统通信等数据传输功能，以增加车用雷达系统的功能。

附图说明

图1A及图1B分别为本发明实施例的一射频系统的一第一面及一第二面的示意图。

图1C为图1A的剖面图。

图2A及图2B为本发明实施例的一射频系统的一第一面及一第二面的示意图。

图3A及图3B分别为图2A的射频系统运作时天线串列的连接方式示意图。

图4A及图4B为图2A的射频系统的天线场型示意图。

主要组件符号说明：

10、20 射频系统

P1 第一面

P2 第二面

A-A' 线

100 基板

AST_1～AST_n 天线串列

R 辐射件

CN_1～CN_n 导线

VT 连接件

102、216 第一射频信号处理模块

104、230 第二射频信号处理模块

L1～L4 边

106 天线基板

108 接地层

110 导线基板

sig_11～sig_1n、sig_21～sig_2n 信号端

212 传输功率分配器

214 接收功率分配器

222、224、226 环形耦合器

CN_11、CN_12、CN_21、CN_22、 导线

CN_31、CN_32、CN_41、CN_42

具体实施方式

请参考图1A至图1C，图1A及图1B分别为本发明实施例的一射频系统10的一第一面P1及一第二面P2的示意图，而图1C为图1A中A-A'线的剖面图。射频系统10可以是一雷达系统的微波收发网络，如车用阵列天线等，且不限于此，其包含有一基板100、天线串列AST_1～AST_n、导线CN_1～CN_n、连接件VT、一第一射频信号处理模块102以及一第二射频信号处理模块104。为求清楚，图1A及图1B标示有基板100的四边L1～L4，以区别第一面P1及第二面P2的图示方向。如图1C所示，第一面P1及第二面P2分别为基板100的上、下两面，且基板100可进一步区分为一天线基板106、一接地层108及一导线基板110。天线串列AST_1～AST_n设置于第一面P1上，导线CN_1～CN_n设置于第二面P2上，而连接件VT则贯穿基板100以连接天线串列AST_1～AST_n与导线CN_1～CN_n。

详细来说，每一天线串列AST_1～AST_n由多个串接于一序列的辐射件R所构成，并分别通过信号端sig_11～sig_1n与第一射频信号处理模块102耦接，因此第一射频信号处理模块102可通过天线串列AST_1～AST_n收发射频信号。另一方面，导线CN_1～CN_n则通过信号端sig_21～sig_2n与第二射频信号处理模块104耦接，并通过贯穿基板100的连接件VT与天线串列AST_1～AST_n耦接。在此情形下，第二射频信号处理模块104可藉由导线CN_1～CN_n及连接件VT而耦接天线串列AST_1～AST_n，进而通过天线串列AST_1～AST_n收发射频信号。

简言之，第一射频信号处理模块102及第二射频信号处理模块104共用天线串列AST_1～AST_n进行射频信号的收发，藉此可节省天线布局空间。换个角度而言，射频系统10可视为包含两组射频处理系统，一组由第一射频信号处理模块102及天线串列AST_1～AST_n所构成，另一组由第二射频信号处理模块104、导线CN_1～CN_n、连接件VT及天线串列AST_1～AST_n所构成。

需注意的是，图1A至图1C的射频系统10为本发明的实施例，本领域的普通技术人员应当可据以作不同的修饰，而不限于此。举例来说，导线CN_1～CN_n用来传递射频信号，其长度、宽度、形状、材质等可视系统需求而适当调整；或者，任一导线CN_1～CN_n亦可分段或多个导线串接或并联等，皆属本发明的范畴。连接件VT用来耦接导线CN_1～CN_n与天线串列AST_1～AST_n，其可以连通柱(Via)或耦合件方式实现，而设置的位置、材质等亦可适当调整。此外，辐射件R用来发射或感应射频信号，其大小、形状、材质等皆应视系统需求而适当调整，同样地，相邻辐射件R间连接的方式(直接连接或耦合连接)、连接线长度，或是辐射件R的数量等皆可适应性调整；举例来说，本发明申请人在专利申请号为101144453的中国台湾专利申请中公开一种天线及其所衍生的阵列天线即可用来实现或取代本发明的辐射件R或天线串列AST_1～AST_n。

另一方面，在射频系统10中，如图1A及图1B所示，第一射频信号处理模块102及第二射频信号处理模块104独立设置，实际上，第一射频信号处理模块102及第二射频信号处理模块104亦可分别设置于基板100的第一面P1与第二面P2上。同时，第一射频信号处理模块102及第二射频信号处理模块104表示不同处理模块，两者可分别包含一或多个接收处理单元或发射处理单元，进而分别达到多发或多收的处理模式。此外，在射频系统10中，所有天线串列AST_1～AST_n皆由第一射频信号处理模块102及第二射频信号处理模块104所共用，然而，此仅为一实施例，天线串列AST_1～AST_n亦可仅一部分由第一射频信号处理模块102及第二射频信号处理模块104所共用。再者，第一射频信号处理模块102及第二射频信号处理模块104直接处理天线串列AST_1～AST_n所收发的射频信号，换言之，每一天线串列AST_1～AST_n的权重(或功率)相同；然而，若需调整天线串列AST_1～AST_n的信号权重，亦可采用功率分配器等方式调整每一天线串列AST_1～AST_n间的功率比。

举例来说，请参考图2A及图2B，图2A及图2B为本发明实施例的一射频系统20的一第一面P1及一第二面P2的示意图。射频系统20由射频系统10所衍生，其主要架构大致相同，因此为求清楚，图2A及图2B亦标示有四边L1～L4，以区别第一面P1及第二面P2的图示方向。与射频系统10不同的是，射频系统20包含10个天线串列AST_1～AST_10，且每一天线串列AST_1～AST_10包含8个辐射件R。此外，射频系统20的第一面P1上除了天线串列AST_1～AST_10外，还设置有一传输功率分配器212、一接收功率分配器214、一第一射频信号处理模块216及环形耦合器222、224、226。传输功率分配器212、接收功率分配器214及环形耦合器222、224、226的运作方式可进一步参考本发明申请人在专利申请号为102102470的中国台湾专利申请中所公开的功率分配器及射频收发系统。其中，第一射频信号处理模块216通过传输功率分配器212及接收功率分配器214耦接于天线串列AST_1～AST_3、AST_5、AST_7、AST_8、AST_10，以实现一发二收的操作。也就是说，天线串列AST_1～AST_3所接收的信号传送至第一射频信号处理模块216的两接收端(其中，天线串列AST_2为第一射频信号处理模块216的两接收端共用)，而第一射频信号处理模块216的发射端所输出的射频信号则通过天线串列AST_5、AST_7、AST_8、AST_10发射至空中。为求简洁，可与第一射频信号处理模块216建立连结的天线串列AST_1～AST_3、AST_5、AST_7、AST_8、AST_10分类为第一群组的天线串列。另一方面，射频系统20在第二面P2上设置有一第二射频信号处理模块230及导线CN_11、CN_12、CN_21、CN_22、CN_31、CN_32、CN_41、CN_42、CN_5～CN_8，并可通过连接件VT，耦接于天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9。为求简洁，可与第二射频信号处理模块230建立连结的天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9分类为第二群组的天线串列。

由上述可知，天线串列AST_1～AST_3、AST_7、AST_8同属第一群组及第二群组，换言之，第一射频信号处理模块216及第二射频信号处理模块230共用天线串列AST_1～AST_10中一部分的天线串列(即AST_1～AST_3、AST_7、AST_8)。此外，射频系统20的导线CN_11、CN_12对应于同一天线串列AST_1的两分段，导线CN_21、CN_22对应于同一天线串列AST_2的两分段，导线CN_31、CN_32对应于同一天线串列AST_3的两分段，以及导线CN_41、CN_42对应于同一天线串列AST_4的两分段。导线CN_11、CN_21、CN_31、CN_41连接至第二射频信号处理模块230的同一接收端，导线CN_12、CN_22、CN_32、CN_42连接至第二射频信号处理模块230的另一接收端，而导线CN_5～CN_8则连接至第二射频信号处理模块230的发射端。换言之，第二射频信号处理模块230可通过导线CN_11、CN_12、CN_21、CN_22、CN_31、CN_32、CN_41、CN_42、CN_5～CN_8及连接件VT，耦接至天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9，以实现一发二收的操作。

因此，第一射频信号处理模块216可通过天线串列AST_1～AST_3、AST_5、AST_7、AST_8、AST_10实现一发二收的操作，而第二射频信号处理模块230则通过天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9实现一发二收的操作。换言之，本发明可通过共用天线串列方式，利用原有一发二收的阵列天线，达到二发四收的操作，因而可节省所需设置空间，以利于可用空间较为受限的应用，如车用雷达系统。

此外，当第一射频信号处理模块216进行一发二收操作时，天线串列AST_1～AST_3、AST_5、AST_7、AST_8、AST_10的各天线串列中的辐射件R以串联方式连接；而当第二射频信号处理模块230进行一发二收操作时，天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9的各天线串列中的辐射件R以并联方式连接。在此情形下，当第一射频信号处理模块216及第二射频信号处理模块230运作时，射频系统20将可产生不同极化方向。详细来说，请进一步参考图3A及图3B，图3A及图3B分别为第一射频信号处理模块216及第二射频信号处理模块230运作时天线串列AST_1～AST_10的连接方式示意图。需注意的是，图3A及图3B为显示不同操作情况下天线串列AST_1～AST_10中辐射件R的连接方式，故其中省略绘示了大部分组件，完整结构应参考图2A及图2B。例如，图3A为第一射频信号处理模块216操作时天线串列AST_1～AST_10的连接方式，由于在此情形下，第一射频信号处理模块216仅利用天线串列AST_1～AST_3、AST_5、AST_7、AST_8、AST_10进行信号收发，故仅显示天线串列AST_1～AST_3、AST_5、AST_7、AST_8、AST_10。同理，图3B为第二射频信号处理模块230操作时天线串列AST_1～AST_10的连接方式，由于在此情形下，第二射频信号处理模块230仅利用天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9进行信号收发，故仅显示天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9；此外，需注意的是，由于天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9与导线CN_11、CN_12、CN_21、CN_22、CN_31、CN_32、CN_41、CN_42、CN_5～CN_8分别位于第一面P1及第二面P2，故图3B以虚线表示天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9。

比较图3A及图3B可知，当第一射频信号处理模块216及第二射频信号处理模块230进行一发二收操作时，辐射件R分别以串联及并联方式连接，因而可产生不同极化方向。例如，通过适当摆设方式，若第一射频信号处理模块216操作时射频系统20呈水平极化，即天线串列AST_1～AST_3、AST_5、AST_7、AST_8、AST_10所产生的一第一电场朝向水平方向延伸，则当第二射频信号处理模块230操作时，射频系统20将呈垂直极化，即天线串列AST_1～AST_4、AST_6～AST_9所产生的一第二电场朝向垂直方向延伸。关于上述两种操作情形下的天线场型可进一步参考图4A及图4B。其中，图4A为第一射频信号处理模块216操作时水平方向的二维天线场型图，曲线Rx1、Rx2表示天线串列AST_1～AST_3的接收场型，而曲线Tx1表示天线串列AST_5、AST_7、AST_8、AST_10的发射场型。图4B为第二射频信号处理模块230操作时垂直方向的二维天线场型图，曲线Rx3、Rx4表示天线串列AST_1～AST_4的接收场型，而曲线Tx2表示天线串列AST_6～AST_9的发射场型。

由图4A及图4B可知，射频系统20可操作于水平极化及垂直极化。在此情形下，若将射频系统20应用于车用雷达系统，由于射频系统20可提供水平及垂直方向的三维扫描功能，将有助于分辨来自水平或垂直方向的反射，可避免因高于水平面物体的反射所造成的错误警报，进而提升系统效能及系统可靠度。除此之外，第二射频信号处理模块230所新增的一发二收操作除了可用来进行垂直方向的扫描外，在其他实施例中，亦可用来传输数据，例如实现车对车通信、车对系统通信等，且不限于此。

需注意的是，射频系统20由射频系统10所衍生，并采用了专利申请号为102102470的中国台湾专利申请中所公开的功率分配器。然而，此仅为一实施例，本领域的普通技术人员应当可根据系统所需作不同的修饰，而不限于此。举例来说，在专利申请号为102102470的中国台湾专利申请中，同一子阵列天线所使用的辐射件具有不同大小，此概念或其衍生变化亦可用于本发明。另一方面，适用于本发明的功率分配器亦不限于专利申请号为102102470的中国台湾专利申请中所公开的功率分配器，例如本发明申请人还在专利申请号为102126517的中国台湾专利申请中公开一种功率分配器及射频装置，其亦可适当调整后适用于本发明，而不限于此。

本发明通过共用天线串列的方式，以在不大幅增加电路面积下，额外增加信号收发的路径，因而可节省所需设置空间。此外，由于本发明的导线(CN_1～CN_n)与天线串列(AST_1～AST_n)设置于基板(100)的两面，可因此降低导线与天线串列间的干扰，进一步提升两种操作模式下的效能。

在公知技术中，要增加车用雷达系统的检测功能需额外增加一组阵列天线，因而大幅增加设置面积。相比之下，本发明在天线串列的不同面增加导线，再利用连接件连结天线串列，以共用天线串列的方式，在不大幅增加设置面积下，额外增加收发功能。而此新增的收发操作除可提供不同方向的扫描功能外，亦可用来传输数据。

综上所述，本发明利用共用天线串列，可在不大幅增加设置面积下增加不同方向的扫描功能，藉以避免因高于水平面物体的反射所造成的错误警报，进而提升系统效能及系统可靠度，或者可利用新增的收发功能，实现如车对车通信、车对系统通信等数据传输功能，以增加车用雷达系统的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种射频系统，该射频系统包括：

一基板，该基板包括一第一面及一第二面；

其特征在于，该射频系统还包括：

多个天线串列，该多个天线串列形成于该基板的该第一面，每一天线串列包括多个辐射件串接于一序列，且该多个天线串列分类为一第一群组及一第二群组；

多个导线，该多个导线形成于该基板的该第二面，用来传输射频信号；

多个连接件，该多个连接件设置于该基板中，用来耦接该多个导线与该多个天线串列中该第二群组的天线串列；

一第一射频信号处理模块，该第一射频信号处理模块耦接于该多个天线串列中的该第一群组的天线串列，用来通过该第一群组的天线串列收发射频信号；以及

一第二射频信号处理模块，该第二射频信号处理模块耦接于该多个导线，用来藉由该多个导线及该多个连接件耦接该第二群组的天线串列，以通过该第二群组的天线串列收发射频信号；

其中，在该第一射频信号处理模块通过该第一群组的天线串列收发射频信号时，该第一群组的天线串列所产生的一第一电场朝向一第一方向延伸，而该第二射频信号处理模块通过该第二群组的天线串列收发射频信号时，该第二群组的天线串列所产生的一第二电场朝向异于该第一方向的一第二方向延伸；

其中，该多个天线串列中的至少一天线串列同时属于该第一群组及该第二群组。

2.如权利要求1所述的射频系统，其中该第一射频信号处理模块形成于该基板的该第一面。

3.如权利要求1所述的射频系统，其中该第二射频信号处理模块形成于该基板的该第二面。

4.如权利要求1所述的射频系统，其中该第一方向与该第二方向垂直。

5.如权利要求1所述的射频系统，该射频系统还包括一第一功率分配器，该第一功率分配器耦接于该第一射频信号处理模块与该第一群组的天线串列之间。