CN109119750A - 雷达系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例提供了一种雷达系统及其操作方法。该方法包括：通过多个定向天线发射多个发射的射频(RF)信号，其中多个定向天线设置在基底的平面表面上，多个天线中的每个天线在平面表面上处于固定取向和位置，多个定向天线中的每个定向天线的相应个体覆盖小于360°，并且多个发射的RF信号的组合覆盖完全覆盖围绕雷达系统的360°区域。该方法还包括：通过多个定向天线中的定向天线接收反射的RF信号。

Description

雷达系统及其操作方法
技术领域
本发明一般地涉及雷达系统，并且在特定实施例中涉及雷达系统结构及其操作方法。
背景技术
由于低成本半导体技术的快速进步，便携式设备(诸如平板机、智能电话和智能手表)近来变得流行起来。便携式设备可以利用多个天线元件用于波束赋形、发射分集和MIMO配置，并且作为可以检测用户运动的雷达传感器(被称为姿势传感器)。姿势传感器可以被配置在便携式设备中作为控制设备功能的接口。
定向天线和天线系统可以允许无线电信号的定向发射以及接收的射频信号的空间分辨率。雷达系统的视场可以定义雷达系统可以发射和接收射频信号的区域。在许多应用中，便携式设备中的雷达系统的大视场可能是合意的。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考随后的描述，在附图中：
图1图示了根据本发明的实施例的示例姿势识别系统，图1A图示了使用各种手势来控制智能手表的示例姿势识别应用，图1B图示了可以用于控制智能手表的各种示例手势，图1C图示了包括雷达前端电路和处理电路系统的姿势识别系统的框图，并且图1D图示了包括被实施为射频集成电路的雷达前端电路的姿势识别电路的平面视图；
图2图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在基底的平面表面上设置的多个雷达子系统，其中雷达系统具有360°组合视场；
图3图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在基底的平面表面上设置的多个定向天线，其中雷达系统具有360°组合视场；
图4图示了根据本发明的实施例的具有多个雷达子系统的示例雷达系统，每个雷达子系统包括在基底的平面表面上设置的多个定向天线，其中雷达系统具有360°组合视场；
图5图示了根据本发明的实施例的具有多个雷达子系统的示例雷达系统，每个雷达子系统包括在基底的平面表面上设置的多个定向天线，其中雷达系统具有360°组合视场；
图6图示了根据本发明的实施例的具有多个雷达子系统的示例雷达系统，每个雷达子系统包括在基底的平面表面上设置的多个定向接收天线以及远离平面表面延伸的多个发射天线，其中雷达系统具有360°组合视场，图6A图示了雷达系统的顶视图，并且图6B图示了雷达系统的侧视图；
图7图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其包括在基底的平面表面上设置的雷达模块、导电板和数字媒体模块，其中雷达系统具有360°组合视场，图7A图示了基底，图7B图示了基底和导电板，并且图7C图示了基底、导电板和数字媒体模块；
图8图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其包括在基底的平面表面上设置的雷达模块、导电板和数字媒体模块，其中雷达系统具有360°组合视场，图8A图示了基底，图8B图示了基底和导电板，并且图8C图示了基底、导电板和数字媒体模块；
图9图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在基底的平面表面上设置的多个雷达子系统，其中雷达系统具有360°组合视场并且被配置为检测位于平面表面直接上方的物体；
图10图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其包括在基底的平面表面上设置的多个雷达子系统、导电板和数字媒体模块，其中雷达系统具有360°组合视场并且被配置为检测位于平面表面直接上方的物体，图10A图示了基底，图10B图示了基底和具有开口的导电板，并且图10C图示了基底、导电板和数字媒体模块；
图11图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在三维模制的第一基底的外表面上设置的多个雷达子系统，第一基底设置在第二基底的平面表面上，其中雷达系统具有360°组合视场；
图12图示了根据本发明的实施例的具有360°组合视场的若干示例雷达系统，图12A图示了具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的四个雷达子系统的示例雷达系统的顶视图，图12B图示了另一示例雷达系统的顶视图，其具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的四个雷达子系统和在圆柱形模制基底的平面表面上设置的附加雷达子系统，图12C图示了具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的五个雷达子系统的又另一示例雷达子系统，并且图12D图示了具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的六个雷达子系统的再另一示例雷达系统；
图13图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在立方形模制的第一基底的外表面上设置的多个雷达子系统，第一基底设置在第二基底的平面表面上，其中雷达系统在与平面表面平行的平面中具有360°组合视场并且被配置为检测位于平面表面直接上方的物体，图13A图示了雷达系统的等距视图，并且图13B图示了雷达系统的顶视图；
图14图示了根据本发明的实施例的具有四个平面基底的示例雷达系统，每个平面基底包括在四个平面基底的相应平面表面上设置的雷达子系统，其中四个平面基底被布置为在从平行于所有相应平面表面的方向上看时为矩形形状；
图15图示了根据本发明的实施例的具有五个平面基底的示例雷达系统，每个平面基底包括在五个平面基底的相应平面表面上设置的雷达子系统，其中五个平面基底被布置为在从平行于所有相应平面表面的方向上看时为五边形形状；
图16图示了根据本发明的实施例的具有六个平面基底的示例雷达系统，每个平面基底包括在六个平面基底的相应平面表面上设置的雷达子系统，其中六个平面基底被布置为在从平行于所有相应平面表面的方向上看时为六边形形状；
图17图示了根据本发明的实施例的以多边形棱柱的形状实施的示例雷达系统；以及
图18图示了根据本发明的实施例的操作雷达系统的方法。
除非另有指明，否则不同附图中的对应数字和符号一般指代对应部分。附图被绘制以清楚地图示实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。附图中绘制的特征边缘不一定指示特征范围的终止。
具体实施方式
下面详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应当明白，本文描述的各种实施例适用于各种各样的具体上下文。所讨论的具体实施例仅是说明制作和使用各种实施例的具体方式，并且不应当在受限制的范围中被解释。
在各种实施例中，基于雷达的姿势检测系统被用来直接控制设备，诸如计算机、智能电话或平板计算机，或者控制远程设备，诸如车辆、建筑物内的电子系统、或家用电器。例如，当远程设备是汽车时，实施例姿势检测系统允许人类行动者从汽车外部控制汽车的各种操作。
图1A图示了使用各种手势来控制智能手表100的示例姿势识别应用。如所示出的，智能手表100包括物理耦合到姿势识别雷达系统104的显示元件102。在操作期间，姿势识别雷达系统104向目标114(其可以是人的手)发射RF信号110，并且接收由目标114反射的反射RF信号112。这些反射RF信号112由姿势识别系统处理，以确定目标114的位置和运动，和/或确定目标114是否正提供特定姿势。在一些实施例中，姿势识别雷达系统104可以包括设置在壳体106内的姿势识别电路108。壳体106的至少一部分对姿势识别电路108发射和接收的RF信号是透明的或部分透明的。应当明白，姿势识别电路108也可以设置在显示元件102的主体内。
在替换性实施例中，姿势识别电路108可以嵌入在其他设备内，包括但不限于汽车钥匙、智能电话、平板计算机、音频/视频装备、厨房电器、HVAC控制部和汽车。在一些应用(诸如汽车应用)中，姿势识别电路108可以嵌入在移动设备(诸如汽车钥匙或智能电话)内，该移动设备进而与将被控制的远程设备(诸如汽车或厨房电器)进行通信。移动设备与远程设备之间的数据传送可以包括各种各样的通信技术中的任何一种，包括例如蓝牙、V2X等。
图1B中示出的示例手势可以包括例如“拇指向上”姿势122、“握紧拳头”姿势124、“拇指到手指”姿势126、或“按钮按压”姿势128。这些示例姿势中的每个可以用于控制智能手表100或某个其他设备或系统的功能。例如，“拇指向上”姿势122可以用于打开智能手表应用，“握紧拳头”姿势124可以用于关闭智能手表应用，“拇指到手指”姿势126结合拇指与食指之间的运动可以用于虚拟地旋转智能手表100的时钟显示上的指针，并且“按钮按压”姿势128可以用于启动和停止智能手表100的秒表特征。在各种实施例中，识别的姿势可以是静态的或动态的。静态姿势可以通过将手保持在诸如姿势122、124和128的固定位置来做出，并且动态姿势可以通过移动手或手的一部分来做出，诸如关于拇指来移动食指，诸如以姿势126。应当理解，上面提到的姿势仅是可以由实施例姿势识别系统识别的许多可能姿势的几个示例。
图1C图示了包括雷达前端电路132和处理电路系统134的姿势识别系统130的框图。在操作期间，目标114的位置和姿势可以由姿势识别系统130检测。例如，两个手指彼此轻敲的姿势可以被解释为“按钮按压”，或者旋转拇指和手指的姿势可以被解释为转动刻度盘。虽然目标114在图1C中被描绘为手，但是姿势识别系统130也可以被配置为确定其他类型的目标(诸如人体、机器以及其他类型的有生命或无生命的目标)的姿势和位置。姿势识别系统130可以例如使用测量目标114的位置和相对速度的二维毫米波相控阵雷达来实施。毫米波相控阵雷达发射和接收在50GHz到80GHz范围中的信号。替换地，也可以使用在该范围之外的频率。在一些实施例中，雷达前端电路132操作为具有多个发射和接收信道的调频连续波(FMCW)雷达传感器。
雷达前端电路132发射和接收用于在三维空间中检测目标114的无线电信号。例如，雷达前端电路132发射入射RF信号并且接收RF信号，该RF信号是入射RF信号从目标114的反射。接收到的反射RF信号由雷达前端电路132下变频以确定拍频信号。这些拍频信号可以用于确定目标114在三维空间中的信息，诸如地点、速度、角度等。
在各种实施例中，雷达前端电路132被配置为经由发射天线142朝向目标114发射入射RF信号，并且经由接收天线144从目标114接收反射的RF信号。雷达前端电路132包括耦合到发射天线142的发射器前端电路138和耦合到接收天线144的接收器前端电路140。
在操作期间，发射器前端电路138可以一次一个地或同时地朝向目标114发射RF信号。尽管在图1C中描绘了两个发射器前端电路138，但是应当明白，雷达前端电路132可以包括少于或多于两个发射器前端电路138。每个发射器前端电路138包括被配置为产生入射RF信号的电路系统。这样的电路系统可以包括例如RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功分器、以及其他类型的电路。
接收器前端电路140接收并且处理来自目标114的反射RF信号。如图1C中示出的，接收器前端电路140被配置为耦合到四个接收天线144，这四个接收天线144可以被配置作为2×2天线阵列。在替换性实施例中，接收器前端电路140可以被配置为耦合到多于或少于四个天线，并且所得到的天线阵列具有各种n×m维度，这取决于具体实施例及其规格。接收器前端电路140例如可以包括RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功率组合器、以及其他类型的电路。
雷达电路系统136提供将被传输到发射器前端电路138的信号，从接收器前端电路140接收信号，并且可以被配置为控制雷达前端电路132的操作。在一些实施例中，雷达电路系统136包括但不限于频率合成电路系统、上变频和下变频电路系统、可变增益放大器、模数转换器、数模转换器、用于基带信号的数字信号处理电路系统、偏置生成电路、以及电压调节器。
雷达电路系统136可以从处理电路系统134接收基带雷达信号，并且基于所接收的基带信号来控制RF振荡器的频率。在一些实施例中，该接收到的基带信号可以表示将被发射的FMCW频率码片(chip)。雷达电路系统136可以通过向锁相环的频率控制输入施加与所接收的基带信号成比例的信号，来调节RF振荡器的频率。替换地，可以使用一个或多个混频器对从处理电路系统134接收的基带信号进行上变频。雷达电路系统136可以经由数字总线(例如，USB总线)传输和数字化基带信号，经由模拟信号路径来传输和接收模拟信号，和/或向处理电路系统134传输和/或从处理电路系统134接收模拟信号和数字信号的组合。
处理电路系统134获取由雷达电路系统136提供的基带信号，并且执行一个或多个信号处理步骤以评估它们。在一种实施例中，处理电路系统134获取表示拍频信号的基带信号。信号处理步骤可以包括执行快速傅里叶变换(FFT)、短时傅里叶变换(STFT)、目标分类、机器学习等。信号处理步骤的结果用于确定和执行对设备(诸如图1A的智能手表100)的动作。除了处理所获取的基带信号之外，处理电路系统134还可以控制雷达前端电路132的各方面，诸如由雷达前端电路132产生的发射。
姿势识别系统130的各种组件可以按各种方式划分。例如，雷达前端电路132可以被实施在一个或多个RF集成电路(RFIC)上，天线142和144可以设置在电路板上，并且处理电路系统134可以使用在一个或多个集成电路/半导体基底上设置的处理器、微处理器、数字信号处理器和/或定制逻辑电路来实施。处理电路系统134可以包括处理器，该处理器执行非暂态存储器中存储的指令以执行处理电路系统134的功能。然而，在一些实施例中，处理电路系统134的功能的全部或部分可以被并入其上设置有雷达前端电路132的相同集成电路/半导体基底上。
在一些实施例中，雷达前端电路132的一些或所有部分可以被实施在包含发射天线142、接收天线144、发射器前端电路138、接收器前端电路140和/或雷达电路系统136的封装中。在一些实施例中，雷达前端电路132可以被实施为设置在电路板上的一个或多个集成电路，并且发射天线142和接收天线144可以被实施在与集成电路相邻的电路板上。在一些实施例中，发射器前端电路138、接收器前端电路140和雷达电路系统136形成在相同的雷达前端集成电路(IC)管芯上。发射天线142和接收天线144可以是雷达前端IC管芯的一部分，或者可以是雷达前端IC管芯之上或邻近的分离的天线。雷达前端IC管芯可以进一步包括导电层，诸如再分布层(RDL)，用于路由和/或用于实施雷达前端电路132的各种无源或有源器件。在一种实施例中，发射天线142和接收天线144可以使用雷达前端IC管芯的RDL来实施。
图1D图示了姿势识别电路108的平面视图，其包括雷达前端电路132和接收天线144，雷达前端电路132被实施为耦合到发射天线142的RFIC，接收天线144被实施为设置在基底152上或内的贴片天线。在一些实施例中，基底152可以使用电路板来实施，其上设置有雷达前端电路132，并且其上发射天线142和接收天线144使用电路板的导电层被实施。替换地，基底152表示晶片基底，其上设置有一个或多个RDL，并且其上发射天线142和接收天线144使用一个或多个RDL上的导电层被实施。应当明白，图1D的实施方式只是实施例姿势识别系统可以被实施的许多方式之一。
在各种实施例中，使用多个雷达子系统来实施具有360°组合视场的雷达系统。多个雷达子系统中的每个具有小于360°的视场并且包括多个定向天线。多个雷达子系统和相应的定向天线以固定的取向和位置设置在基底上。相应的定向天线被配置为发射多个RF信号和接收反射RF信号。反射RF信号由雷达系统处理以确定物体在雷达系统的视场内的地点。
多个定向天线可以使得在所有方向上的波束导向成为可能，以为雷达系统提供更多覆盖。例如，这可以允许围绕雷达系统的360°的扫描范围。该360°扫描范围在存在检测和运动检测应用中可能是有益的。在雷达系统中并入多个定向天线还可以增加雷达系统的检测区域的尺寸，以使得能够在围绕雷达系统的360°区域中检测物体、了解物体的运动、以及跟踪目标物体。例如，用户可以能够从围绕雷达系统的360°区域中的任何地点来控制包括雷达系统的设备。
各种天线和雷达系统布置可以使用多个传感器来允许360°扫描范围。多个传感器也可以能够独立地执行波束赋形。另外，多个传感器可以改进整个雷达系统的空间分辨率。例如，多个传感器可以允许雷达系统分辨特定的手势或运动方向。
多个静止的定向天线可以不使用机械构造来旋转或倾斜天线元件或雷达系统，而提供围绕雷达系统的360°区域的覆盖。这可以减小复杂度，改善噪声性能，并且简化雷达系统的校准。多个静止的定向天线还可以不使用多个相机布置，而提供围绕雷达系统的360°区域的覆盖。这可以减少信号处理要求并且降低雷达系统的成本。
下面提供的实施例描述了雷达系统的各种结构和操作雷达系统的各种方法，特别是具有360°组合视场并且包含多个定向天线的雷达系统。这些雷达系统可以具有相对于常规雷达系统的各种优势。随后的描述描述了这些实施例。使用图2-6来描述具有在基底的平面表面上设置的多个定向天线的若干实施例雷达系统。使用图7和图8来描述附接到数字媒体模块的两个实施例雷达系统。使用图9来描述具有在基底的平面表面上设置的多个雷达子系统的实施例雷达系统。使用图10来描述附接到数字媒体模块的另一实施例雷达系统。使用图11和图12来描述具有在三维模制基底的外表面上设置的多个雷达子系统的各种实施例雷达系统。使用图13来描述具有在立方形模制基底的外表面上设置的多个雷达子系统的实施例雷达系统。使用图14-16来描述具有多个平面基底的雷达系统的若干实施例，每个平面基底包括雷达子系统。使用图17来描述以多边形棱柱的形状实施的实施例雷达系统。使用图18来描述操作雷达子系统的实施例方法。
图2图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在基底的平面表面上设置的多个雷达子系统，其中雷达系统具有360°组合视场。
参考图2，雷达系统200包括在基底210的平面表面上设置的多个雷达子系统232。基底210可以是任何合适的基底。例如，基底210可以是印刷电路板、陶瓷、或玻璃基底。在一个实施例中，基底201是包括层压材料的印刷电路板。在一些实施例中，基底210可以包括多个绝缘层和导电层。在各种实施例中，层压层包括低损耗高频材料，诸如玻璃织物增强碳氢陶瓷和/或聚四氟乙烯(PTFE)。基底210可以包括共烧陶瓷材料，诸如低温共烧陶瓷(LTCC)或高温共烧陶瓷(HTCC)。替换地，基底210可以包括液晶聚合物(LCP)材料。基底210的材料不限于所给出的示例。其他可能的材料对本领域的普通技术人员可以是明显的。
雷达子系统232可以被实施为形成在基底210上的多个天线元件，并且射频集成电路(RFIC)芯片耦合到这些平面天线元件。替换地，雷达子系统232可以每个包括单个封装中的天线元件和RF电路系统，该单个封装随后附接到基底210的平面表面。
雷达子系统232中的每个被配置为在相应的视场220内发射和接收RF信号222。每个雷达子系统232的视场220是雷达子系统232在其内可以发射RF信号和/或检测RF信号的区域。在一些情况下，天线、雷达子系统或雷达系统的视场可以可互换地被称为天线、雷达子系统或雷达系统的覆盖。每个个体的视场220小于360°，并且雷达系统220中的所有雷达子系统232的组合视场等于360°。例如，如图2中示出的，四个雷达子系统232中的每个具有等于大约90°的视场220，并且组合视场是4×90°＝360°。
如图2中图示的描绘RF信号222的箭头指示用于多个雷达子系统232的相应RF信号222的主瓣221的方向。如所图示的，主瓣221可以表示针对相应的RF信号222的在附图的平面中的定性信号强度绘图，其中箭头表示最高增益的方向。为了简单，图2中仅示出了一个主瓣221。然而，每个RF信号222具有对应于雷达子系统232的相关联的主瓣221。还应当注意，在未来的实施例中，相应RF信号的主瓣可以不被示出，但是假定对于每个定向雷达子系统和/或定向天线而存在。
小于主瓣的信号功率的变化信号功率的附加波瓣可以存在于除主瓣的方向之外的方向上。附加波瓣可以被称为副瓣，并且可以通过设计被最小化。在一些情况下，用于多个雷达子系统232的相应RF信号222的方向性足够大，而使得副瓣对雷达系统200的功能具有很小的影响或没有影响。在这个实施例和其他实施例中，在确定用于雷达子系统232和/或用于定向天线的发射/接收的主方向时，可以忽略副瓣。
应当注意，对视场220的交叠不存在限制。在实践中，雷达子系统232的视场220可以在一定程度上交叠。出于理解的目的，雷达系统200和后续的雷达系统已经被图示为好像视场不交叠。这种非交叠视场可以被认为是有效视场，并且不一定意指场交叠与否。在一些情形下，视场相互独立可能是重要的，而在其他情形下，每个视场与相邻视场交叠可能是重要的。
在某些情形下，交叠视场也可以提供冗余度并且改进分辨率和可靠性。例如，雷达系统可以被设计为具有图2中图示的配置中的四个雷达子系统，每个雷达子系统具有110°视场。因此，每个视场可以在20°区域中与相邻视场交叠。这样的雷达系统的组合视场可以是4×(110-20)＝360°。
另外，雷达子系统232的相应视场220不要求是相等的。具有视场220的任何组合的任何数目的雷达子系统232可以设置在基底210上，以形成360°的组合视场。例如，雷达系统可以具有六个雷达子系统，其中四个雷达子系统具有75°视场，并且剩余两个雷达子系统具有30°视场。这样的雷达系统的组合视场可以是(4×75°)+(2×50°)＝360°。替换地，雷达系统可以具有九个雷达子系统，每个具有40°视场。这样的替换性雷达系统的组合视场可以是9×40°＝360°。
进一步地，雷达系统内的雷达子系统的放置的对称性不存在限制。具有小视场的雷达子系统可以聚集在一起在基底的一侧，而具有大视场的雷达子系统可以占据基底的剩余周界，以提供360°组合视场。基底的真实状况(real estate)或成本考虑也可能导致雷达系统的不对称。这种不对称可以在雷达系统的信号处理中被计入。
图3图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在基底的平面表面上设置的多个定向天线，其中雷达系统具有360°组合视场。
参考图3，雷达系统300包括多个雷达子系统332，每个雷达子系统332包括在基底310的平面表面上设置的射频集成电路(RFIC)芯片330和多个定向天线340。基底310可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。另外，雷达子系统332可以按照如参考图2所描述的雷达子系统232的类似方式被配置。相应雷达子系统332的个体视场320产生雷达子系统300的360°组合视场。
在一些实施例中，定向天线340是平面天线。在一个实施例中，定向天线340中的每个是平面八木天线。在其他实施例中，多个定向天线340中的一些或全部是另一类型的平面天线，诸如缝隙、环形、螺旋和蝴蝶结配置、贴片天线、锥形缝隙天线(TSA)、Vivaldi天线、对数周期偶极天线(LPDA)、准八木天线、漏波天线(LWA)等。在一些实施例中，定向天线340包括导电材料并且在一个实施例中包括铜(Cu)。
在各种实施例中，定向天线340是被配置为具有端射辐射图案的平面天线。端射辐射图案可以是指在与天线平面平行的方向上的辐射图案。例如，在图3中，从顶视视角示出了雷达系统300。在这种情况下，端射辐射图案是指在附图的平面(即，平行于其上设置有定向天线340的基底340的平面表面的平面)内的辐射图案。
在替换性实施例中，定向天线340中的一些或全部可以被配置为具有宽边辐射图案。宽边辐射图案可以是指在与天线平面垂直的方向上的辐射图案。
RFIC芯片330中的每个可以包括半导体基底。在一个实施例中，半导体基底包括硅。例如，半导体基底可以是绝缘体上硅(SOI)，诸如二氧化硅(SiO2)上硅或蓝宝石上硅(SOS)。在另一实施例中，半导体基底包括硅锗(SiGe)。在又另一实施例中，半导体基底包括砷化镓(GaAs)。
RFIC芯片330中的每个可以进一步包括有源和无源器件、金属层、电介质层、掺杂和本征半导体区域、以及再分布层(RDL)、以及本领域已知的其他组件。另外，RFIC芯片330中的每个可以具有连接到接收天线的接收接口和/或连接到发射天线的发射接口。在一些配置中，接收接口和发射接口可以组合成单个接口。
定向天线340中的每个可以耦合到RFIC芯片330之一。单个RFIC芯片330组合一个或多个定向天线340可以构成雷达子系统332。RFIC芯片330中的每个可以包括在RF前端电路中的RF电路元件。在各种实施例中，RFIC芯片330设置在基底的平面表面上，并且在一个实施例中与定向天线340在基底的相同侧。替换地，RFIC芯片330中的一些或全部可以在基底的与多个定向天线340不同的一侧，或者可以在位于外部的基底上。
图4图示了根据本发明的实施例的具有多个雷达子系统的示例雷达系统，每个雷达子系统包括在基底的平面表面上设置的多个定向天线，其中雷达系统具有360°组合视场。
参考图4，雷达系统400包括多个雷达子系统432，每个雷达子系统432包括在基底410的平面表面上设置的RFIC芯片430和多个平面定向天线440。基底410可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。另外，雷达子系统432可以按照如参考图2所描述的雷达子系统232的类似方式被配置。相应雷达子系统432的个体视场420产生雷达子系统400的360°组合视场。
在各种实施例中，平面定向天线440是被配置为在平行于天线平面的端射方向上进行辐射的平面八木天线。在一个实施例中，如图4中图示的，每个雷达子系统432包括四个平面定向天线440，平面定向天线中的两个是被配置为发射RF信号的发射器(Tx)，并且平面定向天线中的两个是被配置为接收RF信号的接收器(Rx)。该配置可以允许在每个雷达子系统432的相应视场420内的RF信号的发射和接收。
发射和接收天线的天线数目和具体配置不限于这种具体布置。任何数目的平面定向天线440可以被包括在每个雷达子系统432中，并且取决于雷达系统400的具体特征，任何配置的发射器和接收器是可能的。例如，每个雷达子系统432可以包括一个发射器和六个接收器。替换地，一些雷达子系统432可以包括三个平面定向天线440，而其他雷达子系统432包括六个平面定向天线440。在其他实施例中，发射器、接收器和收发器的某种组合可以存在于雷达子系统432中。
另外，雷达子系统432中的一些或全部可以被形成为包含RFIC芯片430和多个平面定向天线440两者的单个封装。这些自包含式雷达子系统432然后可以按合适的配置被附接到基底410，以提供360°组合视场。
图5图示了根据本发明的实施例的具有多个雷达子系统的示例雷达系统，每个雷达子系统包括在基底的平面表面上设置的多个定向天线，其中雷达系统具有360°组合视场。
参考图5，雷达系统500包括两个雷达子系统532，每个雷达子系统532包括多个平面定向天线540和RFIC芯片532。雷达系统500进一步包括两个雷达子系统536，每个雷达子系统536包括多个定向天线540和RFIC芯片534。雷达子系统532和536设置在基底510的平面表面上。基底510可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。另外，雷达子系统532和536可以按照如参考图2所描述的雷达子系统232的类似方式被配置。相应雷达子系统532和536的个体视场520和524产生雷达系统500的360°组合视场。
雷达系统500是具有多于一种类型的雷达子系统的雷达系统的示例。每个雷达子系统532具有视场520，其不同于每个雷达系统536的视场524。雷达子系统532每个具有六个平面定向天线540，六个中的两个被配置作为发射器(Tx)并且六个中的四个被配置作为接收器(Rx)。相比之下，雷达子系统536每个具有两个平面定向天线540，一个被配置作为发射器并且另一个被配置作为接收器。
图6图示了根据本发明的实施例的具有多个雷达子系统的示例雷达系统，每个雷达子系统包括在基底的平面表面上设置的多个定向接收天线以及远离平面表面延伸的多个发射天线，其中雷达系统具有360°组合视场。图6A图示了雷达系统的顶视图，而图6B图示了雷达系统的侧视图。
参考图6A和图6B，雷达系统600包括多个雷达子系统632，每个雷达子系统632包括在基底610的平面表面设置上的多个接收器640、多个发射器642和RFIC芯片630。基底610可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。另外，雷达子系统632可以按照如参考图2所描述的雷达子系统232的类似方式被配置。雷达子系统632的个体的接收视场620和发射视场624产生雷达子系统600的360°组合视场。
雷达系统600进一步包括在基底610的与雷达子系统632相对的一侧设置的接地平面612。在各种实施例中，接地平面612包括导电材料，并且在一个实施例中包括铜(Cu)。以这种方式，接地平面612可以用于减小或消除RF信号从接地平面612的一侧到另一侧的传播。应当注意，本文描述的实施例雷达系统中的任何实施例雷达系统可以被实施具有一个或多个接地平面。
在一些实施例中，接收器640是平面定向天线。在一个实施例中，接收器640是平面八木天线。由接收器640接收的RF信号在某些方向上可以比其他方向更强。在接收器640处检测到的RF信号为强的方向产生接收视场620。每个个体的接收器640可以具有接收视场，其有贡献于每个雷达子系统632的接收视场620。总的组合接收视场是360°。
在各种实施例中，发射器642是全向天线。在一个实施例中，发射器642在与接收器640的平面垂直的方向上延伸。在一个实施例中，发射器642是单极天线。在其他实施例中，其他类型的非平面天线可以用作发射器642。如图6A中示出的，发射器642全部可以具有环绕雷达系统600延伸整个360°的发射视场624。
本文描述的实施例绝不是具有360°组合视场的雷达系统中的雷达子系统和/或天线元件的可能配置的详尽列表。在基底的平面表面上设置的产生360°组合视场的雷达子系统和/或天线元件的许多另外的布置对本领域的普通技术人员将是明显的。
图7图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其包括在基底的平面表面上设置的雷达模块、导电板和数字媒体模块，其中雷达系统具有360°组合视场。图7A图示了基底，图7B图示了基底和导电板，并且图7C图示了基底、导电板和数字媒体模块。
参考图7A，雷达系统700包括在基底710的平面表面上设置的雷达模块732。基底710可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。例如，如先前参考图2-6所描述的，雷达模块732可以包括多个雷达子系统，每个雷达子系统包括多个定向天线和RFIC芯片。在各种实施例中，雷达模块732被配置为发射和接收与多个个体的视场720相对应的多个定向RF信号722，多个个体的视场720在基底710的平面表面的平面中产生360°组合视场。
例如，在一个实施例中，如图4中图示的那样，雷达模块732可以包括四个雷达子系统，每个雷达子系统包括RFIC芯片、被配置作为接收器的两个平面定向天线、以及被配置作为发射器的两个平面定向天线。在其他实施例中，雷达模块732可以使用被布置作为雷达子系统的任何合适的组合定向天线元件和RFIC芯片来实施。
如图7A中示出的，RF信号722每个包括与基底710的平面表面平行的分量以及与平面表面垂直的分量。在一些情况下，这些分量可以彼此大致相等。替换地，平行分量或垂直分量可以较大。
正如先前的实施例一样，RF信号722中的每个具有对应的主瓣721。主瓣721被示出作为相应RF信号722的方向性的定性示例，并且如先前所描述的那样。在图7A中，针对平行于和垂直于基底710的平面表面的方向示出了代表性主瓣721。
现在参考图7B，雷达系统701包括在雷达模块732和基底710上方的固定距离处设置的导电板714。导电板714在一些实施例中包括导电材料，并且在一个实施例中包括铝(Al)。导电板714的形状可以被雷达系统701上的导电板714的期望效果所影响。在一个实施例中，导电板714基本上是平面的，但是可以是任何可想到的形状。
导电板714可以被配置为减小基底710上方的RF信号724的垂直分量，同时增大平行分量。例如，如图7A和图7B中示出的，RF信号724在与基底710的平面表面平行的方向上比RF信号722更强，而在基底710上方的RF信号724的垂直分量与RF信号722相比被导电板714减小。另外，主瓣732被图示以示出被导电板714所影响的RF信号722的方向性上的差异。导电板714可以被配置为取决于雷达系统701的具体功能，而对RF信号724的一些传播方向比其他传播方向进行更多的影响。另外，导电板714可以通过将热量传导离开基底710来用作雷达系统的散热器。
在一些实施例中，附加的导电板可以可选地被包括在基底710下方，以进一步修改RF信号724的方向性。在一些实施例中，出于类似的原因，接地平面可以可选地被包括在基底710下方。
参考图7C，雷达系统702包括在雷达模块732和基底710上方设置的导电板714，并且数字媒体模块716附接在基底710下方。当基底710安装在数字媒体模块716上方时，数字媒体模块716可操作地耦合到雷达模块732。在一个实施例中，数字媒体模块716包括连接器，连接器与基底710和/或雷达模块732对接以促进耦合。
数字媒体模块716例如可以是音频系统。替换地，数字媒体模块716可以是从雷达模块732接收用户输入作为信号的任何其他电子设备。例如，数字媒体模块716可以是个人助理系统、信息娱乐系统、物联网系统、智能家庭系统、机顶盒、游戏控制台系统等。
用户可以通过在雷达系统702的360°组合视场的区域中执行运动或姿势，来控制数字媒体模块716。在一些情况下，数字媒体模块716可以被配置为在雷达模块732检测到用户存在时维持唤醒状态(例如，全功率、全功能状态)，并且在没有用户被检测到时进入睡眠状态(例如，低功率、减少功能状态)。
图8图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其包括在基底的平面表面上设置的雷达模块、导电板和数字媒体模块，其中雷达系统具有360°组合视场。图8A图示了基底，图8B图示了基底和导电板，并且图8C图示了基底、导电板和数字媒体模块。
参考图8A，雷达系统800包括在基底810的平面表面上设置的雷达模块832。基底810可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。雷达模块832可以按照如先前参考图7所描述的雷达模块732的类似方式被配置。雷达模块832被配置为发射和接收对应于个体视场820的RF信号822，从而雷达系统800在基底810的平面表面的平面中具有360°组合视场。
现在参考图8B，雷达系统801包括在基底810下方设置的导电板814。导电板814可以类似于先前描述的导电板714。在各种实施例中，导电板814被配置为减小在基底810下方的与平面表面垂直的RF信号824的分量，同时增大与平面表面平行的RF信号824的分量。图8A和8B中图示了RF信号824和RF信号822的定性比较。
参考图8C，雷达系统802包括附接在雷达模块832、基底810和导电板814上方的数字媒体模块816。数字媒体模块816可以类似于先前参考图7描述的数字媒体模块716。当基底810安装在数字媒体模块816下方时，雷达模块832可操作地耦合到数字媒体模块816。在一个实施例中，数字媒体模块816包括连接器，连接器与基底810和/或雷达模块832对接以促进耦合。
图9图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在基底的平面表面上设置的多个雷达子系统，其中雷达系统具有360°组合视场并且被配置为检测位于平面表面直接上方的物体。
参考图9，雷达系统900包括多个雷达子系统938，每个雷达子系统938包括多个平面定向天线940和RFIC芯片934。雷达系统900进一步包括雷达子系统936。雷达子系统938和936设置在基底910的平面表面上。基底910可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。雷达子系统938具有个体的视场920，其产生雷达系统900的360°组合视场。
雷达系统900可以包括至少两种类型的雷达子系统，在图9中图示为雷达子系统938和雷达子系统936。在各种实施例中，雷达子系统938被配置为具有端射辐射图案，以便在与基底910的平面表面平行的方向上发射和接收RF信号。在一个实施例中，雷达系统900包括四个雷达子系统938，每个雷达子系统938包括两个接收器(Rx)、发射器(Tx)和RFIC芯片934。四个雷达子系统938可以具有大约90°的个体视场，但是如先前描述的，其他数量的雷达子系统和不同视场是可能的。雷达子系统936可以被配置为具有宽边辐射图案，以便在与基底910的平面表面垂直的方向上发射和接收RF信号。例如，雷达子系统936可以包括设置在基底910上或集成在雷达子系统936内的多个贴片天线。在一个实施例中，雷达子系统936可以被配置为具有如下的视场，该视场包括在基底910直接上方的区域。
在一些应用中，雷达系统900可以被配置为检测在360°组合视场的区域中以及还有在基底直接上方的物体的存在和移动。雷达子系统938可以针对围绕雷达系统900的360°组合视场提供感测能力，而雷达子系统936可以针对雷达系统900直接上方的区域提供感测能力。在一些情况下，雷达子系统938的功能可以不同于雷达子系统936的功能。例如，雷达子系统938可以仅被配置为检测在环绕雷达系统900的区域中的用户的存在，而雷达子系统936可以被配置为感测在雷达系统900上方的物体的精细运动。这样的精细运动检测对于用户输入的姿势的准确解释可能是重要的。替换地，所有雷达子系统936和938可以被配置具有类似的功能，以在围绕雷达系统900的区域上以及雷达系统900直接上方的区域上提供相同水平的雷达检测。
在一些实施例中，雷达子系统938可以被配置为操作在与雷达子系统936不同的RF频率处。在一个实施例中，雷达子系统938被配置为操作在24GHz，而雷达子系统936被配置为操作在60GHz。在另一实施例中，雷达子系统938和936被配置为操作在60GHz。在又另一实施例中，雷达子系统938和936被配置为操作在24GHz。
每个雷达子系统的具体操作频率可以取决于各种设计考虑，包括范围、功能、尺寸、成本等。本文描述的雷达子系统和雷达模块不意图为限于明确提到的频率，因为其他可能的操作频率对本领域的普通技术人员将容易是明显的。
图10图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其包括在基底的平面表面上设置的多个雷达子系统、导电板和数字媒体模块，其中雷达系统具有360°组合视场并且被配置为检测位于平面表面直接上方的物体。图10A图示了基底，图10B图示了基底和具有开口的导电板，并且图10C图示了基底、导电板和数字媒体模块。
参考图10A，雷达系统1000包括在基底1010的平面表面上设置的多个雷达子系统1038和雷达子系统1036。雷达系统1000可以是如先前参考图9描述的雷达系统900的具体实施方式。例如，雷达系统1000可以是雷达系统900的三维视图。雷达子系统1038每个被配置为发射和接收RF信号1022，从而雷达系统1000在平面表面1010的平面中具有360°组合视场。雷达子系统1036被配置为发射和接收RF信号1026，从而雷达系统1000可以检测在基底1010直接上方的区域中的物体。
现在参考图10B，雷达系统1001包括在基底1010上方设置的导电板1014。在各种实施例中，导电板1014包括导电材料，并且在一个实施例中包括铝(Al)。导电板1014可以影响由雷达子系统1038发射和接收的RF信号1024的方向性。例如，导电板1014可以减小垂直于平面表面的RF信号1024的分量，同时增大平行于平面表面的RF信号1024的分量。这样的效果可以类似于先前参考图7的导电板714所描述的效果。
导电板1014包括在导电板1014的中心区域中的开口1018。开口1018可以与雷达子系统1036竖直对准，以便允许RF信号1026穿过开口。在一个实施例中，开口1018被配置为允许RF信号1026穿过开口1018而具有很小的或没有修改。替换地，开口1018可以被配置为修改RF信号1026的方向性。
在一些应用中，导电板1014可以充当用于雷达子系统1038和1036的散热器。导电板1014可以有利地增大雷达子系统1038的RF信号1024的方向性，同时允许雷达子系统1036在雷达系统1001直接上方的区域中发射和接收RF信号1026。
参考图10C，雷达系统1002包括附接在雷达子系统1038和1036、基底1010和导电板1014下方的数字媒体模块1016。数字媒体模块可以类似于先前参考图7描述的数字媒体模块716。当基底1010安装在数字媒体模块1016上方时，数字媒体模块1016可操作地耦合到雷达模块1032。在一个实施例中，数字媒体模块1016包括连接器，连接器与基底1010和/或雷达模块1032对接以促进耦合。
为了清楚的目的，参考图7、图8和图10描述的雷达系统被示出为在导电板、基底和数字媒体模块之间具有间隔。取决于具体实施例，这样的间隔可以是或可以不是必要的。例如，被包括在包含雷达模块的基底上方和下方的导电板可以在基底上方的特定高度处，以便获得在雷达模块处发射和接收的RF信号的期望方向性。在导电板用作散热器的情况下，在导电板与雷达模块或基底之间的热接触可能是重要的。在这样的情况下，在导电板与雷达模块和基底之间可以进行直接接触，或者可以插入导热材料。类似地，各种设计考虑可能导致在包含雷达模块的基底与数字媒体模块之间具有间隔或不具有间隔。
应当注意，虽然参考图7、图8和图10描述的雷达系统在形状上被示出为圆柱形，但是任何可想到的形状是可能的。另外，雷达系统不限于在电子设备的顶部或底部。雷达系统可以可想象地位于电子设备的中心。在一些情况下，雷达系统可以集成在电子设备的内部，并且可以不与电子设备的任何外表面相邻。对RF信号透明的各种组件可以在电子设备内围绕雷达系统。
图11图示了根据本发明的实施例的具有在三维模制基底的外表面上设置的多个雷达子系统的示例雷达系统，三维模制基底设置在第二基底的平面表面上，其中雷达系统具有360°组合视场。
参考图11，雷达系统1100包括在三维模制基底1118的外表面上设置的多个雷达子系统1136。三维模制基底1118设置在第二基底1110的平面表面上，以使得雷达子系统1136使用导电迹线1142和连接器1144耦合到第二基底1110上的电路系统。雷达子系统1136中的每个可以被配置为具有宽边辐射图案，以便在与三维模制基底1118的外表面垂直的方向上发射和接收RF信号1122。
在各种实施例中，三维模制基底1118可以使用模制技术(诸如模制互连器件(MID)技术)形成，并且可以包括塑料材料。在一个实施例中，三维模制基底1118包括热塑性材料。在一个实施例中，三维模制基底1118是使用注模技术形成的固体片。有利地，用于雷达子系统1136和连接器1144的安装表面可以被形成作为模子的一部分，并且可以不要求附加的蚀刻或研磨技术。
这样的技术可以有利地促进几乎任何合意的三维形状的形成。例如，图11的三维模制基底1118被示出为具有圆柱形状。然而，在替换性实施例中，三维模制基底1118可以是任何可想到的三维形状，诸如椭圆柱体、角锥体、规则棱柱、立方体、球体等。使用注塑技术来形成三维模制基底1118的另外的益处可以是形成不规则的三维形状以适应设备中的特定封装要求。
构造三维模制基底1118的外表面以创建导电迹线1142可以使用诸如激光直接成型(LDS)技术来形成。具体地，三维模制基底1118的外表面可以利用导电材料掺杂或抛光。激光然后可以用来跟踪导电迹线1142的路径，其激活外表面处的导电材料并且创建具有暴露导电材料的粗糙表面。暴露的导电材料然后可以在后续金属化期间充当成核位置。在形成导电迹线1142之后，雷达子系统1136可以被焊接或以其他方式耦合到导电迹线1142。
在一些实施例中，连接器1144可以被替换为将导电迹线1142耦合到第二基底1110的其他部件。例如，球栅阵列(BGA)和焊料回流工艺可以用于在三维模制基底1118与第二基底1110之间提供电连接和物理连接。三维模制基底1118还可以使用粘合剂(诸如环氧树脂)附接到第二基底1110或者螺纹安装就位。导电迹线1142然后可以被引线接合或直接焊接到第二基底1110上的接触焊盘。
图12图示了根据本发明的实施例的具有360°组合视场的若干示例雷达系统。图12A、图12B、图12C和图12D图示了在圆柱形模制基底上设置的多个雷达子系统的各种配置。图12A图示了具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的四个雷达子系统的示例雷达系统的顶视图，图12B图示了另一示例雷达系统的顶视图，其具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的四个雷达子系统和在圆柱形模制基底的平面表面上设置的附加雷达子系统，图12C图示了又另一示例雷达子系统，其具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的五个雷达子系统，并且图12D图示了再另一示例雷达系统，其具有在圆柱形模制基底的弯曲表面上设置的六个雷达子系统。
参考图12A，雷达系统1200包括在圆柱形模制基底1218的外部弯曲表面上设置的四个雷达子系统1236。雷达子系统1236中的每个被配置为具有宽边辐射图案，从而RF信号1222可以在与圆柱形模制基底1218垂直的方向上被发射和接收。雷达系统1200被配置为具有360°组合视场。
参考图12B，除了在圆柱形模制基底1218的外部弯曲表面上设置的四个雷达子系统1236之外，雷达系统1201还包括在圆柱形模制基底1218的平面表面上设置的雷达子系统1238。雷达系统1201被配置为除了在围绕圆柱形模制基底1218的区域中具有360°组合视场的区域之外，还检测在圆柱形模制基底1218直接上方的区域中的物体。
参考图12C，雷达系统1202包括在圆柱形模制基底1218的外部弯曲表面上设置的五个雷达系统1237。雷达子系统1237中的每个被配置为具有宽边辐射图案，从而RF信号1224可以在与圆柱形模制基底1218垂直的方向上被发射和接收。雷达系统1202被配置为具有360°组合视场。
参考图12D，雷达系统1203包括在圆柱形模制基底1218的外部弯曲表面上设置的六个雷达系统1239。雷达子系统1239中的每个被配置为具有宽边辐射图案，从而RF信号1226可以在与圆柱形模制基底1218垂直的方向上被发射和接收。雷达系统1203被配置为具有360°组合视场。
在与雷达子系统1236的个体视场相比时，雷达子系统1237和1239可以具有更窄的个体视场，这归因于围绕圆柱形模制基底1218的附加数目的雷达子系统。例如，雷达系统1200和1201中的雷达子系统1236的最小视场可以是90°，因为围绕圆柱形模制基底1218存在四个雷达子系统1236。相比之下，雷达系统1202和1203中的雷达子系统1237和1239的最小视场可以分别为72°和60°。然而，如先前提到的，不存在每个雷达子系统具有最小视场的要求。本文描述的任何实施例中的雷达子系统的个体视场可以与相邻雷达子系统的个体视场交叠。
雷达系统1201的雷达子系统1238图示为被添加到雷达系统1200，以在圆柱形模制基底上方的区域中添加感测能力。然而，雷达子系统1238不限于被并入到雷达系统1200中。如对本领域的普通技术人员将是明显的，雷达子系统1238可以被实施在雷达系统1202或1203以及本文描述的许多其他实施例的平面表面上。
图13图示了根据本发明的实施例的示例雷达系统，其具有在立方形模制的第一基底的外表面上设置的多个雷达子系统，第一基底设置在第二基底的平面表面上，其中雷达系统在平行于平面表面的平面中具有360°组合视场并且被配置为检测位于平面表面直接上方的物体。图13A图示了雷达系统的等距视图，而图13B图示了雷达系统的顶视图。
参考图13A和图13B，雷达系统1300包括在立方形模制基底1318的平面表面上设置的多个雷达子系统1336。立方形模制基底设置在第二基底1310的平面表面上，以使得第二基底1310上的电路系统耦合到雷达子系统1336。立方形模制基底1318可以是先前参考图11描述的三维模制基底。第二基底1310可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。
雷达子系统1336中的每个被配置为在与立方形模制基底1318的平面表面垂直的方向上发射和接收RF信号1322。雷达系统1300被配置为在与第二基底1310的平面平行的平面中具有360°组合视场，并且被配置为检测在立方形模制基底1318直接上方的区域中的物体。
在一个实施例中，立方形模制基底1318是立方体。替换地，立方形模制基底1318可以是任何三维形状。如先前提到的，立方形模制基底1318的表面不限于是平面的。依照具体的设计考虑，可以并入弯曲表面和平面表面的任何组合。雷达子系统1336在图13A和图13B中被示出为相同的。但是，不要求任何特定的雷达子系统与先前已经讨论的任何其他雷达子系统相同。在一些实施例中，取决于具体的设计考虑，可以省略雷达子系统1336中的一个或多个。
图14图示了根据本发明的实施例的具有四个平面基底的示例雷达系统，每个平面基底包括在四个平面基底的相应平面表面上设置的雷达子系统，其中四个平面基底被布置为在从平行于所有相应平面表面的方向上看时为矩形形状。
参考图14，雷达系统1400包括四个平面基底1410，每个平面基底1410包括雷达子系统1436，雷达子系统1436设置在四个平面基底1410的相应平面表面上。平面基底1410中的每个可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。雷达子系统1436被配置为发射和接收与个体的视场1420相对应的RF信号1422，从而雷达系统1400在围绕雷达系统1400的区域中具有360°组合视场。
平面基底1410中的每个使用接口1450和柔性连接器1452连接到两个相邻的平面基底1410。在一个实施例中，柔性连接器1452是粘合带。在其他实施例中，柔性连接器1452包含电连接并且是带状电缆或其他合适的电缆。
如图14中示出的，平面基底1410被布置为当从平行于平面基底1410的平面表面的方向上看时为矩形形状。在一个实施例中，矩形形状是正方形。在替换性实施例中，矩形形状可以是任何四边多边形。在一些实施例中，支撑结构可以被包括在由四个平面基底1410形成的中空区域中，以改进雷达系统1400的刚性。还可设想到，附加的平面基底可以被并入以形成立方形三维雷达系统。
图15图示了根据本发明的实施例的具有五个平面基底的示例雷达系统，每个平面基底包括在五个平面基底的相应平面表面上设置的雷达子系统，其中五个平面基底被布置为在从平行于所有相应平面表面的方向上看时为五边形形状。
参考图15，雷达系统1500包括五个平面基底1510，每个平面基底1510包括在五个平面基底1510的相应平面表面上设置的雷达子系统1536，并且被配置为发射和接收与个体的视场1520相对应的RF信号1522。平面基底1510中的每个可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。类似于图14的平面基底1410，平面基底1510中的每个连接到相邻的平面基底1510。雷达系统1500在围绕雷达系统1500的区域中具有360°组合视场。
图16图示了根据本发明的实施例的具有六个平面基底的示例雷达系统，每个平面基底包括在六个平面基底的相应平面表面上设置的雷达子系统，其中六个平面基底被布置为在从平行于所有相应平面表面的方向上看时为六边形形状。
参考图15，雷达系统1500包括六个平面基底1610，每个平面基底1610包括在六个平面基底1610的相应平面表面上设置的雷达子系统1636，并且被配置为发射和接收与个体的视场1620相对应的RF信号1622。平面基底1610中的每个可以是任何合适的基底，并且可以在组成上类似于图2的基底210。类似于图14的平面基底1410，平面基底1610中的每个连接到相邻的平面基底1610。雷达系统1600在围绕雷达系统1600的区域中具有360°组合视场。
图17图示了根据本发明的实施例的以多边形棱柱的形状实施的示例雷达系统。
参考图17，雷达系统1700包括四个平面基底1710，它们被布置为使得平面基底1710中的每个在多边形棱柱的表面上。如图17中示出的，在一个实施例中，多边形棱柱可以是矩形棱柱。在其他实施例中，雷达系统1700可以包括更多或更少的平面基底1710，并且被成形为三棱柱、五棱柱、六棱柱等。例如，雷达系统1700可以是如图14中图示的雷达系统1400的透视视图。平面基底1710每个可以包括与其他实施例中描述的平面基底类似的各种元件，诸如图14-16中图示的那些。
图18图示了根据本发明的实施例的操作雷达系统的方法。
操作雷达系统的步骤1801包括发射多个RF信号。RF信号由雷达系统的一个或多个基底上设置的多个天线发射。在一个实施例中，天线是在特定方向上发射和接收RF信号的定向天线。在各种实施例中，天线设置在单个基底上，并且在一个实施例中设置在基底的单个平面表面上。取决于期望的功能，天线可以被配置作为接收器、发射器或收发器。在一些实施例中，天线的子集可以被配置作为发射多个RF信号的发射器，而天线的不同子集可以被配置作为接收RF信号的接收器。
雷达系统的多个天线可以被分组为多个雷达子系统。每个雷达子系统可以包括天线中的一个或多个天线和耦合到天线的RFIC芯片。RFIC芯片可以包括被配置为处理发射的和接收的RF信号的RF电路系统。
天线中的每个在相应基底上处于固定取向和位置。另外，雷达系统的基底和雷达系统以它的整体在RF信号的发射期间处于固定取向和位置。天线中的每个具有小于360°的个体视场。天线的视场也可以被称为天线的覆盖，并且也小于360°。发射的RF信号的组合覆盖完全覆盖围绕雷达系统的360°区域。
在一些实施例中，RF信号中的每个具有平行于单个平面的主瓣。这可以使得雷达系统能够在围绕雷达系统的区域中在单个平面中具有360°视场。在一个实施例中，RF信号中的每个具有与发射RF信号的天线的平面平行的主瓣。在其他实施例中，RF信号的主瓣中的一些或全部具有与发射RF信号的天线的平面垂直的分量。
操作雷达系统的可选步骤包括使用在雷达系统的天线附近设置的导电板来增加RF信号的方向性。例如，天线可以设置在基底的平面表面上，并且导电板可以定位在基底上方或下方的特定距离。
操作雷达系统的步骤1802包括接收反射的RF信号。反射的RF信号由多个天线中的天线接收。多于一个天线可以接收反射的RF信号。在一些情况下，发射的RF信号可以导致多个反射信号，它们可以由雷达系统的各种天线接收。
操作雷达系统的步骤1803包括检测位于围绕雷达系统的360°区域中的物体。物体由RF电路系统根据反射的RF信号来检测。例如，RF电路系统可以处理反射的RF信号，并且根据RF信号确定物体在三维空间中的位置。RF电路系统可以设置在与接收反射RF信号的天线相同的基底上，或者可以设置在不同的基底上。
操作雷达系统的可选步骤包括处理反射的RF信号，以生成用于雷达系统的数字媒体模块的输入信号。RF电路系统可以被配置为处理反射的RF信号并且生成输入信号。数字媒体模块可以耦合到RF电路系统。输入信号可以经由耦合被发送到数字媒体模块，并且数字媒体模块可以将输入信号解释为用于控制数字媒体模块的功能的输入命令。
操作雷达系统的步骤1804包括发射一个或多个附加RF信号。附加RF信号由雷达系统的基底上设置的雷达子系统发射。雷达子系统包括在雷达系统的一个或多个基底上设置的一个或多个附加天线。附加天线中的每个处于固定取向和位置。在一个实施例中，附加天线是定向天线。在一个实施例中，附加天线中的每个被配置为具有宽边辐射图案。在一个实施例中，附加RF信号中的每个包括远离基底定向的主瓣。换言之，附加RF信号中的每个可以具有与发射附加RF信号的附加天线的平面垂直的主瓣。在一些情况下，附加RF信号的主瓣可以具有相对于发射附加RF信号的附加天线的平面的平行分量以及垂直分量。
操作雷达系统的步骤1805包括接收附加的反射RF信号。附加的反射RF信号由雷达子系统接收。附加的反射RF信号可以由雷达子系统的附加天线中的一个或多个附加天线接收。
操作雷达系统的步骤1806包括检测位于雷达子系统和基底上方的区域中的物体。位于雷达子系统和基底上方的区域中的物体根据附加的反射RF信号被检测，并且可以由步骤1803的RF电路系统或由雷达系统的不同RF电路系统来检测。例如，雷达子系统可以包括在基底上设置的附加RF电路系统。替换地，多个天线和雷达子系统可以耦合到处理反射的RF信号和附加的反射RF信号两者的RF电路系统，以便检测在围绕雷达系统的360°区域中的物体以及在雷达子系统上方的区域中的物体。
下文概述了本发明的示例实施例。其他实施例从本文提交的说明书和权利要求的整体也可以被理解。
示例1.一种操作雷达系统的方法，该方法包括：通过多个定向天线发射多个发射的射频(RF)信号，其中多个定向天线设置在基底的平面表面上，多个天线中的每个天线在平面表面上处于固定取向和位置，多个定向天线中的每个定向天线的相应个体覆盖小于360°，并且多个发射的RF信号的组合覆盖完全覆盖围绕雷达系统的360°区域；以及通过多个定向天线中的定向天线接收反射的RF信号。
示例2.根据示例1的方法，进一步包括：通过基底上设置的RF电路系统根据反射的RF信号来检测位于360°区域中的物体。
示例3.根据示例1和2中的一项的方法，进一步包括：通过雷达子系统发射一个或多个附加的发射RF信号，其中雷达子系统包括在平面表面上设置的一个或多个附加天线，一个或多个附加天线中的每个附加天线包括宽边辐射图案，多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号包括平行于平面表面定向的相应主瓣，一个或多个附加的发射RF信号中的每个附加的发射RF信号包括远离平面表面定向的一个或多个附加主瓣；通过雷达子系统接收附加的反射RF信号；以及通过RF电路系统并且根据附加的反射RF信号来检测位于基底的平面表面上方的区域中的物体，RF电路系统设置在基底上。
示例4.根据示例1至3中的一项的方法，其中发射多个发射的RF信号包括：通过多个定向天线的第一子集来发射多个发射的RF信号，第一子集每个被配置作为RF发射器，并且接收反射的RF信号包括：通过多个定向天线的第二子集中的定向天线来接收反射的RF信号，第二子集每个被配置作为RF接收器。
示例5.根据示例1至4中的任一项的方法，其中发射多个发射的RF信号包括：使用导电板来增加多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号沿着平行于平面表面的相应方向的方向性，导电板设置在基底上方。
示例6.根据示例1至5中的一项的方法，其中第一雷达子系统包括耦合到多个定向天线的第一子集的第一射频集成电路(RFIC)芯片，并且第二雷达子系统包括耦合到多个定向天线的第二子集的第二RFIC芯片。
示例7.根据示例1至6中的一项的方法，进一步包括：通过RF电路系统处理反射的RF信号以生成输入信号，RF电路系统设置在基底上并且耦合到多个定向天线；向附接到基底并且耦合到RF电路系统的数字媒体模块发送输入信号；以及通过数字媒体模块将输入信号解释为用于控制数字媒体模块的功能的输入命令。
示例8.一种雷达系统，包括：基底，包括平面表面；以及多个定向天线，设置在平面表面上，多个定向天线被配置为发射多个发射的射频(RF)信号并且接收反射的RF信号，其中多个定向天线中的每个定向天线在平面表面上处于固定取向和位置，多个定向天线中的每个定向天线的相应个体覆盖小于360°，并且多个发射的RF信号的组合覆盖完全覆盖围绕雷达系统的360°区域。
示例9.根据示例8的雷达系统，进一步包括：RF电路系统，设置在基底上，RF电路系统被配置为根据反射的RF信号来检测在360°区域中的物体。
示例10.根据示例8和9中的一项的雷达系统，进一步包括：雷达子系统，设置在平面表面上，雷达子系统被配置为发射一个或多个附加的发射RF信号并且接收附加的反射RF信号，其中雷达子系统包括在平面表面上设置的一个或多个附加天线，一个或多个附加天线中的每个附加天线包括宽边辐射图案，多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号包括平行于平面表面定向的相应主瓣，一个或多个附加的发射RF信号中的每个附加的发射RF信号包括远离平面表面定向的一个或多个附加主瓣；以及RF电路系统，设置在基底上，RF电路系统被配置为检测位于基底的平面表面上方的区域中的物体。
示例11.根据示例8至10中的一项的雷达系统，其中多个定向天线的第一子集被配置为用作RF发射器并且发射多个发射的RF信号，并且多个定向天线的第二子集被配置为用作RF接收器并且接收反射的RF信号。
示例12.根据示例8至11中的一项的雷达系统，进一步包括：导电板，设置在基底上方，导电板被配置为增加多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号沿着平行于平面表面的相应方向的方向性。
示例13.根据示例8至12中的一项的雷达系统，进一步包括：第一雷达子系统，包括耦合到多个定向天线的第一子集的第一射频集成电路(RFIC)芯片；以及第二雷达子系统，包括耦合到多个定向天线的第二子集的第二RFIC芯片。
示例14.根据示例8至13中的一项的雷达系统，进一步包括：RF电路系统，设置在基底上并且耦合到多个定向天线，RF电路系统被配置为处理反射的RF信号以生成输入信号；以及数字媒体模块，附接到基底并且耦合到RF电路系统，数字媒体模块被配置为将发送到数字媒体模块的输入信号解释为用于控制数字媒体模块的功能的输入命令。
示例15.一种雷达系统，包括：支撑结构；以及多个定向天线，以固定取向和位置设置在支撑结构的外表面上，多个定向天线被配置为发射多个发射的射频(RF)信号并且接收反射的RF信号，其中多个定向天线中的每个定向天线包括宽边辐射图案，多个定向天线中的每个定向天线的相应个体覆盖小于360°，并且多个发射的RF信号的多个组合覆盖中的组合覆盖完全覆盖围绕雷达系统的360°区域。
示例16.根据示例15的雷达系统，其中支撑结构包括由固体片形成的三维(3D)基底。
示例17.根据示例16的雷达系统，其中由固体片形成的3D基底是椭圆柱体，并且其中多个定向天线中的每个定向天线设置在椭圆柱体的弯曲外表面上。
示例18.根据示例16的雷达系统，其中由固体片形成的3D基底是多边形棱柱，并且其中多个定向天线中的每个定向天线设置在多边形棱柱的平面外表面上。
示例19.根据示例15的雷达系统，其中支撑结构包括多个平面基底，多个定向天线设置在多个平面基底上，并且多个平面基底中的每个平面基底连接到多个平面基底中的两个相邻的平面基底，以使得多个平面基底中的每个平面基底沿着多边形棱柱的相应侧部设置。
示例20.根据示例19的雷达系统，其中多个平面基底中的每个平面基底通过粘合带连接到两个相邻的平面基底。
应当注意，关于本发明的特征的“顶部”和“底部”的标记仅是方便的标签，并且不一定反映所有实施例中的特征的取向。尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是本描述不意图为在限制性的意义上被解释。说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合在参考说明书后对本领域的技术人员将是明显的。因此所意图的是，所附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (20)

1.一种操作雷达系统的方法，所述方法包括：
通过多个定向天线发射多个发射的射频(RF)信号，其中所述多个定向天线设置在基底的平面表面上，所述多个天线中的每个天线在所述平面表面上处于固定取向和位置，所述多个定向天线中的每个定向天线的相应个体覆盖小于360°，并且所述多个发射的RF信号的组合覆盖完全覆盖围绕所述雷达系统的360°区域；以及
通过所述多个定向天线中的定向天线接收反射的RF信号。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过所述基底上设置的RF电路系统根据所述反射的RF信号来检测位于所述360°区域中的物体。
3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，进一步包括：
通过雷达子系统发射一个或多个附加的发射RF信号，其中所述雷达子系统包括在所述平面表面上设置的一个或多个附加天线，所述一个或多个附加天线中的每个附加天线包括宽边辐射图案，所述多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号包括平行于所述平面表面定向的相应主瓣，所述一个或多个附加的发射RF信号中的每个附加的发射RF信号包括远离所述平面表面定向的一个或多个附加主瓣；
通过所述雷达子系统接收附加的反射RF信号；以及
通过RF电路系统并且根据所述附加的反射RF信号来检测位于所述基底的所述平面表面上方的区域中的物体，所述RF电路系统设置在所述基底上。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中
发射所述多个发射的RF信号包括：通过所述多个定向天线的第一子集来发射所述多个发射的RF信号，所述第一子集每个被配置作为RF发射器，并且
接收所述反射的RF信号包括：通过所述多个定向天线的第二子集中的定向天线来接收所述反射的RF信号，所述第二子集每个被配置作为RF接收器。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中发射所述多个发射的RF信号包括：使用导电板来增加所述多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号沿着平行于所述平面表面的相应方向的方向性，所述导电板设置在所述基底上方。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其中
第一雷达子系统包括耦合到所述多个定向天线的第一子集的第一射频集成电路(RFIC)芯片，并且
第二雷达子系统包括耦合到所述多个定向天线的第二子集的第二RFIC芯片。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，进一步包括：
通过RF电路系统处理所述反射的RF信号以生成输入信号，所述RF电路系统设置在所述基底上并且耦合到所述多个定向天线；
向附接到所述基底并且耦合到所述RF电路系统的数字媒体模块发送所述输入信号；以及
通过所述数字媒体模块将所述输入信号解释为用于控制所述数字媒体模块的功能的输入命令。
8.一种雷达系统，包括：
基底，包括平面表面；以及
多个定向天线，设置在所述平面表面上，所述多个定向天线被配置为发射多个发射的射频(RF)信号并且接收反射的RF信号，其中所述多个定向天线中的每个定向天线在所述平面表面上处于固定取向和位置，所述多个定向天线中的每个定向天线的相应个体覆盖小于360°，并且所述多个发射的RF信号的组合覆盖完全覆盖围绕所述雷达系统的360°区域。
9.根据权利要求8所述的雷达系统，进一步包括：
RF电路系统，设置在所述基底上，所述RF电路系统被配置为根据所述反射的RF信号来检测在所述360°区域中的物体。
10.根据权利要求8和9中的一项所述的雷达系统，进一步包括：
雷达子系统，设置在所述平面表面上，所述雷达子系统被配置为发射一个或多个附加的发射RF信号并且接收附加的反射RF信号，其中所述雷达子系统包括在所述平面表面上设置的一个或多个附加天线，所述一个或多个附加天线中的每个附加天线包括宽边辐射图案，所述多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号包括平行于所述平面表面定向的相应主瓣，所述一个或多个附加的发射RF信号中的每个附加的发射RF信号包括远离所述平面表面定向的一个或多个附加主瓣；以及
RF电路系统，设置在所述基底上，所述RF电路系统被配置为检测位于所述基底的所述平面表面上方的区域中的物体。
11.根据权利要求8至10中的一项所述的雷达系统，其中
所述多个定向天线的第一子集被配置为用作RF发射器并且发射所述多个发射的RF信号，并且
所述多个定向天线的第二子集被配置为用作RF接收器并且接收所述反射的RF信号。
12.根据权利要求8至11中的一项所述的雷达系统，进一步包括：
导电板，设置在所述基底上方，所述导电板被配置为增加所述多个发射的RF信号中的每个发射的RF信号沿着平行于所述平面表面的相应方向的方向性。
13.根据权利要求8至12中的一项所述的雷达系统，进一步包括：
第一雷达子系统，包括耦合到所述多个定向天线的第一子集的第一射频集成电路(RFIC)芯片；以及
第二雷达子系统，包括耦合到所述多个定向天线的第二子集的第二RFIC芯片。
14.根据权利要求8至13中的一项所述的雷达系统，进一步包括：
RF电路系统，设置在所述基底上并且耦合到所述多个定向天线，所述RF电路系统被配置为处理所述反射的RF信号以生成输入信号；以及
数字媒体模块，附接到所述基底并且耦合到所述RF电路系统，所述数字媒体模块被配置为将发送到所述数字媒体模块的所述输入信号解释为用于控制所述数字媒体模块的功能的输入命令。
15.一种雷达系统，包括：
支撑结构；以及
多个定向天线，以固定取向和位置设置在所述支撑结构的外表面上，所述多个定向天线被配置为发射多个发射的射频(RF)信号并且接收反射的RF信号，其中所述多个定向天线中的每个定向天线包括宽边辐射图案，所述多个定向天线中的每个定向天线的相应个体覆盖小于360°，并且所述多个发射的RF信号的多个组合覆盖中的组合覆盖完全覆盖围绕所述雷达系统的360°区域。
16.根据权利要求15所述的雷达系统，其中所述支撑结构包括由固体片形成的三维(3D)基底。
17.根据权利要求16所述的雷达系统，其中由固体片形成的所述3D基底是椭圆柱体，并且其中所述多个定向天线中的每个定向天线设置在所述椭圆柱体的弯曲外表面上。
18.根据权利要求16所述的雷达系统，其中由固体片形成的所述3D基底是多边形棱柱，并且其中所述多个定向天线中的每个定向天线设置在所述多边形棱柱的平面外表面上。
19.根据权利要求15所述的雷达系统，其中所述支撑结构包括多个平面基底，所述多个定向天线设置在所述多个平面基底上，并且所述多个平面基底中的每个平面基底连接到所述多个平面基底中的两个相邻的平面基底，以使得所述多个平面基底中的每个平面基底沿着多边形棱柱的相应侧部设置。
20.根据权利要求19所述的雷达系统，其中所述多个平面基底中的每个平面基底通过粘合带连接到两个相邻的平面基底。
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