CN107085203A - 多个发射天线的相位校准设备 - Google Patents

Abstract

在一种相位校准设备中，第一集成电路(2a、202a、402a、502a)输出用于生成第一发射天线(3a、403b、603a)的发射波的发射信号，第二集成电路(2b、202b、402b、402c、502b)输出用于生成第二发射天线(3b、403c、603b)的发射波的发射信号，校准接收天线(4、204、304、404a、404b、504、604、704)被设置为在接收第一发射天线和第二发射天线的发射波时处于电耦合量在理论上相同的状态，接收电路(5)从校准接收天线获取接收信号，以及控制电路(6)在第一集成电路和第二集成电路向第一发射天线和第二发射天线输出发射信号时基于接收电路的接收信号的振幅来校准发射信号的相位。

Description

多个发射天线的相位校准设备

技术领域

本公开内容涉及用于多个发射天线(transmission antenna)的相位校准设备。

背景技术

近年来，例如，毫米波雷达已经应用于被安装在车辆前方的防碰撞系统，以避免车辆与周围物体之间的碰撞。这种毫米波雷达使用多个发射天线，并改变从发射天线所发射的发射波(transmission wave)的相位，从而能够电调整信号发射方向(例如，参见JP2015-152335A)。

为了实际地配置(configure)上述设备，必须实施多个发射天线。在此情况下，实际上优选地将多个集成电路与用于输出发射信号的发射天线进行组合。然而，例如，在将集成电路组合在一起的配置中，连接在相应集成电路之间的线的长度可以增加到相对于发射波的波长(例如，毫米波段)不能忽略的程度。已经证明，在此情况下，出现来自受集成电路控制的发射天线的发射波的相移，并且不能实现具有预期的方向性特性的波束形成技术。在配备有使用多个发射天线的波束形成技术的系统中同样会出现这样的问题。

发明内容

本公开内容的目的在于提供一种用于多个发射天线的相位校准设备，其即使在提供与发射天线相对应的多个集成电路时也能够校准来自发射天线的发射信号的相位。

根据本公开内容的一个方面的相位校准设备包括多个发射天线、第一集成电路、第二集成电路、校准接收天线、接收电路和控制电路。发射天线被设置为使得能够使用波束形成技术来改变发射波的方向。发射天线包括第一发射天线以及与第一发射天线不同的第二发射天线。第一集成电路在接收到参考信号后使用该参考信号输出用于生成第一发射天线的发射波的发射信号。

第二集成电路连接到第一集成电路、从第一集成电路接收参考信号、并输出用于生成第二发射天线的发射波的发射信号。校准接收天线被设置为当接收第一发射天线和第二发射天线的发射波时处于电耦合量在理论上相同的状态。接收电路从校准接收天线获取接收信号。

当第一集成电路和第二集成电路向第一发射天线和第二发射天线输出发射信号时，控制电路基于响应于发射信号之间的相位差的变化而变化的接收电路的接收信号的振幅来校准发射信号的相位。

即使在提供了与发射天线相对应的多个集成电路时，该相位校准设备也可以校准来自多个发射天线的发射信号的相位。

附图说明

依据以下具体实施方式并结合附图，本公开内容的另外的目的和优点将更加显而易见。在附图中：

图1是示意性地示出根据第一实施例的毫米波雷达系统的电气配置的图示；

图2是示意性地示出发射天线的部分配置和基板的横截面的透视图；

图3是示意性地示出校准过程的流程图；

图4是示出接收振幅相对于相位变化的特性图；

图5是示意性地示出根据第二实施例的校准过程的流程图；

图6是示出接收振幅相对于相位变化的特性图；

图7是示出接收振幅相对于相位变化的特性图；

图8是示意性地示出根据第三实施例的校准过程的流程图；

图9是示出接收振幅相对于相位变化的特性图；

图10是示出接收振幅相对于相位变化的特性图；

图11是示意性地示出根据第四实施例的毫米波雷达系统的电气配置的图示；

图12是示意性地示出根据第五实施例的毫米波雷达系统的电气配置的图示；

图13是示出放大的接收天线的俯视图；

图14是示意性地示出根据第六实施例的毫米波雷达系统的电气配置的图示；

图15是示意性地示出根据第七实施例的毫米波雷达系统的电气配置的图示；

图16是示意性地示出根据第八实施例的毫米波雷达系统的电气配置的图示；

图17是示出接收天线和发射天线的一部分的放大俯视图；以及

图18是示意性示出根据第九实施例的毫米波雷达系统的电气配置的图示。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来说明用于多个发射天线的相位校准设备的若干实施例。在下述的相应实施例中，执行相同或相似操作的配置由相同或相似的附图标记表示，并且将根据需要省略其说明。在以下实施例中，相同或相似的配置由具有十位和个位的相同附图标记表示以进行说明。在下文中，将说明被应用于使用波束形成技术的毫米波雷达系统的相位校准设备。

(第一实施例)

图1至图4例示了第一实施例的说明性视图。图1示意性地示出了电气配置。毫米波雷达系统101按照以下方式被配置：将多个集成电路2a、2b、2c、2d...、多个发射天线3a、3b、3c、3d...、校准接收天线4、接收电路5、控制电路6和参考振荡电路7安装在例如单个基板8上。一个集成电路2a执行主操作，其它集成电路2b、2c、2d...执行从属操作，并且集成电路2a、2b...具有用于相应发射天线3a、3b...的雷达信号发射功能。集成电路2a对应于第一集成电路。集成电路2b...对应于第二集成电路。发射天线3a对应于第一发射天线。发射天线3b...对应于第二发射天线。

在图1中例示了集成电路2a、2b、2c、2d...中的四个集成电路，但集成电路的数量可以设置为两个或三个、或五个或更多个。由于执行从属操作的集成电路2b、2c、2d...的配置彼此相同，因此以下将说明执行主操作的集成电路2a与执行从属操作的集成电路2b之间的关系。将说明集成电路2c、2d...与集成电路2a的配置和协作操作，但是说明中将省略与集成电路2a和2b之间的关系中相同的操作。

执行主操作的一个集成电路2a包括锁相环(PLL)电路9和发射电路10a。执行从属操作的集成电路2b包括相位调整电路11和发射电路10b。校准接收天线4与接收电路5连接，并且接收电路5与控制电路6连接。控制电路6控制相位调整电路11的校准相位φ。控制电路6与集成电路2a和2b分离地形成在基板8上，并且由例如包含使用专用集成电路的存储器的微型计算机来配置。

另外，参考振荡电路7形成在集成电路2a、2b...的外部。参考振荡电路7生成给定参考频率的振荡信号，并将该振荡信号输出到集成电路2a内部的PLL电路9。在从参考振荡电路7接收到振荡信号后，集成电路2a中的PLL电路9使振荡信号倍增，以生成高精度的参考信号。利用上述配置，PLL电路9可以生成具有预定频率的高精度参考信号。PLL电路9的参考信号被输出到执行主操作的集成电路2a内部的发射电路10a以及执行从属操作的集成电路2b内部的相位调整电路11。在从集成电路2a接收到参考信号后，集成电路2b通过相位调整电路11来调整参考信号的相位，并将调整后的参考信号输出到发射电路10b。

集成电路2a和2b中的发射电路10a和10b分别使用被输入到发射电路10a和10b的参考信号自连接到集成电路2a和2b的发射天线3a和3b来生成发射信号，并将所生成的发射信号同时输出到发射天线3a和3b。集成电路2a和2b的馈电点分别与发射天线3a和3b连接。

如图1所示，假设基板8的正面层L1的平面方向中的一个方向是X方向，与X方向相交的正面层L1的平面方向中的另一方向是Y方向，基板8的与X方向和Y方向两者相交的深度方向为Z方向。特别地，对发射天线3a与校准接收天线4之间的关系的说明将主要集中在XY平面中的关系。

发射天线3a、3b...被配置为在相同的Y方向上延伸并且在X方向上彼此间隔开的阵列天线。利用上述发射天线3a、3b...的阵列，可以使用波束形成技术来改变发射波的方向。发射天线3a、3b...在形状上彼此相同。利用其中平行排列了较大数量的发射天线3a、3b...的配置，可以提高波束形成的精度和增益。

发射天线3a、3b...在X方向上彼此间隔开距离2D。距离2D是只要距离2D相对于与PLL电路9所输出的频率相对应的波长(几毫米)而言不能忽略的距离就可以。校准接收天线4设置在例如发射天线3a、3b...中的位于基板8的中心侧的两个发射天线3a和3b之间。图1例示了用于示出本实施例的特征的校准接收天线4。可替换地，目标检测接收天线可以单独设置，或者目标检测接收天线也可以用作校准接收天线。

校准接收天线4设置在其中在X方向上距离与校准接收天线4的两侧相邻的两个发射天线3a和3b的距离D彼此相等的位置和区域处。具体地，校准接收天线4的至少一部分设置在两个相邻的发射天线3a和3b之间的等分线16中。在本实施例中，校准接收天线4具有与相应发射天线3a、3b...的图案结构相同的结构。因此，将参考图2说明一个发射天线3a的图案结构，并且说明中将省略其它发射天线3b...和校准接收天线4的图案结构。

图2例示了发射天线3a的局部平面配置以及基板8的正面层侧的横截面。基板8由多层基板配置，并且发射天线3a的图案形成在基板8的正面层L1上。从基板8的正面层L1开始的第二层L2形成为固体地表面。图示中省略了从基板8的正面层L1开始的第三层以及后续层。发射天线3b...的图案形成在基板8的正面层L1上，但在图2中未示出。另外，集成电路2a、2b...和各个电路5至7安装在基板8上，但在图2中未示出。发射天线3a被配置为使得贴片天线12a和12b通过一个或多个微带线13a和13b而彼此耦合。在图1中，贴片天线12a和12b的正面层L1的金属表面画有阴影线。

图2中所示的贴片天线12a和12b中的每一个都包括在基板8的正面层L1上的矩形金属表面，并且矩形金属表面的一侧14在X方向上延伸，另一侧15沿着Y方向延伸。两侧14和15例如彼此正交。发射天线3a被配置为使得贴片天线12a和12b的金属表面的侧14的中心通过微带线13a和13b彼此耦合。微带线13a和13b的将贴片天线12a、12b...耦合到集成电路2a、2b...的发射电路10a、10b...的部分的长度在相应发射天线3a、3b中是相同的。换言之，连接到发射电路10a、10b...的相应发射天线3a、3b...的微带线13a、13b...的总线长度在发射天线3a、3b...中是相同的。

另一方面，例如，将接收天线4的贴片天线12a和12b彼此耦合的微带线13a和13b被设置为使得微带线13a和13b在X方向上的中心位于发射天线3a和3b之间的等分线16上。

接收天线4在X方向上被设置在发射天线3a和3b的面对区域中，并且在本实施例中，接收天线4的贴片天线12a和12b在X方向上以等分线16作为中心线而对称地布置。在将接收天线4设置在发射天线3a和3b的面对区域中时，接收天线4可以直接从发射天线3a和3b接收发射波。

因此，将校准接收天线4设置为在接收发射天线3a和3b的发射波时处于在发射天线3a和3b之间的电耦合量理论上相同的状态。所有发射天线3a、3b...在接收到发射信号的同时输出与发射信号相对应的发射波。结果，所有发射天线3a、3b...的发射波成为无线电波，其通过将从发射天线3a、3b...输出的无线电波组合在一起而获得。在此情况下，每个集成电路2b...调节并输出发射信号的相位，从而能够在使用波束形成技术调整发射波的方向的状态下辐射发射波。结果，集成电路2b...可以电调整信号发射方向。

在下文中，将说明通过相位调整电路对参考信号的相位的校准过程。首先，将说明校准的意义。基于集成电路2a和2b的内部线长度以及集成电路2a和2b的内部电路的发射信号的相位误差在集成电路2a和2b的制造阶段通过内部配置预先确定。因此，可以设计和调整内部配置，并且可以易于与集成电路2a和2b输入的参考信号和输出的发射信号之间的相位差相关联。集成电路2a和2b预先将关于相位误差的信息存储在内部存储器(未示出)中，或者彼此传送关于相位误差的信息，从而能够调整偏移的相位误差。

然而，在不将集成电路2a、2b...和发射天线3a、3b...安装在基板8上的情况下，不能掌握从PLL电路9中的参考信号的输出部分到发射天线3a和3b的端部部分上的贴片天线12a的路线。对于每个集成电路2a、2b...和连接到集成电路的发射天线3a、3b...，路线是不同的，并且相位差是未知的。

在本实施例中，在将集成电路2a、2b...安装在基板8上时，在配备有PLL电路9的集成电路2a和其它集成电路2b...之间存在允许信号在基板8上传播的线长度L，如图1中所示。因此，主要由于集成电路2a与另一集成电路2b之间的线长度L，在参考信号中发生相移。为了消除相移，将相位调整电路11设置在集成电路2b中，并且在使用波束形成技术调整相应发射天线3a、3b...之间的相位之前的阶段确定相位调整电路11的初始校准相位φ。这个过程是校准过程。在确定校准相位φ之后，系统101使发射信号的相位移位并对发射信号进行发射，从而使得容易实现正常的波束形成技术。

当执行校准过程时，控制电路6通过集成电路2b中的相位调整电路11来调整参考信号的校准相位φ。在此情况下，例如，希望例如以图3中所示的过程来控制和校准相位。首先，在S1中，控制电路6通过相位调整电路11将校准相位φ设定为初始值(例如，0°)。然后，在S2中，相应集成电路2a和2b的发射电路10a、10b...同时向发射天线3a、3b...输出发射信号。

在此情况下，希望相应发射电路10a、10b...将由预定调制系统调制的发射信号输出到相应发射天线3a、3b...。作为预定调制系统，希望使用例如FMCW(调频连续波)系统。FMCW系统是其中在发射信号的频率相对于时间线性地增大和减小的同时对发射信号进行发射的系统。使用这个调制系统，可以在发射波的信号与从发射天线3a、3b...的周围物体反射的信号之间改变频率，并且发射波的频率易于与接收信号的频率分离，并且可以以较高的精度执行校准。

当发射电路10a、10b...将发射信号输出到发射天线3a、3b...时，发射天线3a、3b...输出发射波。辐射的发射波到达接收天线4，并且接收电路5通过接收天线4获取信号。在S3中，接收电路5检测接收信号的振幅。在S4中，控制电路6将由接收电路5获取的接收信号的振幅值与相位φ相关联地保存在内部存储器中。在S6中，控制电路6、发射电路10a、10b...和接收电路5针对每个预定步长φ0改变相位φ(例如，1°)，并且相位φ达到360°。换言之，重复从S2到S4的过程，直到满足S5中的条件为止。

控制电路6、发射电路10a、10b...和接收电路5重复S2至S4中的过程。如果确定满足S5中的条件，则在S7中控制电路6、发射电路10a、10b...和接收电路5检测并指定满足接收振幅变为最大的条件的相位φmax。在S8中，控制电路6、发射电路10a、10b...和接收电路5将相位φmax设定为相位调整电路11的校准相位φ，从而能够校准相位。

图4例示了与相位φ的变化一致的接收电路5通过接收天线4接收信号的接收振幅。由于控制电路6、发射电路10a、10b...和接收电路5重复图3的S2至S4中的过程直到满足S5中的条件为止，如图4中所示，对于每个步长φ0，以从0°到360°的相位φ的范围R0，将接收振幅保存在控制电路6的内部存储器中。当相位φ从0°变为360°时，接收振幅逐渐改变，并且存在接收振幅变为最小值的相位φmin和接收振幅变为最大值的相位φmax。在此情况下，接收振幅相对于校准相位φ的变化而变为正弦波。

为了简化说明，将大体上说明当从两个发射天线3a和3b向接收天线4发射发射波时的接收振幅的变化。例如，当发射天线3a和3b输出发射波时，如果两个发射波的相位彼此匹配，则由于从发射天线3a和3b到接收天线4的距离彼此相等，所以接收两个发射波的接收信号彼此加强，并且在接收天线4中接收到具有相对大振幅的信号。相反，当来自发射电路10a和10b的两个发射信号的相位彼此相反时，由于当接收天线4接收信号时发射信号相互削弱，所以由接收电路5接收的信号的振幅变得相对较小。当相位移位180°时，信号原则上变为0。

在图3的S7中，控制电路6检测并指定成为在内部存储器中保存的接收振幅中最高接收振幅的相位φ作为最大相位φmax。在此情况下，由于与接收天线4干扰的信号的大小与相移具有相关性，所以控制电路6检测并指定干扰量最大的相位，从而能够校准相位。

如图4所示，满足接收振幅成为最大的条件的相位φmax是可以使发射波的相位差最小的相位。在S8中，将相位φmax设定为相位调整电路11的校准相位φ，从而可以执行校准，以使得接收振幅最大化。在此情况下，由于考虑到发射天线3a、3b...的端部部分上的贴片天线12a的影响而执行校准过程，所以可以消去与相应集成电路2a、2b...之间的线长度L相对应的相位误差，而不管相应集成电路2a、2b...以何种关系被设置在基板8上。

在执行了上述校准过程之后，集成电路2a、2b...彼此协作地输出雷达发射信号，从而从发射天线3a、3b...辐射雷达发射波。在此情况下，雷达发射波在诸如前方车辆或路边物体之类的目标上被反射，并且反射的无线电波通过接收天线(例如，接收天线4)输入到接收电路(例如，接收电路5)，其中当雷达与目标之间的距离为R时具有用于往复的距离2R的时滞。接收电路(例如，接收电路5)将接收信号与来自发射电路(例如，发射电路10a、10b，等等)的发射信号混合，从而能够获取与距离R成比例的信号。因此，可以计算毫米波雷达系统101与目标之间的距离R。

如上所述，根据本实施例，控制电路6基于接收电路5的接收信号的振幅来校准发射信号的相位，该接收电路5的接收信号的振幅根据当集成电路2a、2b...将发射信号输出到发射天线3a、3b...时相应发射信号的相位差的变化而改变。因此，即使当集成电路2a、2b...对应于发射天线3a、3b...安装时，也可以检测从对应于集成电路2a、2b...的相应发射天线3a、3b...输出的发射信号的相位误差，并将其确定为校准相位φ。利用上述配置，可以解决现有技术中的相应集成电路2a、2b...的发射信号的相位误差不能被相应集成电路2a、2b...识别的问题。

另外，通过执行根据本实施例的校准过程，可以增加配置毫米波雷达系统101的发射天线3a、3b...的数量，而不限于基板8的面积、集成在集成电路2a、2b...内部的安装组件的数量和发射电路10a、10b...的信道数量。

由于校准接收天线4设置在距发射天线3a、3b...相等的距离处，所以接收天线4可以使来自发射天线3a、3b...的发射波的相位彼此相同，检测发射天线之间的相位差，并且可以将检测到的相位差原样用作相位调整电路11的调整相位。

由于校准接收天线4设置在发射天线3a、3b...之间的面对区域中，所以接收天线4可以直接从发射天线3a、3b...接收发射波，并且可以增大接收振幅。

发射天线3a、3b...被配置为使得贴片天线12a、12b...通过微带线13a和13b...彼此连接。因此，发射波可以从个体贴片天线12a、12b...输出，并且可以获得适合于毫米波雷达系统101的天线配置。

因为与稍后说明的实施例的接收天线204和304相比，接收天线4包括大量贴片天线12a、12b...，所以可以获得天线增益的相位φmax可以增大接收振幅，并满足易于检测到最大振幅的条件。

(第二实施例)

图5至图7例示了第二实施例的附加说明性视图。第二实施例示出了改变校准过程的示例。将相同或相似的附图标记分配给前述实施例中相同或相似的配置元件，并且将省略其说明。

如图5所示，控制电路6、发射电路10a、10b...和接收电路5执行S1至S5a和S6中的过程。在该示例中，控制电路6将相位φ设定为初始值(例如，0°)，在S6中将相位φ增加预定步长φ0，直到在S5a中相位φ达到180°，并且重复S2至S4中的过程。在S9中，控制电路6确定接收振幅的最大值是否落在满足0°≤R1≤180°的范围R1内。作为确定是否存在最大值的方法，当假定三个连续接收振幅为A1、A2和A3时，可以确定满足关系A1<A2>A3的接收振幅A2的相位是否存在，其中校准相位φ是步长φ0。本公开内容不限于上述方法。

当在S9中确定接收振幅的最大值存在时，控制电路6在S10中将满足最大值条件的相位φmax设定为相位调整电路11的校准相位φ。相反，当在S9中确定接收振幅的最大值不存在于范围R1中时，在S11中，控制电路6将满足最小值条件的相位φmin设定为相位调整电路11的校准相位φ。作为指定满足最小值条件的相位φ的方法，当假定三个连续接收振幅为相位φ的A1、A2和A3时，可以使用满足关系A1>A2<A3的接收振幅A2的相位φ。本公开内容不限于上述方法。本公开内容不限于上述方法。

由于在S10和S11中满足最大值条件的相位φmax或满足最小值条件的相位φmin总是存在于从0°到180°的相位范围R1中，所以满足最小值条件的相位φmin总是存在，除非在S10中满足最大值条件的相位φmax存在于范围R1中。因此，当不满足S9中的条件时，优选地在S11中指定满足最小值条件的相位φmin。

控制电路6将满足最小值条件的相位φmin加上180°，并且将φmin+180°设定为相位调整电路11的校准相位φ。在上述方法中，在由接收电路5检测的接收振幅和相位调整值的特性中，总是存在一个最大值，并且接收振幅变为通过将满足最大值条件的相位φmax反转180°而获得的相位φ的最小值，并且还建立了上述情况的相反情况。

图6和图7例示了接收振幅的水平与相位φ的变化并立的两个示例。在图5中的流程图的流程中，当控制电路6获取接收振幅的值时，如图6和图7所示，对于从0°到180°的相位φ的范围R1中的每个步长φ，在控制电路6中的内部存储器中保存接收振幅。如图6和图7所示，在相位φ从0°变为180°时存在满足接收振幅的最大值条件的相位φmax的情况下，满足接收振幅的最小值条件的相位φmin可以存在。

当在S9中确定满足被保存在内部存储器中的接收振幅中的最大值条件的相位φmax存在时，控制电路6将相位φmax设定为相位调整电路11的校准相位φ，如图6中所示。当在S9中确定满足被保存在内部存储器中的接收振幅中的最大值条件的相位φmax不存在时，控制电路6将通过将满足最小值条件的相位φmin加上180°而获得的φmax+180°设定为相位调整电路11的校准相位φ，如图7中所示的。

控制电路6将相位φmax和φmin+180设定为相位调整电路11的校准相位φ，从而能够校准接收振幅以使其最大化。结果，由于相位φ扫过了180°以校准相位，与相位φ扫过360°的第一实施例相比，扫掠时间可以减半。此外，可以获得与第一实施例相同的优点。

(第三实施例)

图8和9例示了第三实施例的附加说明性视图。第三实施例示出了改变校准过程的示例。将相同或相似的附图标记分配给前述实施例中相同或相似的配置元件，并且将省略其说明。

如图8中所示，控制电路6、发射电路10a、10b...和接收电路5执行S1至S5和S6中的过程。在该示例中，控制电路6重复S2至S4中的过程，直到接收振幅在S5b中满足最大值条件或最小值条件为止。

如在第二实施例中所述，作为确定是否存在最大值条件的方法，当假定三个连续接收振幅为相位φ的A1、A2和A3时，可以确定满足关系A1<A2>A3的接收振幅A2是否存在。作为确定最小值条件是否存在的方法，当假定三个连续接收振幅为相位φ的A1、A2和A3时，可以确定满足关系A1>A2<A3的接收振幅A2是否存在。此后，控制电路6执行S9至S11中的过程。该过程内容与第二实施例中的过程内容相同，因此从说明中省略。

图9和图10例示了接收振幅的水平与相位φ的变化并立的两个示例。如图9和图10中所示，当在相位φ从0°增大的过程中在S5b和S9中确定满足最大值条件的相位φmax存在时，如图9中所示，控制电路6将相位φmax设定为相位调整电路11的校准相位φ。当在S5b和S9中确定满足最大值条件的相位φmax不存在时，控制电路6将通过将满足最小值条件的相位φmin加上180°而获得的φmin+180°设定为相位调整电路11的校准相位φ，如图10中所示。控制电路6将如此计算出的相位φmax和φmin+180°设定为相位调整电路11的校准相位φ，从而能够校准接收振幅以使其最大化。

利用上述配置，控制电路6扫掠相位φ并在接收振幅满足最大值条件或最小值条件时停止扫掠，以便校准相位。控制电路6可以将扫掠范围设定为图9中所示的范围R2a或图10中所示的范围R2b，并且与相位φ被扫过360°或180°的配置相比，可以进一步减少扫掠时间。此外，可以获得与第一实施例相同的优点。

(第四实施例)

图11例示了第四实施例的附加说明性视图。第四实施例例示了接收天线的另一配置。第四实施例例示了一个集成电路输出发射天线的发射信号的配置。

毫米波雷达系统201包括集成电路202a、202b、发射天线3a、3b...和参考振荡电路7。执行主操作的集成电路202a包括与信道相同数量(例如，2)的多个发射电路210aa和210ab，并将发射信号输出到连接到信道的相应发射电路210aa和210ab的发射天线3a和3c。集成电路202a包括在第一实施例中说明的PLL电路9、接收电路5和控制电路6。

如本实施例所示，接收电路5和控制电路6可以集成在集成电路202a内，而不与基板8上的集成电路202a分离。PLL电路9、接收电路5和控制电路6执行与上述实施例中说明的控制相同的控制，并且从说明中省略它们的操作。

执行从属操作的集成电路202b配备有发射电路210ba、210bb和信道的相位调整电路211a、211b。在从控制电路6接收到校准相位φ后，相位调整电路211a和211b根据接收的校准相位φ来校准PLL电路9输出的参考信号的相位，并将校准后的参考信号输出到相应发射电路210ba和210bb。集成电路202b的发射电路210ba和210bb使用分别输入的校准参考信号来生成发射信号以用于生成连接到集成电路202b的发射天线3b和3d的发射波，并在同一时间将发射信号输出到发射天线3b和3d。

发射天线3a至3d在X方向上彼此间隔开距离2D。集成电路202a连接发射天线3a和3c，并且集成电路202b连接发射天线3b和3d。在此情况下，校准接收天线204的至少一部分被设置在等分线16上，其距离在连接到不同集成电路202a和202b的发射天线3a至3d中与校准接收天线204最近的发射天线3a和3b相等距离D。具体而言，校准接收天线4包括贴片天线12a，其中心或重心位置位于两个发射天线3a和3b的中心线的等分线16上。

利用上述配置，将接收天线204设置为在接收发射天线3a至3d的发射波时处于在发射天线3a至3d中电耦合量理论上相同的状态。根据本实施例的接收天线204通过经由微带线13将一个贴片天线12a连接到接收电路5来配置。以此方式，接收天线204的形状可以与发射天线3a至3d不同。

在此情况下，希望控制电路6将来自所有发射电路210aa、210ab、210ba和210bb的发射信号输出到发射天线3a至3d，并且设定相位调整电路211a和211b的调整相位以使得接收电路5的接收信号的接收振幅在此情况下变为最大。希望将相位调整电路211a和211b的校准相位φ设定为相同的值，但也可以设定彼此不同的相位φ。

此外，控制电路6可以将发射信号输出到以最接近接收天线204的相应发射天线3a和3b为目标的发射电路210aa和210ab，并且设定相位调整电路211a的校准相位φ以使得来自接收电路5的接收信号的振幅在此情况下变得最大。在此情况下，可以将由相位调整电路211a调整的校准相位φ设定为相位调整电路211b的校准相位φ，并且彼此靠近的两个相位调整电路211a和211b的校准相位φ实际上可以转换。此外，以与相应的第一、第二和第三实施例中的校准过程相同的校准过程来执行校准过程，以获得与相应实施例相同的优点。

(第五实施例)

图12和图13示出了第五实施例的附加说明性视图。第五实施例例示了接收天线的另一配置。其它配置与上述实施例(例如，第四实施例)的配置相同，因此省略其说明。

如图12所示，接收天线304包括形成为矩形形状的贴片天线312a，并且通过微带线313连接到接收电路5。图13是接收天线304的放大俯视图。接收天线304的贴片天线312a被设置为使得矩形形状的边314与X方向和Y方向倾斜45°且边315与X方向和Y方向倾斜以便与边314正交。发射天线3a和3b之间的等分线16设置为通过贴片天线312a的中心或重心P。如图13所示，接收天线304在X方向上并非相对于等分线16对称设置。即使在这样的布置中，由于将接收天线304设置为处于发射天线3a和3b之间的电耦合量在理论上相同的状态，因此获得与上述实施例相同的优点。

顺便提及，在沿Y方向配置接收天线304的贴片天线312a的布置位置中，根据本实施例的贴片天线312a设置在发射天线3a和3b之间的面对区域中，如图12所示。然而，贴片天线312a在Y方向上的布置位置不限于该位置。如稍后将说明的第六或第七实施例所示，贴片天线312a可以设置在离开发射天线3a和3b的面对区域的位置处。简而言之，可以将接收天线304设置为当接收到发射天线3a、3b...的发射波时处于发射天线3a、3b...之间的电耦合量在理论上相同的状态。在本实施例中，以与相应的第一、第二和第三实施例中的校准过程相同的校准过程来执行校准过程，以获得与相应实施例相同的优点。

(第六实施例)

图14例示了第六实施例的附加说明性视图。第六实施例例示了毫米波雷达系统401的另一配置。图14示意性地例示了被安装在基板8上的发射天线403a至403f、接收天线404a、404b、集成电路402a、402b、402c、接收电路405a、405b和控制电路406的布置的关系。

集成电路402a包括PLL电路9和发射电路410a、410b。集成电路402b包括相位调整电路411b和发射电路410c、410d、410e。集成电路402c包括相位调整电路411c、发射电路410f和接收电路405a。发射电路410a至410f和相位调整电路411b、411c的配置和功能分别与上述实施例中的发射电路10a、10b和相位调整电路11的配置和功能相同，因此将省略其说明。尽管未示出，但发射天线403a至403f在形状上彼此相同。

发射天线403e和403f彼此间隔开距离2×da，并且接收天线404a的至少一部分形成在发射天线403e和403f之间的等分线411a上。同样地，发射天线403b和403c彼此间隔开距离2×db，并且接收天线404b的至少一部分形成在发射天线403b和403c之间的等分线416b上。

如图14中所示，在集成电路402a、402b和402c被安装在基板8上时，要从个体集成电路402a、402b和402c将发射信号输出到的发射天线403a至403f的数量不限于相同数量，而可以彼此不同。如图14中所示，集成电路402a将发射信号输出到两个发射天线403a和403b，而集成电路402b将发射信号输出到三个发射天线403c、403d和403e，并且集成电路402c将发射信号输出到一个发射天线403f。

在图14中所示的配置中，希望将一个集成电路402a与连接到集成电路402a的两个发射天线403a和403b之间的微带线413a和413b的线长度La设定为彼此相同。同样地，希望将集成电路402b与连接到集成电路402b的三个发射天线403c至403e之间的微带线413a至413e的线长度Lb设定为彼此相同。在此情况下，可以将连接到集成电路402a的发射天线403a和403b的发射波的相位设定为彼此相同，同样地，可以将连接到集成电路402b的发射天线403c和403e的发射波的相位设定为彼此相同。当假设在集成电路402c与发射天线403f之间的微带线430f的线长度为Lc时，线长度La、Lb和Lc可以彼此相同或彼此不同。

另外，当应用在第一实施例至第三实施例中说明的校准过程时，即使从所有发射天线403a至403f输出发射波，到接收天线404a和404b的耦合量也不可以被设定为彼此相等。这是因为相应发射天线403a至403f相互干扰。当假设这种情况时，为了将到发射天线403a至403f的接收天线404a和404b的耦合量设定为彼此相等，希望控制电路406允许发射波从彼此最接近的两个相邻的发射天线(例如，403b和403c，403e和403f)输出，执行校准过程，并且将通过校准过程获得的校准相位φ设定为在相应集成电路402b和402c内的相位调整电路411b和411c的校准相位φ。

将说明具体的校准过程示例。首先，控制电路406允许从连接到集成电路402a的两个发射天线403a和403b中最接近等分线416b的发射天线403b输出发射波。此外，控制电路406允许从连接到集成电路402b的三个发射天线403c至403e中最接近等分线416b的发射天线403c发射发射波。如第一实施例至第三实施例中所示，控制电路406对相位调整电路411b的相位φ执行校准过程，并使用通过校准过程计算的相位φ作为相位调整电路411b的校准相位φ1。

在设定了相位调整电路411b的校准相位φ1后，控制电路406允许从连接到集成电路402b的三个发射天线403a和403e中最接近等分线411a的发射天线403b输出发射波。此外，控制电路406允许从连接到集成电路402c的最接近等分线411a的一个发射天线403f发射发射波。如第一实施例至第三实施例中所示，控制电路406对相位调整电路411c的相位φ执行校准过程，并使用通过校准过程计算的校准相位φ作为相位调整电路411c的校准相位φ2。即使设置了三个或更多个集成电路402a至402c，也可以顺序计算包含在集成电路402b和402c中的相位调整电路411b和411c的校准相位φ1和φ2。因此，如在第一实施例至第三实施例中那样，将满足接收振幅变为最大的条件的相位设定为校准相位φ，从而获得与第一实施例至第三实施例中所示相同的优点。

另外，如图14中所示，接收天线404a可以被设置在Y方向上离开发射天线403e和403f的面对区域的区域中，并且接收天线404b可以设置在Y方向上离开发射天线403b和403c的面对区域的区域中。例如，图1中所示的贴片天线12a和12b的尺寸在X方向和Y方向上为大约几毫米×几毫米的矩形，并且增加贴片天线12a和12b的尺寸以获得天线增益。然而，由于发射天线3a和3b之间的距离2D也是几毫米，并且被设定为在X方向和Y方向上与贴片天线12a和12b的尺寸相同的数字范围，因此贴片天线12a和12b接近接收天线4。

如上所述，当布置空间例如在X方向上受到限制时，如图14中所示，接收天线404a和404b可以在Y方向上离开发射天线3a和3b的面对区域，在此情况下，可以有效地使用布置空间。

如果接收天线404a的至少一部分设置在发射天线403e和403f之间的等分线411a上，则接收天线404a可以设置在任何位置。如果接收天线404b的至少一部分设置在发射天线403b和403c之间的等分线416b上，则接收天线404b可以设置在任何位置。此外，接收天线404a和404b的形状可以不同于发射天线403a至403f的形状。顺便提及，将在稍后说明的实施例中说明接收天线404a和404b的具体配置示例。

(第七实施例)

图15例示了第七实施例的附加说明性视图。图15示意性地例示了第六实施例中示意性地示出的发射天线和接收天线的安装示例和配置示例。

如图15中所示，毫米波雷达系统501包括安装在基板8上的控制电路6、接收电路5、参考振荡电路7、两个集成电路502a、502b、发射天线3a至3g和接收天线504。集成电路502a与发射天线3a、3c、3e和3g连接，并且集成电路502b与发射天线3b、3d、3f和3h连接。集成电路502a包括PLL电路9和发射电路510a、510c、510e和510g，并且集成电路502b包括相位调整电路11和发射电路510b、510d、510f和510h。发射电路510a至510h在配置上与发射电路10a、10b...相同。发射天线3a至3h的配置彼此相同，发射天线的布置位置和布置关系与在第一实施例中说明的发射天线3a、3b...的布置位置和布置关系相同，因此将省略对它们的说明。

校准接收天线504的一部分被放置在连接到两个集成电路502a和502b的发射天线3a至3h中彼此最接近的发射天线3a和3b之间的等分线516上。校准接收天线504并非存在于在X方向上的两个目标发射天线3a和3b之间的面对区域中，而在Y方向上离开面对区域。

通过借助于微带线513a至513c连接矩形贴片天线512a至512d来配置接收天线504。贴片天线512a至512d中的每一个被设置为使得矩形形状的一边在X方向上延伸并且另一边在Y方向上延伸。将贴片天线512a至512d耦合在一起的微带线513a至513c被设置为例如使得线的中心与发射天线3a和3b之间的等分线516匹配。将贴片天线512a至512d设置为使得贴片天线512a至512d的中心和重心的位置与等分线516匹配。微带线513d形成在贴片天线512d与接收电路5之间。

在本实施例中，接收天线504的贴片天线512a至512d相对于作为X方向的中心线的等分线516对称地设置。因此，将校准接收天线504设置为在接收发射天线3a至3h的发射波时处于发射天线3a至3h之间的电耦合量理论上相同的状态。因此，如在第一实施例至第三实施例中所述，满足接收振幅变为最大的条件的相位被设定为相位调整电路11的校准相位φ，从而获得与第一实施例至第三实施例中所示的相同的优点。

(第八实施例)

图16和图17例示了第八实施例的附加说明性视图。图16示意性地例示了第六实施例中示意性地示出的发射天线和接收天线的另一安装示例和另一配置示例。

如图16中所示，毫米波雷达系统601包括安装在基板8上的控制电路6、接收电路5、参考振荡电路7、两个集成电路502a、502b、发射天线603a至603h以及接收天线604。集成电路502a的发射电路510a、510c、510e和510g分别与发射天线603a、603c、603e和603g连接。集成电路502b的发射电路510b、510d、510f和510h分别与发射天线603b、603d、603f和603f连接。所有发射天线603a至603h的配置彼此相同，但是在平面结构上与在上述实施例中示出的发射天线3a至3h不同。将发射天线603a至603h配置为使得贴片天线612a、612b...通过微带线613彼此耦合。

图17示意性地例示了发射天线603a、603b和接收天线604的一部分。如图17中所示，贴片天线612a在基板8的表面上具有矩形金属表面。金属表面的一边614相对于X方向和Y方向倾斜例如45°，并且另一边615也相对于X方向和Y方向倾斜，并且与一边614正交。

顺便提及，如图16和图17中所示，贴片天线612b...在结构上也与贴片天线612a相同。将发射天线603a至603h配置为使得贴片天线612a、612b...的金属表面的一边614的中心通过微带线613彼此耦合。

如图17中所示，微带线613包括在Y方向上从集成电路502a和502b的馈电点延伸的基线部分620，以及从基线部分620的中间部分以与X和Y方向倾斜的预定方向延伸并且连接到相应贴片天线612a、612b...的边614的中心部分的分支部分613a、613b...。微带线613的分支部分613a、613b...正交连接到相应贴片天线612a、612b...的边614。发射天线603a至603h在X方向上对齐。利用上述配置，例如与根据第一实施例的发射天线3a、3b...的配置相比，发射天线603a至603h可以改变极化方向。

当沿着Y方向在连接到集成电路502a和502b的发射天线603a至603h中彼此最接近的发射天线603a和603b之间画出等分线616时，从目标发射天线603a和603b的贴片天线612a和612b的中心到等分线616的距离是D。

校准接收天线604的至少一部分设置在Y方向上的等分线616的延长线上。校准接收天线604在X方向上并非存在于两个目标发射天线603a和603b之间的面对区域中，而在Y方向上离开面对区域。通过借助于微带线613将矩形贴片天线612a连接到接收电路5来配置校准接收天线604。

在本实施例中，接收天线604的贴片天线612a的布置和结构与第五实施例的贴片天线312a相同。换言之，接收天线604的贴片天线612a形成为矩形形状，并且矩形形状的边614与X方向和Y方向倾斜，并且边315与X方向和Y方向倾斜，以便与边314正交。

如图17中所示，将发射天线603a和603b的贴片天线612a、612b...的等分线616设置为通过接收天线604的贴片天线612a的中心和重心P。在此情况下，并非将接收天线604的贴片天线612a设置为相对于作为中心线的等分线616对称。类似地，在此配置中，将校准接收天线604设置为在接收发射天线603、60b...的发射波时处于在发射天线603a、603b...之间的电耦合量理论上相同的状态。因此，如在第一实施例至第三实施例中所述，满足接收振幅变为最大的条件的相位φ被校准为校准相位，从而获得与第一实施例至第三实施例中所示相同的优点。

(第九实施例)

图18例示了第九实施例的附加说明性视图。图18示意性地例示了第六实施例中示意性地示出的发射天线和接收天线的另一安装示例和另一配置示例。

如图18中所示，毫米波雷达系统701包括安装在基板8上的接收电路5、控制电路6、参考振荡电路7、两个集成电路502a、502b、发射天线503a至503h以及接收天线704。除了接收天线704之外的其它配置与第七实施例中所示的配置相同，因此将省略其说明。

接收天线704的一部分被放置在连接到两个集成电路502a和502b的发射天线3a至3h中对应于两个集成电路502a和502b的彼此最接近的发射天线3a和3b之间的等分线516上。校准接收天线704在X方向上并非存在于两个目标发射天线3a和3b之间的面对区域中，而在Y方向上离开面对区域。

接收天线704包括矩形贴片天线712a至712d和微带线713a至713c，并且接收天线704被配置为通过借助于微带线713a至713c将贴片天线712a至712d耦合在一起。

将贴片天线712a至712d中的每一个布置为使得矩形形状的一边在X方向上延伸并且另一边在Y方向上延伸。贴片天线712a至712d和微带线713a至713c被设置在发射天线3a和3b之间的等分线516两侧。

贴片天线712a和712b在X方向上被设置在等分线516的一侧(图中的右侧)，并且贴片天线712c和712d在X方向上被设置在等分线516的另一侧(图中的左侧)。将贴片天线712a、712b、712c和712d设置为相对于作为中心线的等分线516对称。微带线713d形成在贴片天线712d与接收电路5之间。

在本实施例中，将接收天线704的贴片天线712a至712d设置为在X方向上相对于作为中心线的等分线516对称。因此，将校准接收天线704设置为在接收发射天线3a至3h的发射波时处于在发射天线3a至3h之间的电耦合量理论上相同的状态。因此，如在第一实施例至第三实施例中所述，将满足接收振幅变为最大的条件的相位设定为相位调整电路11的校准相位φ，从而获得与第一实施例至第三实施例中所示的相同的优点。

(其它实施例)

本发明不限于上述实施例，而是可以被实施具有各种修改，并且可以在不脱离本公开内容的精神的情况下应用于各个实施例。例如，实现了下面说明的修改或扩展。

在上述实施例中，使用图1中所示的PLL电路9来倍增参考振荡电路7的振荡信号。PLL电路9可以使用例如压控振荡器(VCO)来配置，也可以由VCO配置。

在所有上述配置(例如，第一实施例至第九实施例)中，配置一个发射天线的贴片天线沿着Y方向对齐。例如，在第一实施例中，配置发射天线3a的贴片天线12a和12b...在Y方向上对齐。本实施例不限于上述配置，而是例如贴片天线12a、12b...可以设置在曲面上或者可以随机设置。

在此情况下，例如，如果贴片天线12a、12b...或612a、612b...相对于等分线16、516和616对称设置，则在发射天线3a、3b...或603a、603b...与接收天线4、504、604或704之间的布置关系可以处于发射天线与接收天线之间的电耦合量理论上相同的状态。因此，发射天线3a、3b...可以在任何方向上对准贴片天线12a、12b...，并且接收天线4可以与发射天线3a、3b...的贴片天线12a、12b...具有任何布置关系。简而言之，接收天线304可以被设置为处于相对于发射天线3a和3b理论上电耦合量相同的状态。

在图1、图16等中，配置发射天线3a、3b...或603a和603b的贴片天线12a、12b...或612a、612b、以及配置接收天线4或604的贴片天线12a、12b...或612a由相同的附图标记或符号表示。相同的附图标记或符号表示贴片天线的特性是相同的，应当注意，这些组件不是单个主体，而是单独的主体。

在上述实施例中，例如在第一实施例中，执行从属操作的集成电路2b...包括相位调整电路11，而执行主操作的集成电路2a不具有相位调整电路11。可替换地，集成电路2a也可以包括相位调整电路11。换言之，例如，在第一实施例中，所有集成电路2a、2b...可以都包括相位调整电路11。

例如，上述实施例的校准过程可以在改变由每个集成电路的PLL电路9倍增的频率的时候执行。此外，例如，可以单独地提供温度传感器，可以在温度改变预定值或更大时执行上述实施例的校准过程。

例如，单个组件的功能可以分布到多个组件，或者多个组件的功能可以集成在单个组件中。另外，上述实施例的至少一部分可以转换为具有相同功能的已知配置。此外，上述两个或更多个实施例的部分或全部配置可以组合在一起，或者彼此替换。权利要求书中括号中说明的符号表示与作为本公开内容的一个方面的上述实施例中说明的具体单元的对应关系，而并非限制本公开内容的技术范围。

Claims (11)

1.一种相位校准设备，包括：

多个发射天线(3a-3h、403a-403f、603a-603h)，所述多个发射天线(3a-3h、403a-403f、603a-603h)被设置为使得能够使用波束形成技术来改变发射波的方向，所述多个发射天线包括第一发射天线(3a、403b、603a)以及与所述第一发射天线不同的第二发射天线(3b、403c、603b)；

第一集成电路(2a、202a、402a、502a)，所述第一集成电路在接收到参考信号后使用所述参考信号来输出用于生成所述第一发射天线的发射波的发射信号；

第二集成电路(2b、202b、402b、402c、502b)，所述第二集成电路连接到所述第一集成电路，从所述第一集成电路接收参考信号，并且输出用于生成所述第二发射天线的发射波的发射信号；

校准接收天线(4、204、304、404a、404b、504、604、704)，所述校准接收天线被设置为当接收所述第一发射天线和所述第二发射天线的发射波时处于电耦合量在理论上相同的状态；

接收电路(5)，所述接收电路从所述校准接收天线获取接收信号；以及

控制电路(6)，所述控制电路基于所述接收电路的所述接收信号的振幅来校准所述发射信号的相位，其中，所述接收电路的所述接收信号的所述振幅在所述第一集成电路和所述第二集成电路向所述第一发射天线和所述第二发射天线输出所述发射信号时响应于所述发射信号之间的相位差的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的相位校准设备，其中，

所述校准接收天线被设置在距所述第一发射天线和所述第二发射天线相等距离处。

3.根据权利要求1所述的相位校准设备，其中，

所述校准接收天线被设置在所述第一发射天线与所述第二发射天线之间的面对区域外部的区域中。

4.根据权利要求1所述的相位校准设备，其中，

所述校准接收天线被设置在所述多个发射天线的面对区域中。

5.根据权利要求1所述的相位校准设备，其中，

通过由微带线(13a、13b、613a、613b、713a、713b)连接一个或多个贴片天线(12a、12b、612a、612b、712a、712b)来配置所述多个发射天线中的每一个发射天线。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的相位校准设备，其中，

所述控制电路针对每个预定步长改变从所述第一集成电路和所述第二集成电路输出的所述发射信号的相位差，以允许从所述第一发射天线和所述第二发射天线输出所述发射波，检测所述接收电路的所述接收信号的所述振幅变为最大时的相位，并且使用检测到的相位来设定校准相位。

7.根据权利要求6所述的相位校准设备，其中，

当在从初始值到所述初始值加上360°的范围内改变所述相位差时，所述控制电路检测所述接收电路的所述接收信号的所述振幅变为最大时的相位，并且所述控制电路使用检测到的相位来设定校准相位。

8.根据权利要求6所述的相位校准设备，其中，

当在从初始值到所述初始值加上180°的范围内改变所述相位差时，所述控制电路检测所述接收电路的所述接收信号的所述振幅变为最大值或最小值时的相位；当检测到满足最大值条件的相位时，所述控制电路使用满足所述最大值条件的所述相位来设定校准相位；并且当检测到满足最小值条件的相位时，所述控制电路使用通过将满足所述最小值条件的所述相位加上180°而获得的相位来设定校准相位。

9.根据权利要求6所述的相位校准设备，其中，

当针对每个预定步长从初始值开始改变从所述第一集成电路和所述第二集成电路输出的所述发射信号的所述相位差时，所述控制电路检测所述接收电路的所述接收信号的所述振幅变为最大值或最小值时的相位；当检测到满足最大值条件的相位时，所述控制电路使用满足所述最大值条件的所述相位来设定校准相位；并且当检测到满足最小值条件的相位时，所述控制电路使用通过将满足所述最小值条件的所述相位加上180°而获得的相位来设定校准相位。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的相位校准设备，其中，

所述第一集成电路和所述第二集成电路中的每一个集成电路输出通过FMCW系统修改的发射信号。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的相位校准设备，其中，

所述校准接收天线也用作目标检测天线。