CN110927673A - 雷达系统、集成雷达电路以及用于雷达系统的方法 - Google Patents

雷达系统、集成雷达电路以及用于雷达系统的方法 Download PDF

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Abstract

一种雷达系统，包括：具有多个第一发送路径和本地振荡器的第一集成雷达电路，本地振荡器产生本地振荡器信号，第一集成雷达电路具有输出基于本地振荡器信号的振荡信号的第一端子；具有第二发送路径和第二端子的第二集成雷达电路；部分反射元件，通过第一线路部分与第一端子耦连并通过第二线路部分与第二端子耦连，将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分反射回第一端子，并将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分传输到第二端子。第一集成雷达电路包括定向耦合器，通过第一端口与第一端子耦连并通过第二端口将反射信号输出到信号节点。第一发送路径与信号节点耦连，第一发送路径的至少一部分基于反射信号生成雷达发送信号。

Description

雷达系统、集成雷达电路以及用于雷达系统的方法
技术领域
实施例涉及雷达系统、集成雷达电路和用于雷达系统的方法。
背景技术
对于高分辨率雷达系统，通常使用多个发射和接收信道。然而，单个单片微波集成电路(MMIC)的可能的发送和接收信道的数量是有限的。因此，多个MMIC通常是级联的，即多个雷达收发器MMIC耦连，其中MMIC中的一个用作主设备并且提供系统时钟、触发线路、高频发送信号等。为了可实现雷达系统的正确运行，需要使分布在各个MMIC上的信道的高频发送信号同步。
发明内容
由此，需要提供用于使集成雷达电路同步的改进技术。
本公开的说明内容可满足这种需要。
一个实施例涉及一种雷达系统。该雷达系统包括第一集成雷达电路，其具有多个第一发送路径以及被配置为产生本地振荡器信号的本地振荡器。此外，第一集成雷达电路还具有第一端子，第一端子被配置为输出基于本地振荡器信号的振荡信号。此外，雷达系统还包括第二集成雷达电路，第二集成雷达电路具有至少一个第二发送路径和第二端子。此外，雷达系统包括部分反射元件，部分反射元件通过第一线路部分与第一端子耦连并且通过第二线路部分与第二端子耦连。部分反射元件被配置为将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分反射回第一端子，并且将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分传输到第二端子。另外，第一集成雷达电路还包括定向耦合器，定向耦合器通过第一端口与第一端子耦连并且被配置为将反射信号通过第二端口输出到第一集成雷达电路的信号节点。第一发送路径与信号节点耦连，并且第一发送路径的至少一部分被配置为基于反射信号生成雷达发送信号。
另一实施例涉及一种集成雷达电路。该集成雷达电路包括多个发送路径和被配置为产生本地振荡器信号的本地振荡器。此外，集成雷达电路包括用于通过一个线路部分连接外部元件的端子。该端子被配置为将基于本地振荡器信号的振荡信号输出到该线路部分并且通过该线路部分接收振荡信号的由外部元件反射的部分作为反射信号。此外，集成雷达电路包括定向耦合器，定向耦合器通过第一端口与端子耦连并且被配置为通过第二端口将反射信号输出到集成雷达电路的信号节点。发送路径与信号节点耦连，并且发送路径的至少一部分被配置为基于反射信号生成雷达发送信号。
另外，一个实施例涉及一种用于雷达系统的方法，该雷达系统具有第一集成雷达电路和第二集成雷达电路，第一集成雷达电路至少包括多个第一发送路径、本地振荡器以及第一端子，第二集成雷达电路至少包括第二发送路径和第二端子。该方法包括将基于本地振荡器的本地振荡器信号的振荡信号通过第一端子输出到部分反射元件，该部分反射元件通过第一线路部分与第一端子耦连并且通过第二线路部分与第二端子耦连。此外，该方法包括通过部分反射元件将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分反射回第一端子。此外，该方法包括通过部分反射元件将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分传输到第二端子。另外，该方法还包括通过第一集成雷达电路的定向耦合器的第二端口将反射信号输出到第一集成雷达电路的信号节点。定向耦合器的第一端口与第一线路部分耦连。此外，该方法包括基于反射信号通过与信号节点耦连的第一发送路径的至少一部分产生雷达发送信号。
附图说明
下面将参考附图仅示例性地详细解释装置和/或方法的一些实施例。其中：
图1示出了雷达系统的第一实施例；
图2示出了雷达系统的第二实施例；
图3示出了定向耦合器的第一实施例；
图4示出了定向耦合器的第二实施例；
图5示出了定向耦合器的第三实施例；
图6示出了部分反射元件的一个实施例；
图7示出了雷达系统的第三实施例；
图8示出了用于雷达系统的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
现在将参考其中示出了一些示例的附图更详细地说明各种示例。在附图中，为了清楚起见可能夸大线、层和/或区域的厚度。
因此，尽管各种修改和替代形式的其他示例是适用的，但其某些特定示例在附图中被示出并且将在下文中得以详细说明。然而，这些详细说明并不将其他示例局限于所说明的特定形式。其他示例可涵盖落入本公开范围内的所有修改、等效方案和替代方案。在附图的总体说明中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件，这些元件在相互比较中可相同地或以修改的形式实现，而其提供相同或相似的功能。
应理解的是，如果元件被称为与另一元件“连接”或“耦连”，则元件可直接地或通过一个或多个中间元件连接或耦连。如果通过使用“或”来组合两个元件A和B，则这应理解为公开了所有可能的组合，即仅A、仅B以及A和B，除非另有明确或隐含定义。用于相同组合的替代表达方式为“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。经过必要的修正后，这也适用于两种以上元件的组合。
在此用于说明特定示例的术语对于其他示例不应为限制的。如果使用诸如“一个、一种”和“该、这种”的单数形式并且既没明确也没隐含地定义为强制性地仅使用单个元件，则其他示例也可使用多个元件来实现相同的功能。如果在下文中将一个功能描述为通过使用多个元件实现，则其他示例可通过使用单个元件或单个处理实体来实现相同的功能。还应理解的是，术语“包含”、“包括”“具有”和/或“带有”在使用中表示存在指定特征、整数、步骤、运行、过程、元件、部件和/或它们的一组，但是不排除存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、运行、过程、元件、部件和/或它们的一组。
除非另外定义，否则所有术语(包括技术术语和科学术语)在此以其在示例所属领域中的通常含义被使用。
图1示出了包括第一集成雷达电路110和第二集成雷达电路120的雷达系统100。集成雷达电路110和120例如可实施为MMIC。第一集成雷达电路110用作主设备，而第二集成雷达电路120用作从设备。两个集成雷达电路110和120构造在不同的半导体芯片上。
第一集成雷达电路110包括多个第一发送路径111，以产生雷达发送信号117(例如具有约77GHz的载波频率)。第二集成雷达电路120也包括至少一个第二发送路径121，以产生雷达发送信号123。由此，借助于集成雷达电路110和120可生成多个雷达发送信号，以使得可对雷达系统100的环境进行高分辨率雷达扫描。
此外，第一集成雷达电路110包括本地振荡器113，其被配置为生成本地振荡器信号114。本地振荡器信号114例如可以是频率调制的(例如以便发出在77GHz范围内的线性调频信号)。本地振荡器信号114用作在两个集成雷达电路110和120中同步产生雷达发送信号的基础。
为了在本地振荡器信号114的基础上同步两个集成雷达电路110和120，第一集成雷达电路110还包括第一端子112，其被配置为输出基于本地振荡器信号114的振荡信号。基于本地振荡器信号114的振荡信号例如可以是本地振荡器信号114本身或从本地振荡器信号114导出的信号。例如，振荡信号可具有比本地振荡器信号114低的频率并且可以是分频的本地振荡器信号(例如在本地振荡器信号114的频率的一半或四分之一处的高频信号)。同样，振荡信号例如可以是本地振荡器信号114的功率放大(和可选地滤波)的副本。振荡信号可例如由本地振荡器113或第一集成雷达电路110的电路部件施加到端子112处，第一集成雷达电路110基于本地振荡器信号114产生振荡信号。
为了将第二集成雷达电路120耦连到第一集成雷达电路110处，第二集成雷达电路120包括第二端子122。
部分反射元件130耦连在第一集成雷达电路110和第二集成雷达电路120之间。部分反射元件130通过第一线路部分140与第一端子112耦连并且通过第二线路部分150与第二端子122耦连。部分反射元件130相应地通过第一线路部分140接收施加到第一端子112处的振荡信号。由此，部分反射元件130连接在端子112和122之间。线路部分140和150例如可以是带状导线、波导管或介电波导管。线路部分140和150例如可在安装有雷达电路110和120的电路板或其他载体上延伸。
部分反射元件130被配置为将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分140反射回第一端子112并且将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分150传输到第二端子122。换言之，振荡信号的一部分由部分反射元件130反射回第一集成雷达电路110，而另一部分经过部分反射元件130并且通过第二线路部分150到达第二集成雷达电路120。
第一集成雷达电路110包括定向耦合器115，其通过第一端口与第一端子112(或第一线路部分140)耦连并且被配置为通过第二端口将反射信号输出到第一集成雷达电路110的信号节点116。由于定向耦合器115的方向特性，反射信号基本上可在没有施加到第一端子112的其他信号分量的组成部分的情况下在信号节点116处输出。换言之，定向耦合器115可使得反射信号从施加到第一端子112处的所有信号的全部中退耦。
第一发送路径111与信号节点耦连，从而可获得反射信号。第一发送路径111的至少一部分被配置为基于反射信号生成雷达发送信号117。例如，在一些实施例中，仅第一发送路径111的一部分可被配置为基于反射信号生成雷达发送信号117。作为替代，所有发送路径111可被配置为基于反射信号生成雷达发送信号117。由此，第一发送路径111的生成雷达发送信号117的部分可产生与反射信号时间相关的雷达发送信号117。
第二集成雷达电路120的至少一个第二发送路径121与第二端子122耦连，从而可获得前向信号。至少一个第二发送路径121被配置为基于前向信号生成雷达信号123。所接收的前向信号例如可被传输到一个或多个功率放大器，以产生发送信号123。如果所接收的前向信号基于分频的本地振荡器信号，则可在雷达电路120中设置倍频器，以恢复本地振荡器信号的频率。由此，第二发送路径121可产生与前向信号时间相关的雷达发送信号123。
两个集成雷达电路110和120可借助于高频范围内的振荡信号的部分反射来同步，因为两个集成雷达电路110和120分别被提供振荡信号的一部分。在此，在集成雷达电路110中仅需要单个端子，以输出用于同步的振荡信号并且接收其反射分量。
除了发送路径111和121的同步之外，反射信号和前向信号还可用于同步两个集成雷达电路110和120的接收路径。
例如，第一集成雷达电路110可具有与信号节点115耦连的至少一个第一接收路径118，并且此外第二集成雷达电路120具有与第二端子122耦连的至少一个第二接收路径124，以用于接收和处理雷达接收信号。该至少一个第一接收路径118相应地被配置为通过使用反射信号对所接收的雷达接收信号119进行下混频(即，与反射信号时间相关地对雷达接收信号119进行下混频)，而该至少一个第二接收路径124被配置为通过使用前向信号对所接收的雷达接收信号125进行下混频，(即，与前向信号时间相关地对雷达接收信号125进行下混频)。
部分反射元件130被配置为产生相对于彼此具有恒定相位的反射信号和前向信号。如果
Figure BDA0002207475470000061
表示反射信号的相位并且
Figure BDA0002207475470000062
表示前向信号的相位，则有如下关系：
Figure BDA0002207475470000071
例如，部分反射元件130可被配置为同相地产生反射信号和前向信号，从而
Figure BDA0002207475470000072
作为替代，部分反射元件130可被配置为生成相对于前向信号具有固定相位偏移c的反射信号，从而
Figure BDA0002207475470000073
Figure BDA0002207475470000074
为了可实现两个集成雷达电路110和120的同步，当反射信号和前向信号到达端子112或122时其相位应(尽可能)相同。在端子112或122处接收到信号时，反射信号和前向信号的相位不仅由部分反射元件130决定，而且由两个线路部分140和150的长度决定。可相应地将第一线路部分140和第二线路部分150的长度选择为使得在第一端子112处接收时反射信号的相位等于在第二端子122处接收时前向信号的相位。
当部分反射元件130同相地产生反射信号和前向信号时，第一线路部分140和第二线路部分150例如可具有相同的电气长度和相同的特性。换言之，部分反射元件130可布置在两个端子112和122内的中央。
当部分反射元件130产生相对于前向信号具有相位偏移的反射信号时，例如两个线路部分140和150中的一个可比另一个长，以平衡或补偿由部分反射元件130产生的相位偏移。换言之，部分反射元件130可相对于两个端子112和122的连线中心偏移地布置。
部分反射元件130同样可被配置为使得反射信号和前向信号具有相似的信号强度。例如，部分反射元件130可被配置为部分地反射振荡信号，使得反射信号和前向信号的相应信号强度彼此的差异小于90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。在一些实施例中，部分反射元件130可被配置为部分地反射振荡信号，使得反射信号和前向信号的相应信号强度(基本上)相等。如果S11表示反射信号的散射参数，即部分反射元件130的输入反射系数，并且S21表示前向信号的散射参数，即部分反射元件130的前向传输系数，则有如下关系：
S11＝S21 (2)
例如，当向第一线路部分140施加0dBm功率时(即S11＝S21＝-3dB)，反射信号和前向信号可分别具有-3dBm的信号强度。
由此，在一些实施例中，反射信号可(基本上)与前向信号相同，使得第一集成雷达电路110有效地接收与第二集成雷达电路120相同的信号。由此，两个集成雷达电路110和120可被同步到相同的信号。换言之，主设备MMIC 110和从设备MMIC 120可通过高频范围中的振荡信号进行相位同步。所提出的同步架构使用振荡信号的反射部分作为主设备MMIC110的反馈，使得主设备MMIC 110可与从设备MMIC 120保持同步。这例如还可使得主设备MMIC 110和从设备MMIC 120的信道可在MIMO(多输入多输出)系统中运行。与现有的本地振荡信号自供给的概念相比，主设备MMIC 110处的单个端子足以用于所提出的同步架构。
振荡信号例如可通过定向耦合器115被施加到第一端子112处。定向耦合器例如可被设置为通过第三端口从本地振荡器115或第一集成雷达电路110的另一电路元件接收振荡信号，并且通过第一端口将其输出到第一线路部分140或第一端子112。作为替代，振荡信号也可例如通过布置在定向耦合器115和第一端子112之间的耦合元件(未示出)被耦合或者被施加到第一端子112处。
根据一些实施例，两个集成雷达电路110和120可(临时或持久地)交换它们作为主设备或从设备的角色。例如，在本地振荡器113出现故障的情况下，第一集成雷达电路110可由主设备变为从设备，而第二集成雷达电路120可相反地由从设备变为主设备。更一般性而言，在雷达电路100的另一运行模式中，第一集成雷达电路110的本地振荡器113可以是不启用的。第二集成雷达电路120可具有另一本地振荡器126，其在另一运行模式中被设置为产生另一本地振荡器信号127。第二端子122在另一运行模式中被设置为输出基于另一本地振荡器信号的另一振荡信号。两个集成雷达电路110和120的同步也可类似于上述概念在另一运行模式中进行。因此，部分反射元件130可在该另一运行模式中被配置为将另一振荡信号的第一部分作为另一反射信号通过第二线路部分150反射回第二端子122并且将另一振荡信号的第二部分作为另一前向信号通过第一线路部分140传输到第一端子112。
第一发送路径111的一部分可在另一运行模式中相应地被配置为产生与另一前向信号时间相关的雷达发送信号117，并且至少一个第二发送路径121可在另一运行模式中相应地被配置为产生与另一反射信号时间相关的雷达发送信号123。因此，例如即使在本地振荡器113发生故障时雷达系统100也可继续运行。
在图1所示的实施例中，一个从设备MMIC与主设备MMIC耦连。根据实施例，也可多个从设备MMIC与主设备MMIC耦连(例如两个、三个、四个或更多从设备MMIC)。这在图2中示例性地被示出。与图1中所示的雷达系统100相比，图2中所示的雷达系统200具有附加的第三集成雷达电路270。第三集成雷达电路270包括第三端子272和至少一个第三发送路径271，以产生雷达发送信号273。
部分反射元件230通过第三线路部分260与第三端子272耦连。为了使第三集成雷达电路270与其他两个集成雷达电路110和120同步，部分反射元件230进一步被配置为通过第三线路部分260将振荡信号的第三部分作为另一前向信号传输到第三端子272。至少一个第三发送路径271与第三端子272耦连并且被配置为生成与另一前向信号时间相关的雷达发送信号273。
除了发送路径111、121和271的同步之外，反射信号和前向信号还可用于集成雷达电路110、120和270的接收路径的同步。例如，第三集成雷达电路270可进一步包括与第三端子272耦连的至少一个第三接收路径274，其被配置为通过使用另一前向信号对雷达接收信号275进行下混频(即，将雷达接收信号275与另一前向信号时间相关地下混频)。
为了可实现所有三个集成雷达电路110、120和270的可靠同步，部分反射元件230被配置为产生相对于彼此具有恒定相位的反射信号、前向信号和另一前向信号。在一些实施例中，例如部分反射元件230可被配置为同相地产生反射信号、前向信号和另一前向信号，从而
Figure BDA0002207475470000101
其中
Figure BDA0002207475470000102
表示另一前向信号的相位。作为替代，部分反射元件230可被配置为产生相对于彼此具有固定相位偏移c或d的反射信号、前向信号和另一前向信号，从而
Figure BDA0002207475470000103
Figure BDA0002207475470000104
反射信号、前向信号和另一前向信号的相位的调节又可附加地由线路部分140、150和260的长度确定。可相应地将第一线路部分140、第二线路部分150和第三线路部分260的长度选择为使得在第一端子112处接收时反射信号的相位等于在第二端子122处接收时前向信号的相位以及在第三端子272处接收时另一前向信号的相位。例如，线路部分140、150和260可具有相同的长度。作为替代，线路部分140、150和260中的一个或多个可比线路部分140、150和260中的其他的更长。
在反射信号、前向信号和另一前向信号的信号强度方面，上面结合图1所述的内容基本上适用。例如，部分反射元件230可被配置为部分地反射振荡信号，使得反射信号、前向信号和另一前向信号的相应信号强度彼此的差异小于90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。在一些实施例中，部分反射元件230可被配置为部分地反射振荡信号，使得反射信号、前向信号和另一前向信号的相应信号强度(基本上)相等。例如，可有如下关系：
S11＝S21＝S31＝-3dB (3)
其中S31表示另一前向信号的散射参数，即部分反射元件230朝向第三端子272的前向传输系数。
如已结合图2针对第二集成雷达电路120所述，在一些实施例中，第三集成雷达电路270也可作为主设备而不是从设备运行，即，产生本地振荡信号并且将基于其的振荡信号输出到部分反射元件230，以使集成雷达电路110、120和270同步。因此，为了避免不必要的重复，可参考第二集成雷达电路120的上述说明，其也相应地适用于第三集成雷达电路270。
根据一些实施例，图1和图2中所示的集成雷达电路110、120和270可相同地构造(例如为相同的MMIC)，并且仅在所使用的运行模式(主设备或从设备)方面有所不同。然而，在其他实施例中也可使用不同的MMIC。
在下文中，将结合图3至图5说明可用于所提出的同步架构的一些示例性定向耦合器。
图3示出了具有环形导体310以及四个端口P1、P2、P3和P4的环形耦合器300。在端口P1处施加有振荡信号(即，端口P1与振荡信号源耦连)，而端口P2与第一集成雷达电路的第一端子或部分反射元件耦连。端口P3与第一集成雷达电路的信号节点耦连，并且端口P4是绝缘的。在端口P1和P4、P4和P3或P4和P2之间的距离均为所用波长λ(即振荡信号的波长)的1/4。端口P1和P2之间的距离为波长λ的3/4。因此，在端口P1和P3之间存在良好的绝缘，从而散射参数S13＝S31非常低。由此，在端口P3处基本上仅施加有由端口P2接收的反射信号。
图4示出了具有四个端口P1、P2、P3和P4的分支线路耦合器400。在端口P1处施加有振荡信号(即，端口P1与振荡信号源耦连)，而端口P2与第一集成雷达电路的第一端子或部分反射元件耦连。端口P3是绝缘的，并且端口P4与第一集成雷达电路的信号节点耦连。端口之间的距离均为所用波长λ的1/4。相应地在端口P1和P4之间存在良好的绝缘，从而散射参数S14＝S41非常低。由此，在端口P4处基本上仅施加有由端口P2接收的反射信号。
由此，图3和图4中所示的定向耦合器在用于提供振荡信号的端口和反射信号的分支之间都具有良好的绝缘。在图5中示出了另一定向耦合器，其与图3和图4中所示的定向耦合器相比能够实现更低的信号损失。图5示出了另一环形耦合器500，其中，与环形耦合器300不同的是，在与信号节点耦连的第三端口P3和环形导体510之间布置有可偏置的PIN二极管520(光电二极管)。通过偏置电路(未示出)可将偏置电压施加到PIN二极管520处，从而PIN二极管520可作为可控电阻器运行。为此，用于设置的相应控制逻辑可与PIN二极管520连接。由此，PIN二极管520可用作施加到端口P3的反射信号的幅度调节器。PIN二极管520同样还可用作高频开关，从而可通过控制逻辑将信道P3和P4与电路分离。由此，通过结构本身损失的功率更少，并且还可将信道用作发送信道。在其他实施例中还可设置其他有源部件。
同样在环形耦合器500的绝缘的第四端口P4和环形导体510之间设置有可偏置的PIN二极管530。
然而，用于所提出的同步架构的定向耦合器不限于上面结合图3至图5所述的定向耦合器。而是也可使用任何其他合适的定向耦合器。
在图6中还进一步示出了部分反射元件的示例性实施方式。例如，部分反射元件可构造为蝶形短截线600。通过调整圆弧形短截线610和620的半径R0和角可在连接集成雷达电路的线路中产生所期望的阻抗不匹配，以便将从第一端子输入的振荡信号的具有所需相位特性和/或信号强度特性的部分反射回去并且将所输入振荡信号的具有所需相位特性和/或信号强度特性的另一部分传递给第二端子。
然而，用于所提出的同步架构的部分反射元件不限于蝶形短截线600。而是也可使用任何其他合适的元件(例如，耦合器或功率分配器)。
在一些实施例中，部分反射元件可仅由无源部件形成。在此，反射可由相对于振荡信号的波长进行调整的几何结构产生。例如，可使用与线路部分不同的环形结构或阻抗不匹配结构，以便通过适当选择几何尺寸既实现部分反射又实现前向传输。这与具有有源部件的部分反射元件相比可实现更高的稳固性，并且可降低部分反射元件的失效概率。
图7示出了雷达系统的另一实施例。雷达系统700包括第一集成雷达电路710和第二集成雷达电路720。第一集成雷达电路710用作主设备，而第二集成雷达电路720用作从设备。
第一集成雷达电路710包括多个第一发送路径711-1、711-2和711-3以及多个第一接收路径714-1、714-2、714-3和714-4。第二集成雷达电路720同样包括多个第二发送路径721-1和721-2以及多个第二接收路径724-1、724-2、724-3和724-4。
此外，第一集成雷达电路710包括本地振荡器713，其被配置为生成本地振荡器信号714。
为了基于本地振荡器信号714使两个集成雷达电路710和720同步，第一集成雷达电路710还包括第一端子712-1，其被配置为输出基于本地振荡器信号714的振荡信号。第一端子712-1通过第一发送路径711-1与本地振荡器713耦连。换言之，第一发送路径711-1、711-2和711-3中的其中一个与第一端子712-1耦连并且被配置为基于本地振荡器信号714将振荡信号施加到第一端子712-1处。例如，第一发送路径711-1可对本地振荡器信号714进行滤波和放大，并且将如此处理的本地振荡器信号作为振荡信号施加到第一端子712-1处。振荡信号通过定向耦合器715被施加到第一端子712-1处，定向耦合器715通过第一端口与第一端子712-1耦连并且通过第三端口与第一发送路径711-1耦连。
为了将第二集成雷达电路720与第一集成雷达电路710耦连，第二集成雷达电路720包括第二端子722-1。
部分反射元件730耦连在第一集成雷达电路710和第二集成雷达电路720之间。部分反射元件730通过第一线路部分740与第一端子712耦连并且通过第二线路部分750与第二端子722-1耦连。部分反射元件730相应地通过第一线路部分740接收施加到第一端子712处的振荡信号。
部分反射元件730被配置为将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分740反射回第一端子712并且将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分750传输到第二端子722。换言之，振荡信号的一部分通过部分反射元件730被反射回第一集成雷达电路710，而另一部分由部分反射元件730传输并且通过第二线路部分750到达第二集成雷达电路720。
尽管在图7中第一线路部分740由两条线示出，但是第一线路部分740为单条信号线。选择由两条线来表示第一线路部分740，是为了说明在第一端子712-1和部分反射元件730之间通过第一线路部分740同时传输前向分量(即振荡信号)和后向分量(即振荡信号的反射回的分量)。
通过定向耦合器115的第二端口将反射信号输出到第一集成雷达电路710的信号节点716。由此，借助于定向耦合器115进行反射信号从施加到第一端子112的全部信号中的去耦。
其余的第一发送路径711-2和711-3同样与信号节点716耦连并且由此获得反射信号。因此，第一发送路径711-2和711-3可与反射信号时间相关地产生雷达发送信号并且通过端子712-2或712-3输出到发送天线，以辐射到环境中。第一接收路径714-1、714-2、714-3和714-4也与信号节点716耦连并且由此获得反射信号。因此，第一接收路径714-1、714-2、714-3和714-4可通过端子717-1、717-2、717-3和717-4通过使用反射信号对由接收天线接收的雷达接收信号进行下混频或与反射信号时间相关地对雷达接收信号进行下混频。
第二集成雷达电路720的第二发送路径721-1和721-2与第二端子722-1耦连，从而获得前向信号。由此，第二发送路径721-1和721-2可与前向信号时间相关地产生雷达发送信号并且通过端子722-2或722-3输出到发送天线，以用于辐射到环境中。此外，第二接收路径724-1、724-2、724-3和724-4与第二端子722-1耦连并且由此获得前向信号。因此，第二接收路径724-1、724-2、724-3和724-4可通过端子723-1、723-2、723-3和723-4通过使用前向信号对由接收天线接收的雷达接收信号进行下混频或与前向信号时间相关地对雷达接收信号进行下混频。
如上面结合图1所述，反射信号可(基本上)与前向信号相同，使得第一集成雷达电路710有效地接收与第二集成雷达电路720相同的信号。由此，两个集成雷达电路710和720可在高频范围内同步到(基本上)相同的信号上或相位同步。与现有的本地振荡信号自供给的概念相比，集成雷达电路处的单个端子足以用于所提出的同步架构。
除了用于高频范围中的相位同步的振荡信号之外，两个集成雷达电路710和720还可交换一个或多个用于同步的其他信号。例如，第一集成雷达电路710可通过其他端子712-5和712-6输出系统时钟，其可通过与端子712-5和712-6耦连的端子722-5和722-6由第二集成雷达电路720接收。两个集成雷达电路710和720可相应地以相同的系统时钟工作。同样，第一集成雷达电路710可通过另一端子712-4输出用于在频域中提升雷达发送信号的触发信号，该触发信号通过第二集成雷达电路720的与端子712-4耦连的端子722-4被接收。在两个集成雷达电路710和720中雷达发送信号的上升可相应地同步进行。
此外，两个集成雷达电路710和720还可具有其他端子，例如用于输出下混频雷达接收信号的(高速)接口719-1或729-1或用于交换其他数据的串行总线(例如串行外围接口)。
在一些实施例中，集成雷达电路710和720同样也可单独运行。例如，第一集成雷达电路710可单独(即在没有集成雷达电路720的情况下)使用。在该运行模式中不需要第一集成雷达电路710与第二集成雷达电路的同步。第一发送路径711-1也可相应地用于在该运行模式下生成雷达发送信号。
此外，第一集成雷达电路720例如还可包括开关(未示出)，其被配置为在另一运行模式下将本地振荡器713与信号节点716耦连，使得现在所有第一发送路径711-1、711-2和711-3均接收本地振荡器信号714。在另一运行模式中，第一发送路径711-1可相应地被配置为基于本地振荡器信号714生成雷达发送信号并且将其输出到第一端子712-1。第一端子712-1在另一运行模式中与发送天线而不是部分反射元件730耦连。在另一运行模式中，其他发送路径711-2和711-3被配置为基于本地振荡器信号714生成雷达发送信号。在第一集成雷达电路710的单独运行中，所有发送路径可相应地用于产生雷达发送信号。
根据一些实施例，集成雷达电路710、720可相同地构造(例如为相同的MMIC)，并且仅在所使用的运行模式(主设备或从设备)方面有所不同。例如，第二集成雷达电路720也可具有本地振荡器和/或另一发送路径，其通过定向耦合器与第二端子722-1耦连，从而类似于上述对第一集成雷达电路710的说明，第二端子722-1既可用于接收级联运行中的前向信号，也可用于输出第二集成雷达电路720的单独运行中的雷达发松信号。
为了总结用于同步集成雷达电路的上述方面，在图8中还示出了用于雷达系统的方法800的流程图。该雷达系统包括：第一集成雷达电路，其至少包括多个第一发送路径、本地振荡器和第一端子；以及第二集成雷达电路，其包括至少一个第二发送路径和第二端子。
方法800包括通过第一端子将基于本地振荡器的本地振荡器信号的振荡信号输出802到部分反射元件，该部分反射元件通过第一线路部分与第一端子耦连并且通过第二线路部分与第二端子耦连。此外，方法800包括通过部分反射元件将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分反射804回第一端子。此外，方法800包括通过部分反射元件将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分传输806到第二端子。此外，方法800还包括通过第一集成雷达电路的定向耦合器的第二端口将反射信号输出808到第一集成雷达电路的信号节点。定向耦合器的第一端口与第一端子耦连。此外，方法800包括基于反射信号通过与信号节点耦连的第一发送路径的至少一部分生成810雷达发送信号。
以上结合其他实施例(例如，图1至图7)说明了该方法的其他细节和方面。该方法可包括根据其他实施例的一个或多个可选特征。
在此说明的实施例可总结如下：
一些实施例涉及一种雷达系统。该雷达系统包括具有多个第一发送路径和本地振荡器的第一集成雷达电路，本地振荡器被配置为产生本地振荡器信号。第一集成雷达电路还具有第一端子，第一端子被配置为输出基于本地振荡器信号的振荡信号。此外，雷达系统还包括第二集成雷达电路，第二集成雷达电路具有至少一个第二发送路径和第二端子。此外，雷达系统包括部分反射元件，部分反射元件通过第一线路部分与第一端子耦连并且通过第二线路部分与第二端子耦连。部分反射元件被配置为将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分反射回第一端子，并且将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分传输到第二端子。此外，第一集成雷达电路还包括定向耦合器，定向耦合器通过第一端口与第一端子耦连并且被配置为通过第二端口将反射信号输出到第一集成雷达电路的信号节点。第一发送路径与信号节点耦连，并且第一发送路径的至少一部分被配置为基于反射信号生成雷达发送信号。
根据一些实施例，第一发送路径的一部分被配置为生成与反射信号时间相关的雷达发送信号，其中至少一个第二发送路径与第二端子耦连并且被配置为生成与前向信号时间相关的雷达发送信号。
此外，在一些实施例中，第一集成雷达电路还包括至少一个第一接收路径，其与信号节点耦连并且被配置为通过使用反射信号对雷达接收信号进行下混频。
此外，根据一些实施例，第二集成雷达电路还包括至少一个第二接收路径，其与第二端子耦连并且被配置为通过使用前向信号对雷达接收信号进行下混频。
在一些实施例中，部分反射元件被配置为产生相对于彼此具有恒定相位关系的反射信号和前向信号。
根据一些实施例，部分反射元件被配置为同相地产生反射信号和前向信号。
在一些实施例中，将第一线路部分和第二线路部分的长度选择为使得在第一端子处接收时的反射信号的相位等于在第二端子处接收时的前向信号的相位。
根据一些实施例，第一线路部分和第二线路部分例如具有相同的长度。
在一些实施例中，反射信号和前向信号的相应信号强度彼此相差小于50％。
根据一些实施例，反射信号和前向信号的相应信号强度例如是相同的。
在一些实施例中，部分反射元件仅包括无源元件。
根据一些实施例，定向耦合器是环形耦合器，其中在环形耦合器的第二端口和环形耦合器的环形导体之间布置有偏置的PIN二极管。
在一些实施例中，第一发送路径中的一个第一发送路径通过定向耦合器与第一端子耦连，并且被配置为基于本地振荡器信号将振荡信号施加到第一端子。
根据一些实施例，定向耦合器被配置为通过第三端口从本地振荡器接收振荡信号，并且通过第一端口将振荡信号输出到第一线路。
此外，在一些实施例中，雷达系统还包括：具有至少一个第三发送路径和第三端子的第三集成雷达电路，其中部分反射元件通过第三线路部分与第三端子耦连。此外，部分反射元件还被配置为将振荡信号的第三部分作为另一前向信号通过第三线路部分传输到第三端子。所述至少一个第三发送路径与第三端子耦连并且被配置为生成与另一前向信号时间相关的雷达发送信号。
根据一些实施例，部分反射元件被配置为产生相对于彼此具有恒定相位的反射信号、前向信号和另一前向信号。
例如，在一些实施例中，部分反射元件被配置为相位相同地生成反射信号、前向信号和另一前向信号。
此外，在一些实施例中，第三集成雷达电路还包括至少一个第三接收路径，第三接收路径与第三端子耦连并且被配置为通过使用另一前向信号对雷达接收信号进行下混频。
根据一些实施例，第一集成雷达电路的本地振荡器在另一运行模式中是不启用的，其中第二集成雷达电路具有另一本地振荡器，其在另一运行模式中被配置为产生另一本地振荡器信号。第二端子在另一运行模式中被配置为输出基于另一本地振荡器信号的另一振荡信号。部分反射元件在另一运行模式中被配置为将另一振荡信号的第一部分作为另一反射信号通过第二线路部分反射回第二端子，并且将另一振荡信号的第二部分作为另一前向信号通过第一线路部分传输到第一端子。
在一些实施例中，第一发送路径的一部分在另一运行模式中被配置为生成与另一前向信号时间相关的雷达发送信号，其中至少一个第二发送路径在另一运行模式中被配置为生成与另一反射信号时间相关的雷达发送信号。
其他实施例涉及一种集成雷达电路。该集成雷达电路包括多个发送路径和配置为产生本地振荡器信号的本地振荡器。此外，集成雷达电路包括用于通过线路部分连接外部元件的端子。该端子被配置为将基于本地振荡器信的振荡信号输出到线路部分并且通过线路部分接收由外部元件反射的振荡信号的部分作为反射信号。此外，集成雷达电路包括定向耦合器，定向耦合器通过第一端口与端子耦连并且被配置为通过第二端口将反射信号输出到集成雷达电路的信号节点。发送路径与信号节点耦连，并且发送路径的至少一部分被配置为基于反射信号生成雷达发送信号。
根据一些实施例，发送路径的其中一个通过定向耦合器与端子耦连并且被配置为基于本地振荡器信号将振荡信号施加到端子处。
此外，在一些实施例中，集成雷达电路还包括开关，开关被配置为在另一运行模式下将本地振荡器与信号节点耦连。发送路径中的一个发送路径在另一运行模式中被配置为基于本地振荡器信号产生雷达发送信号并且将雷达发送信号输出到端子。其他的发送路径在另一运行模式中被配置为基于本地振荡器信号产生雷达发送信号。
此外，根据一些实施例，集成雷达电路还包括至少一个接收路径，其与信号节点耦连并且被配置为通过使用反射信号对雷达接收信号进行下混频。
此外，实施例涉及一种用于具有第一集成雷达电路和第二集成雷达电路的雷达系统的方法，其中第一集成雷达电路至少包括多个第一发送路径、本地振荡器和第一端子，并且第二集成雷达电路包括至少一个第二发送路径和第二端子。该方法包括将基于本地振荡器的本地振荡器信号的振荡信号通过第一端子输出到部分反射元件，该部分反射元件通过第一线路部分与第一端子耦连并且通过第二线路部分与第二端子耦连。此外，该方法包括通过部分反射元件将振荡信号的第一部分作为反射信号通过第一线路部分反射回第一端子。此外，该方法包括通过部分反射元件将振荡信号的第二部分作为前向信号通过第二线路部分传输到第二端子。另外，该方法还包括通过第一集成雷达电路的定向耦合器的第二端口将反射信号输出到第一集成雷达电路的信号节点。定向耦合器的第一端口与第一端子耦连。此外，该方法包括基于反射信号通过与信号节点耦连的第一发送路径的至少一部分产生雷达发送信号。
多个MMIC的级联可实现使用更多用于雷达扫描的接收天线或发送天线。因此，例如可在方位角分辨率和/或仰角分辨率方面实现雷达图像的改善。所提出的同步架构的实施例可实现使用最大数量的可用发送路径来耦合天线而不是同步。这例如在仅具有两个或三个级联MMIC的较小系统中可特别有利。如上所述，高频范围内的相位同步对于级联的MMIC很重要。所提出的同步架构可通过将反射信号反馈到主设备MMIC来实现同步。与现有方法相比，主设备MMIC的端子足以用于同步，使得附加的天线或发送路径可用于实际的雷达扫描。
结合一个或多个先前详细说明的示例和附图所描述的方面和特征也可与一个或多个其他示例组合，以代替另一示例的相同特征或者将该特征附加地引入其他示例中。
通过说明和附图仅示出了本公开的原理。另外，在此列出的所有示例原则上仅用于说明的目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人所提出的进一步发展该技术的概念。本文关于公开的原理、方面和示例的所有陈述及其具体示例包括其等同物。
例如，框图可表示实现本公开原理的粗略电路图。类似地，流程图、程序框图、状态转换图、伪代码等可表示各种过程、操作或步骤，其例如主要呈现在计算机可读的介质中从而由计算机或处理器运行，无论这样的计算机或处理器是否被明确示出。在说明书或权利要求中公开的方法可通过一种元件来实现，其具有用于执行这些方法的每个相应步骤的装置。
应理解的是，在说明书或权利要求中公开的多个步骤、过程、操作或功能的公开内容不应被解读为以特定顺序排列，除非明确或隐含地另外指明，例如出于技术原因。因此，其不应被多个步骤或功能的公开限制于特定顺序，除非由于技术原因这些步骤或功能不可互换。此外，在一些示例中，单个步骤、功能、过程或操作可包括和/或分解成多个子步骤、子功能、子过程或子操作。除非明确排除，否则这些子步骤可被包括并且为该单个步骤的公开内容的一部分。
此外，在此权利要求并入到详细说明中，其中每个权利要求可单独作为独立的示例。尽管每个权利要求可作为独立的示例单独存在，但应理解的是，虽然在权利要求中从属权利要求可涉及与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例也可包括该从属权利要求与任意其他从属或独立权利要求的内容的组合。在此这些组合被明确提出，除非声明不旨在某个特定组合。此外，某个权利要求的特征对于任意其他独立权利要求也应被包括，即使该权利要求并不直接依赖于该独立权利要求。

Claims (20)

1.一种雷达系统(100)，包括：
第一集成雷达电路(110)，具有多个第一发送路径(111)和本地振荡器(113)，所述本地振荡器被配置为产生本地振荡器信号(114)，其中所述第一集成雷达电路(110)还具有第一端子(112)，所述第一端子被配置为输出基于所述本地振荡器信号(114)的振荡信号；
第二集成雷达电路(120)，具有至少一个第二发送路径(121)和第二端子(122)；和
部分反射元件(130)，所述部分反射元件通过第一线路部分(140)与所述第一端子(112)耦连并且通过第二线路部分(150)与所述第二端子(122)耦连，其中所述部分反射元件(130)被配置为将所述振荡信号的第一部分作为反射信号通过所述第一线路部分(140)反射回所述第一端子(112)，并且将所述振荡信号的第二部分作为前向信号通过所述第二线路部分(150)传输到所述第二端子(122)，
其中所述第一集成雷达电路(110)包括定向耦合器(115)，所述定向耦合器通过第一端口与所述第一端子(112)耦连并且被配置为将所述反射信号通过第二端口输出到所述第一集成雷达电路(110)的信号节点(116)，
其中所述第一发送路径(111)与所述信号节点(116)耦连，并且所述第一发送路径(111)的至少一部分被配置为基于所述反射信号生成雷达发送信号(117)。
2.根据权利要求1所述的雷达系统，其中所述第一发送路径(111)的所述一部分被配置为生成与所述反射信号时间相关的雷达发送信号(117)，并且其中所述至少一个第二发送路径(121)与所述第二端子(122)耦连并且被配置为生成与所述前向信号时间相关的雷达发送信号(123)。
3.根据权利要求1或2所述的雷达系统，其中所述第一集成雷达电路(110)还包括至少一个第一接收路径(118)，所述第一接收路径与所述信号节点(116)耦连并且被配置为通过使用所述反射信号对雷达接收信号(119)进行下混频。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的雷达系统，其中所述第二集成雷达电路(120)还包括至少一个第二接收路径(124)，所述第二接收路径与所述第二端子(122)耦连并且被配置为通过使用所述前向信号对雷达接收信号(125)进行下混频。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达系统，其中所述部分反射元件(130)被配置为产生相对于彼此具有恒定相位关系的所述反射信号和所述前向信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的雷达系统，其中所述部分反射元件(130)被配置为同相位地产生所述反射信号和所述前向信号。
7.根据权利要求6所述的雷达系统，
其中所述第一线路部分(140)和所述第二线路部分(150)具有相同的长度，和/或
其中所述第一线路部分(140)和所述第二线路部分(150)的长度被选择为使得在所述第一端子(112)处接收时所述反射信号的相位与在所述第二端子(122)处接收时所述前向信号的相位相同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的雷达系统，
其中所述反射信号和所述前向信号的相应信号强度彼此相差小于50％，和/或
其中所述反射信号和所述前向信号的相应信号强度相同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的雷达系统，其中所述部分反射元件(130)仅包括无源元件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的雷达系统，其中所述定向耦合器(115)是环形耦合器(500)，并且其中在所述环形耦合器的第二端口和所述环形耦合器的环形导体(510)之间布置有可偏置的PIN二极管(520)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的雷达系统，其中所述第一发送路径(111)中的一个第一发送路径通过所述定向耦合器(115)与所述第一端子(112)耦连，并且被配置为基于所述本地振荡器信号(114)将所述振荡信号施加到所述第一端子(112)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的雷达系统，还包括：第三集成雷达电路(270)，所述第三集成雷达电路(270)具有至少一个第三发送路径(271)和第三端子(272)，其中所述部分反射元件(230)通过第三线路部分(260)与所述第三端子(272)耦连，其中所述部分反射元件(230)被配置为通过所述第三线路部分(260)将所述振荡信号的第三部分作为另一前向信号传输到所述第三端子(272)，并且其中所述至少一个第三发送路径(271)与所述第三端子(272)耦连并且被配置为生成与所述另一前向信号时间相关的雷达发送信号(273)。
13.根据权利要求12所述的雷达系统，
其中所述部分反射元件(230)被配置为产生相对于彼此具有恒定相位的所述反射信号、所述前向信号和所述另一前向信号，和/或
其中所述部分反射元件(230)被配置为同相位地产生所述反射信号、所述前向信号和所述另一前向信号。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的雷达系统，其中在另一运行模式中所述第一集成雷达电路(110)的所述本地振荡器(113)是不启用的，其中所述第二集成雷达电路(120)具有另一本地振荡器(126)，所述另一本地振荡器在所述另一运行模式中被设置为产生另一本地振荡器信号(127)，其中所述第二端子(122)在所述另一运行模式中被配置为输出基于所述另一本地振荡器信号(127)的另一振荡信号，其中所述部分反射元件(130)在所述另一运行模式中被配置为将所述另一振荡信号的第一部分作为另一反射信号通过所述第二线路部分(150)反射回所述第二端子(122)并且将所述另一振荡信号的第二部分作为另一前向信号通过所述第一线路部分(140)传输到所述第一端子(112)。
15.根据权利要求14所述的雷达系统，其中所述第一发送路径(111)的所述一部分在所述另一运行模式中被配置为产生与所述另一前向信号时间相关的雷达发送信号(117)，并且其中所述至少一个第二发送路径(121)在所述另一运行模式中被配置为产生与所述另一反射信号时间相关的所述雷达发送信号(123)。
16.一种集成雷达电路(110)，包括：
多个发送路径(111)；
被配置为产生本地振荡器信号(114)的本地振荡器(113)；
用于通过线路部分(140)连接外部元件(130)的端子(112)，其中所述端子(112)被配置为将基于所述本地振荡器信号(114)的振荡信号输出到所述线路部分(140)，并且通过所述线路部分(140)接收所述振荡信号的由所述外部元件(130)反射的部分作为反射信号；和
定向耦合器(115)，所述定向耦合器通过第一端口与所述端子(112)耦连并且被配置为通过第二端口将所述反射信号输出到所述集成雷达电路(110)的信号节点(116)，
其中所述发送路径(111)与所述信号节点(116)耦连，并且所述发送路径(111)的至少一部分被配置为基于所述反射信号产生雷达发送信号(117)。
17.根据权利要求16所述的集成雷达电路，其中所述发送路径(111)中的一个发送路径通过所述定向耦合器(115)与所述端子耦连，并且被配置为基于所述本地振荡器信号(114)将所述振荡信号施加到所述端子。
18.根据权利要求17所述的集成雷达电路，还包括开关，所述开关被配置为在另一运行模式下将所述本地振荡器(113)与所述信号节点(116)耦连，其中所述发送路径(111)中的所述一个发送路径在所述另一运行模式中被配置为基于所述本地振荡器信号(114)生成雷达发送信号并且将所述雷达发送信号输出到所述端子，并且其中其他的所述发送路径(111)在所述另一运行模式中被配置为基于所述本地振荡器信号(114)生成所述雷达发送信号(117)。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的集成雷达电路，还包括：至少一个接收路径(118)，所述接收路径与所述信号节点(116)耦连并且被配置为通过使用所述反射信号对雷达接收信号(119)进行下混频。
20.一种用于雷达系统的方法(800)，
所述雷达系统具有：第一集成雷达电路，至少包括多个第一发送路径、本地振荡器和第一端子；第二集成雷达电路，包括至少一个第二发送路径和第二端子，
所述方法包括：
通过所述第一端子将基于所述本地振荡器的本地振荡器信号的振荡信号输出(802)到部分反射元件，所述部分反射元件通过第一线路部分与所述第一端子耦连并且通过第二线路部分与所述第二端子耦连；
通过所述部分反射元件将所述振荡信号的第一部分作为反射信号通过所述第一线路部分反射(804)回所述第一端子；
通过所述部分反射元件将所述振荡信号的第二部分作为前向信号通过所述第二线路部分传输(806)到所述第二端子；
通过所述第一集成雷达电路的定向耦合器的第二端口将所述反射信号输出(808)到所述第一集成雷达电路的信号节点，其中所述定向耦合器的第一端口与所述第一端子耦连；并且
基于所述反射信号通过与所述信号节点耦连的所述第一发送路径的至少一部分生成(810)雷达发送信号。
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