CN113376622B - 低链路损耗的毫米波相控阵雷达及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达及其探测方法，该相控阵雷达包括发射器、第一移相器、耦合器、发射链路、接收链路和混频器；第一移相器用于接收发射器发射的信号，并对信号的相位进调整；耦合器用于将调整后的信号分成第一信号和第二信号；第二移相器用于对第一信号的相位进行调整，并将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域；第三移相器用于通过接收天线接收预设区域的调整后的第一信号反射的回波信号，并对回波信号的相位进行调整；混频器用于对第二信号和调整后的回波信号进行混频处理，以根据混频处理结果获取雷达探测结果。本发明实现降低移相器的整体插入损耗，进而降低资源消耗，提高整个相控阵链路的增益和性能。

Description

低链路损耗的毫米波相控阵雷达及其探测方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达及其探测方法。

背景技术

相比脉冲体制系统，毫米波FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)系统具有发射功率低，架构简单、成本低。且毫米波FMCW系统的体积小、重量轻、应用平台灵活等，因此，广泛应用于成像和探测等领域。

但随着频段的提升，毫米波FMCW系统中器件的损耗变大，导致毫米波FMCW系统的整体性能恶化。

如图1所示，在现有的毫米波FMCW系统中，为了确保相控阵链路具有良好的移相功能，则在相控阵链路中的发射链路和接收链路上设置高位数的移相器。但是，由于移相器的位数越高，插入损耗越大。所以，在发射链路和接收链路上设置高位数的移相器，使得相控阵链路整体的损耗较大，毫米波FMCW系统整体的信噪比下降，进而对毫米波FMCW系统的成像和探测等功能造成严重影响。

发明内容

本发明提供一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达及其探测方法，用以解决现有技术中相控阵链路中的发射链路和接收链路上设置的移相器均具有较大的插入损耗，导致相控阵链路损耗大，严重影响毫米波FMCW系统的整体性能的缺陷，实现在保证移相功能的同时，降低相控阵链路损耗。

本发明提供一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达，包括发射器、第一移相器、耦合器、发射链路、接收链路和混频器；

其中，所述发射链路包括第二移相器，所述接收链路包括第三移相器；

所述第一移相器用于接收所述发射器发射的信号，并对所述信号的相位进调整；

所述耦合器用于将调整后的所述信号分成第一信号和第二信号；

所述第二移相器用于对所述第一信号的相位进行调整，并将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域；

所述第三移相器用于通过接收天线接收所述预设区域的所述调整后的第一信号反射的回波信号，并对所述回波信号的相位进行调整；

所述混频器用于对所述第二信号和调整后的回波信号进行混频处理，以根据混频处理结果获取雷达探测结果；

其中，所述第一移相器调整的相位的方向与所述第二移相器调整的相位的方向相同，所述第二移相器调整的相位与所述第三移相器调整的相位相同。

根据本发明提供的一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达，所述第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数。

根据本发明提供的一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达，所述第一移相器的移相范围大于所述第二移相器的移相范围，且大于所述第三移相器的移相范围。

根据本发明提供的一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达，所述发射器发射的信号为FMCW调制信号。

根据本发明提供的一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达，所述发射器、第一移相器、耦合器、发射链路、接收链路和混频器集成在同一基板上。

本发明还提供一种基于低链路损耗的毫米波相控阵雷达的探测方法，包括：

使用第一移相器对发射器发射的信号的相位进调整，并使用耦合器将调整后的所述信号分成第一信号和第二信号；

使用第二移相器对所述第一信号的相位进行调整，并将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域；

使用第三移相器通过接收天线接收所述预设区域的所述调整后的第一信号反射的回波信号，并对所述回波信号的相位进行调整；

使用混频器对所述第二信号和调整后的回波信号进行混频处理，以根据混频处理结果获取雷达探测结果；

其中，所述第一移相器调整的相位的方向与所述第二移相器调整的相位的方向相同，所述第二移相器调整的相位与所述第三移相器调整的相位相同。

根据本发明提供的一种探测方法，所述第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数。

根据本发明提供的一种探测方法，所述第一移相器的移相范围大于所述第二移相器的移相范围，且大于所述第三移相器的移相范围。

根据本发明提供的一种探测方法，所述发射器发射的信号为FMCW调制信号。

根据本发明提供的一种探测方法，所述发射器、第一移相器、发射链路和接收链路集成在同一基板上。

本发明提供的低链路损耗的毫米波相控阵雷达及其探测方法，通过在毫米波相控阵雷达中的发射链路和接收链路共用链路上设置第一移相器，使用第一移相器提前完成部分移相功能，在发射链路和接收链路分别设置第二移相器和第三移相器，以完成剩余的移相功能，使得整个毫米波相控阵雷达只需要采用较小位数的第一移相器、第二移相器和第三移相器，即可完成相应的移相功能，不仅可以大大减低毫米波相控阵雷达中所有移相器的总插入损耗，进而降低资源消耗，提高整个相控阵链路的增益和性能，而且设计简单，便于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的相控阵雷达的结构示意图；

图2是本发明提供的低链路损耗的毫米波相控阵雷达的结构示意图之一；

图3是本发明提供的低链路损耗的毫米波相控阵雷达的结构示意图之二；

图4是本发明提供的基于低链路损耗的毫米波相控阵雷达的探测方法的流程示意图；

附图标记：

1：发射器； 2：第一移相器； 3：耦合器；

4：发射链路； 41：第二移相器； 5：接收链路；

51：第三移相器； 6：混频器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。采用本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

现有技术中，有相关的学者为解决移相器高插损降低相控阵链路损耗的做了一些研究。

其中之一为，设计采用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)工艺的移相器。MEMS工艺低损耗特性能够降低毫米波相控阵雷达中移相器的插入损耗，进而降低相控阵链路的整体损耗。但是，MEMS工艺与传统毫米波电路存在不兼容性，使得MEMS移相器难以与毫米波电路进行集成，增大了系统复杂度，不具有实用性。

其中之二为，采用新型工艺(如硅基等)对毫米波相控阵雷达中的移相器进行设计，降低移相器损耗，但是这种新型工艺尚处于研究阶段，加工及设计尚不成熟，无法应用于对器件成熟度较高的系统产品中，与实际系统工程应用尚有距离。

综上，虽然现有技术中已存在降低相控阵链路的插入损耗的相关研究，但存在技术不成熟或或实用性差的问题。

而本实施例通过在毫米波相控阵雷达中的发射链路和接收链路共用链路上设置第一移相器，在发射链路和接收链路分别设置第二移相器和第三移相器，将部分移相功能设置在发射器之后，有效克服了上述问题，且降低了相控链路中的插入损耗。

下面结合图2描述本发明毫米波相控阵雷达，包括发射器1、第一移相器2、耦合器3、发射链路4、接收链路5和混频器6；其中，所述发射链路4包括第二移相器41，所述接收链路5包括第三移相器51；所述第一移相器2用于接收所述发射器1发射的信号，并对所述信号的相位进调整；

其中，发射器1可以发射激光信号或电磁波信号等，本实施例不对此作具体限定。

发射器可以是激光器或红外线发射器等其他具有发射信号功能的设备。

第一移相器2可以为数字式移相器或模拟式移相器，第一移相器2的位数和移相范围可以根据实际需求进行设置。

发射器1与第一移相器2相连。发射器1在产生发送雷达波所需的信号后将信号发送给第一移相器2。第一移相器2接收到发射器1发射的信号后，根据第一移相器2的位数和移相范围，对信号的相位移动相应的角度，以在不同方位上同时对信号进行相位补偿或延时补偿。

可选地，移动的角度根据第一移相器2的位数和移相范围确定。

本实施例在发射器发射信号之后，对信号的相位进行移相，将部分移相功能提前至发射器发射的信号之后，可以为发射链路和接收链路分担部分移相功能。

所述耦合器3用于将调整后的所述信号分成第一信号和第二信号；所述第二移相器41用于对所述第一信号的相位进行调整，并将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域；

耦合器3与第一移相器2、发射链路4和混频器6相连，用于将第一移相器2调整后的信号分成第一信号和第二信号、将第一信号发送至发射链路4，和将第二信号发送至混频器6；

其中，耦合器3包括一个输入端，两个输出端。耦合器的输入端与第一移相器2的输出端相连，用于接收第一移相器调整后的信号，并对第一移相器调整后的信号分成两路信号，分别为第一信号和第二信号。

耦合器3的一个输出端与发射链路4相连，用于第一信号发送给发射链路。耦合器的另一个输出端与混频器相连，用于第二信号发送给混频器。

其中，发射链路4或接收链路5可以包含一个或多个T/R(Transmitter andReceiver，收发)组件。本实施例对此不作具体限定。每个T/R组件与每个发射天线或接收天线一一对应。

其中，每个T/R组件中包含的元件类型、元件数量可以根据实际需求进行设置。

如图3所示为一种T/R组件的示例。其中，T/R组件包括环形器、限幅器、调相电路、移相器、收发开关、衰减器、数模转换器(DA)和射频放大器(PA)等，T/R组件的供电模块包括电源管理和数据与时序管理。

可选地，第二移相器41在T/R组件中位置可以根据实际需求进行设置。

可选地，发射链路4中的第二移相器41的位数和移相范围也可以根据实际需求进行设置。第二移相器41也可以为数字式移相器。

发射链路接收到第一信号后，先将第一信号发送至衰减器，然后再发送到第二移相器，根据第二移相器41的位数和移相范围，可以对第一信号的相位移动相应的角度。

然后，调整后的第一信号经过发射链路4中的放大器放大后，通过环形器将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域。

其中，预设区域为需要雷达探测的区域，可以根据实际需求进行设置。

所述第三移相器用于通过接收天线接收所述预设区域的所述调整后的第一信号反射的回波信号，并对所述回波信号的相位进行调整；所述混频器用于对所述第二信号和调整后的回波信号进行混频处理，以根据混频处理结果获取雷达探测结果；

其中，接收天线可以是一个或多个，本实施例不限于接收天线的数量。

其中，接收天线与接收链路5相连。

发射天线发射的调整后的第一信号可以被预设区域内的待测目标反射后形成回波信号。其中，待测目标可以是人、动物或车辆等。本实施例不对此做具体限定。

其中，第三移相器51也可以为数字式移相器，第三移相器51的位数和移相范围可以根据实际需求进行设置。

第二移相器41和第三移相器51可以为同型号的移相器，即第二移相器41和第三移相器51调整的相位大小相同。

第一移相器的位数与第二移相器和第三移相器的位数可以相同也可以不同，第一移相器的移相范围与第二移相器和第三移相器的移相范围可以相同也可以不同。本实施例不对此作具体地限定。

需要说明的是，在保证第一移相器的位数、第二移相器和第三移相器可以实现相应的移相功能的前提下，可以根据实际需求设置第一移相器、第二移相器和第三移相器的位数。

如图3所示，在接收天线接收到调整后的第一信号反射的回波信号后，可以将回波信号发送给接收链路5，依次经过接收链路中的环形器、限幅器、低噪声放大器(LNA)和调相电路后经过第三移相器51，第三移相器51对回波信号的相位进行调整后，发送给混频器6。

混频器与耦合器3和接收链路5相连，用于接收第二信号和调整后的回波信号，并对第二信号和调整后的回波信号进行混频处理后获取接收信号。

混频器包括两个输入端和一个输出端。混频器的一个输入端用于接收耦合器发送的第二信号，另一输入端用于接收调整后的回波信号，并将第二信号和回波信号进行混频处理后混频处理结果，将混频处理结果作为接收信号。

其中，接收信号是通过回波信号和相位调整后的第二信号混频后产生的差频信号，即接收信号是经过移相控制后的差频信号。

通过控制单元对接收信号进行计算和分析，可以获取雷达探测结果。

其中，雷达探测结果可以是预设区域内待测目标与雷达之间的距离或雷达对预设区域内待测目标的成像结果。本实施例不对此作具体限定。

如图1所述，由于传统的相控阵为了满足实现相应的移相功能，需要在发射链路和接收链路中设置多位数移相器，而多位数的移相器需要消耗较大的插入损耗，则相控阵链路整体的插入损耗较大。例如，传统的多位数移相器的插入损耗为L，则接收信号和发射信号双程链路中传统的多位数移相器带来的总插入损耗为2*L。通过这种设置方式，导致接收信号和发射信号双程链路中移相器的插入损耗翻倍。

而本实施例将部分移相功能提前至发射器发射信号之后，剩余部分的移相功能设置在发射链路和接收链路中。因此，在保证移相功能不变的情况下，与传统的相控阵中的多位数移相器相比，第一移相器、第二移相器和第三移相器的位数较少，则第一移相器、第二移相器和第三移相器的插入损耗均小于传统的相控阵中的多位数移相器。

假设第一移相器的插入损耗为L1，第二移相器或第三移相器的插入损耗为L2，则L1+L2≈L。因此，接收信号和发射信号双程链路中第一移相器2、第二移相器和第三移相器带来的总插入损耗为L1+2*L2≈L+L2。

综上所述，在移相功能相同的前提下，本实施例中整个接收信号和发射信号双程链路中的所有移相器的插入损耗至少减少L1。

相比与现有的相控阵设计方法，本实施例中的毫米波相控阵雷达可以减少接收信号和发射信号双程链路中移相器带来的插入损耗，进而降低相控链路中的插入损耗。

本实施例通过在毫米波相控阵雷达中的发射链路和接收链路共用链路上设置第一移相器，使用第一移相器提前完成部分移相功能，在发射链路和接收链路分别设置第二移相器和第三移相器，以完成剩余的移相功能，使得整个毫米波相控阵雷达只需要采用较小位数的第一移相器、第二移相器和第三移相器，即可完成相应的移相功能，不仅可以大大减低毫米波相控阵雷达中所有移相器的总插入损耗，进而降低资源消耗，提高整个相控阵链路的增益和性能，而且设计简单，便于实现。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述第一移相器2的位数大于所述第二移相器41的位数，且大于所述第三移相器51的位数。

其中，相控阵雷达中主要采用数字移相器，通过控制数字移相器接收的信号的相位，改变天线方向图最大值的指向，来实现天线扫描。移相器的位数直接决定了相控阵雷达的抗干扰能力、灵敏度和精度等重要指标。通常，移相器的位数越高越好，但高位移相器实现困难，且占用的电路体积较大。

例如，传统相控阵中使用的移相器多为6位数字移相器，6位数字移相器由六个移相单元串联起来，而六个移相单元需要占用的电路体积较大，不利于系统化集成。

其中，预设阈值小于或等于6，具体数值可以根据实际需求进行设置。即第一移相器2的位数、第二移相器41的位数和第三移相器51的位数均小于6。通过这种设置，可以有效减小电路体积，更利于系统化集成。

第一移相器2的位数、第二移相器41的位数和第三移相器51的位数可以相同也可以不同，本实施例不对此作具体地限定。

由于本实施例通过第一移相器实现部分移相功能，通过第二移相器41的位数和第三移相器51实现剩余部分的移相功能。因此，第一移相器、第二移相器41的位数和第三移相器51均可设置为少位数。

但是，为了最大限度地降低整个毫米波相控阵雷达中移相器带来的插入损耗，本实施例设置第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数。

因此，第一移相器的插入损耗大于第二移相器，且大于第二移相器。则与现有技术相比在移相功能相同的前提下，本实施例中整个接收信号和发射信号双程链路中的所有移相器的插入损耗大大减少。

本实施例通过设置第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数，不仅可以大大减少毫米波相控阵雷达中整个移相器的插入损耗。且相较与现有技术，本实例中的第一移相器、第二移相器和第三移相器的位数均小于传统的多位移相器。因此，本实施例中的移相器的体积小、重量轻，能够有效降低系统的复杂度，相控阵雷达的架构简单且设计灵活。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述第一移相器2的移相范围大于所述第二移相器41的移相范围，且大于所述第三移相器51的移相范围。

其中，移相器的移相范围是指移相器所能实现的输出信号与输入信号的最大相位差值。

由于移相器移相范围为多个移相单元移相量的叠加。则移相单元的数目越大，移相器的移相范围越大。但是，移相单元越多，移相器的插入损耗越大。

因此，为了最大程度地降低插入损耗，设置第一移相器2的移相范围大于第二移相器41的移相范围和第三移相器51的移相范围。

各移相器的移相范围的具体值可以根据实际需求进行设置。如，第一移相器2的移相范围为0到360°，第二移相器41或第三移相器51的移相范围为0到180°。

通过这种方式，在满足相应的移相功能的前提下，可以最大程度地降低移相器的插入损耗。

在上述各实施例的基础上，本实施例中所述发射器1发射的信号为FMCW调制信号。

其中，FMCW调制信号可以是锯齿波调制信号或三角波调制信号或正弦调制信号等，本实施不对此作具体地限定。

FMCW调制信号具有振幅恒定，频率再扫频周期内连续变化的特点。且FMCW雷达具有较高的距离和速度分辨率、结构简单、成本低、高分辨率和高集成度等特征，因此，广泛应用于成像和测距等领域。

可选地，发射器发射的FMCW调制信号，可以是发射器1中内置的函数发生器产生的预设波形的FMCW调制信号。本实施例不限于此种方式。

在上述各实施例的基础上，本实施例中所述发射器1、第一移相器2、耦合器3、发射链路4、接收链路5和混频器6集成在同一基板上。

其中，发射器1、第一移相器2、耦合器3，发射链路4、接收链路5和混频器采用单功能集成电路、多功能集成电路或系统封装芯片集成在同一基板上，构成毫米波相控阵雷达。

下面对本发明提供的基于低链路损耗的毫米波相控阵雷达的探测方法进行描述，下文描述的基于低链路损耗的毫米波相控阵雷达的探测方法与上文描述的低链路损耗的毫米波相控阵雷达可相互对应参照。

如图4所述，为本实施例提供的一种基于低链路损耗的毫米波相控阵雷达的探测方法，该方法包括：步骤401，使用第一移相器对发射器发射的信号的相位进调整，并使用耦合器将调整后的所述信号分成第一信号和第二信号；

其中，发射器可以发射激光信号或电磁波信号等，本实施例不对此作具体限定。

发射器可以是激光器或红外线发射器等其他具有发射信号功能的设备。

第一移相器可以为数字式移相器或模拟式移相器，第一移相器的位数和移相范围可以根据实际需求进行设置。

发射器与第一移相器相连。发射器在产生发送雷达波所需的信号后将信号发送给第一移相器。第一移相器接收到发射器发射的信号后，根据第一移相器的位数和移相范围，对信号的相位移动相应的角度，以在不同方位上同时对信号进行相位补偿或延时补偿。

可选地，移动的角度根据第一移相器的位数和移相范围确定。

本实施例在发射器发射信号之后，对信号的相位进行移相，将部分移相功能提前至发射器发射的信号之后，可以为发射链路和接收链路分担部分移相功能。

耦合器与第一移相器、发射链路和混频器相连，用于将第一移相器调整后的信号分成第一信号和第二信号、将第一信号发送至发射链路，和将第二信号发送至混频器；

其中，耦合器包括一个输入端，两个输出端。耦合器的输入端与第一移相器的输出端相连，用于接收第一移相器调整后的信号，并对第一移相器调整后的信号分成两路信号，分别为第一信号和第二信号。

耦合器的一个输出端与发射链路相连，用于第一信号发送给发射链路。耦合器的另一个输出端与混频器相连，用于第二信号发送给混频器。

步骤402，使用第二移相器对所述第一信号的相位进行调整，并将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域；

其中，发射链路或接收链路可以包含一个或多个T/R组件。本实施例对此不作具体限定。每个T/R组件与每个发射天线或接收天线一一对应。

其中，每个T/R组件中包含的元件类型、元件数量可以根据实际需求进行设置。

如图3所示为一种T/R组件的示例。其中，T/R组件包括环形器、限幅器、调相电路、移相器、收发开关和衰减器等，T/R组件的供电模块包括电源管理和数据与时序管理。

可选地，第二移相器在T/R组件中位置可以根据实际需求进行设置。

可选地，发射链路中的第二移相器的位数和移相范围也可以根据实际需求进行设置。第二移相器也可以为数字式移相器。

发射链路接收到第一信号后，先将第一信号发送至衰减器，然后再发送到第二移相器，根据第二移相器的位数和移相范围，可以对第一信号的相位移动相应的角度。

然后，调整后的第一信号经过发射链路中的放大器放大后，通过环形器将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域。

其中，预设区域为需要雷达探测的区域，可以根据实际需求进行设置。

步骤403，使用第三移相器通过接收天线接收所述预设区域的所述调整后的第一信号反射的回波信号，并对所述回波信号的相位进行调整；其中，所述第一移相器调整的相位的方向与所述第二移相器调整的相位的方向相同，所述第二移相器调整的相位与所述第三移相器调整的相位相同；

其中，接收天线可以是一个或多个，本实施例不限于接收天线的数量。

其中，接收天线与接收链路相连。

发射天线发射的调整后的第一信号可以被预设区域内的待测目标反射后形成回波信号。其中，待测目标可以是人、动物或车辆等。本实施例不对此做具体限定。

其中，第三移相器也可以为数字式移相器，第三移相器的位数和移相范围可以根据实际需求进行设置。

第二移相器和第三移相器可以为同型号的移相器，即第二移相器和第三移相器调整的相位大小相同。

第一移相器的位数与第二移相器和第三移相器的位数可以相同也可以不同，第一移相器的移相范围与第二移相器和第三移相器的移相范围可以相同也可以不同。本实施例不对此作具体地限定。

需要说明的是，在保证第一移相器的位数、第二移相器和第三移相器可以实现相应的移相功能的前提下，可以根据实际需求设置第一移相器、第二移相器和第三移相器的位数。

如图3所示，在接收天线接收到调整后的第一信号反射的回波信号后，可以将回波信号发送给接收链路，依次经过接收链路中的环形器、限幅器、低噪声放大器(LNA)和调相电路后经过第三移相器，第三移相器对回波信号的相位进行调整后，发送给混频器。

步骤404，使用混频器对所述第二信号和调整后的回波信号进行混频处理，以根据混频处理结果获取雷达探测结果；

混频器与耦合器和接收链路相连，用于接收第二信号和调整后的回波信号，并对第二信号和调整后的回波信号进行混频处理后获取接收信号。

混频器包括两个输入端和一个输出端。混频器的一个输入端用于接收耦合器发送的第二信号，另一输入端用于接收调整后的回波信号，并将第二信号和回波信号进行混频处理后混频处理结果，将混频处理结果作为接收信号。

其中，接收信号是通过回波信号和相位调整后的第二信号混频后产生的差频信号，即接收信号是经过移相控制后的差频信号。

通过控制单元对接收信号进行计算和分析，可以获取雷达探测结果。

其中，雷达探测结果可以是预设区域内待测目标与雷达之间的距离或雷达对预设区域内待测目标的成像结果。本实施例不对此作具体限定。

如图1所述，由于传统的相控阵为了满足实现相应的移相功能，需要在发射链路和接收链路中设置多位数移相器，而多位数的移相器需要消耗较大的插入损耗，则相控阵链路整体的插入损耗较大。例如，传统的多位数移相器的插入损耗为L，则接收信号和发射信号双程链路中传统的多位数移相器带来的总插入损耗为2*L。通过这种设置方式，导致接收信号和发射信号双程链路中移相器的插入损耗翻倍。

而本实施例将部分移相功能提前至发射器发射信号之后，剩余部分的移相功能设置在发射链路和接收链路中。因此，在保证移相功能不变的情况下，与传统的相控阵中的多位数移相器相比，第一移相器、第二移相器和第三移相器的位数较少，则第一移相器、第二移相器和第三移相器的插入损耗均小于传统的相控阵中的多位数移相器。

假设第一移相器的插入损耗为L1，第二移相器或第三移相器的插入损耗为L2，则L1+L2≈L。因此，接收信号和发射信号双程链路中第一移相器、第二移相器和第三移相器带来的总插入损耗为L1+2*L2≈L+L2。

综上所述，在移相功能相同的前提下，本实施例中整个接收信号和发射信号双程链路中的所有移相器的插入损耗至少减少L1。

相比与现有的相控阵设计方法，本实施例中的毫米波相控阵雷达探测方法可以减少接收信号和发射信号双程链路中移相器带来的插入损耗，进而降低相控链路中的插入损耗。

本实施例通过在毫米波相控阵雷达中的发射链路和接收链路共用链路上设置第一移相器，使用第一移相器提前完成部分移相功能，在发射链路和接收链路分别设置第二移相器和第三移相器，以完成剩余的移相功能，使得整个毫米波相控阵雷达只需要采用较小位数的第一移相器、第二移相器和第三移相器，即可完成相应的移相功能，不仅可以大大减低毫米波相控阵雷达中所有移相器的总插入损耗，降低资源消耗，进而提高整个相控阵链路的增益和性能，而且设计简单，便于实现。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数。

其中，相控阵雷达中主要采用数字移相器，通过控制数字移相器接收的信号的相位，改变天线方向图最大值的指向，来实现天线扫描。移相器的位数直接决定了相控阵雷达的抗干扰能力、灵敏度和精度等重要指标。通常，移相器的位数越高越好，但高位移相器实现困难，且占用的电路体积较大。

例如，传统相控阵中使用的移相器多为6位数字移相器，6位数字移相器由六个移相单元串联起来，而六个移相单元需要占用的电路体积较大，不利于系统化集成。

其中，预设阈值小于或等于6，具体数值可以根据实际需求进行设置。即第一移相器的位数、第二移相器的位数和第三移相器的位数均小于6。通过这种设置，可以有效减小电路体积，更利于系统化集成。

第一移相器的位数、第二移相器的位数和第三移相器的位数可以相同也可以不同，本实施例不对此作具体地限定。

由于本实施例通过第一移相器实现部分移相功能，通过第二移相器的位数和第三移相器实现剩余部分的移相功能。因此，第一移相器、第二移相器的位数和第三移相器均可设置为少位数。

但是，为了最大限度地降低整个毫米波相控阵雷达中移相器带来的插入损耗，本实施例设置第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数。

因此，第一移相器的插入损耗大于第二移相器，且大于第二移相器。则与现有技术相比在移相功能相同的前提下，本实施例中整个接收信号和发射信号双程链路中的所有移相器的插入损耗大大减少。

本实施例通过设置第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数，不仅可以大大减少毫米波相控阵雷达中整个移相器的插入损耗。且相较与现有技术，本实例中的第一移相器、第二移相器和第三移相器的位数均小于传统的多位移相器。因此，本实施例中的移相器的体积小、重量轻，能够有效降低系统的复杂度，相控阵雷达的架构简单且设计灵活。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述第一移相器的移相范围大于所述第二移相器的移相范围，且大于所述第三移相器的移相范围。

其中，移相器的移相范围是指移相器所能实现的输出信号与输入信号的最大相位差值。

由于移相器移相范围为多个移相单元移相量的叠加。则移相单元的数目越大，移相器的移相范围越大。但是，移相单元越多，移相器的插入损耗越大。

因此，为了最大程度地降低插入损耗，设置第一移相器的移相范围大于第二移相器的移相范围和第三移相器的移相范围。

各移相器的移相范围的具体值可以根据实际需求进行设置。如，第一移相器的移相范围为0到360°，第二移相器或第三移相器的移相范围为0到180°。

通过这种方式，在满足相应的移相功能的前提下，可以最大程度地降低移相器的插入损耗。

在上述各实施例的基础上，本实施例中所述发射器发射的信号为FMCW调制信号。

其中，FMCW调制信号可以是锯齿波调制信号或三角波调制信号或正弦调制信号等，本实施不对此作具体地限定。

FMCW调制信号具有振幅恒定，频率再扫频周期内连续变化的特点。且FMCW雷达具有较高的距离和速度分辨率、结构简单、成本低、高分辨率和高集成度等特征，因此，广泛应用于成像和测距等领域。

可选地，发射器发射的FMCW调制信号，可以是发射器中内置的函数发生器产生的预设波形的FMCW调制信号。本实施例不限于此种方式。

在上述各实施例的基础上，本实施例中所述发射器、第一移相器、耦合器、发射链路、接收链路和混频器集成在同一基板上。

其中，发射器、第一移相器、耦合器，发射链路、接收链路和混频器采用单功能集成电路、多功能集成电路或系统封装芯片集成在同一基板上，构成毫米波相控阵雷达。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。采用这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种低链路损耗的毫米波相控阵雷达，其特征在于，包括发射器、第一移相器、耦合器、发射链路、接收链路和混频器；

其中，所述发射链路包括第二移相器，所述接收链路包括第三移相器；

所述第一移相器用于接收所述发射器发射的信号，并对所述信号的相位进调整；

所述耦合器用于将调整后的所述信号分成第一信号和第二信号；

所述第二移相器用于对所述第一信号的相位进行调整，并将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域；

所述第三移相器用于通过接收天线接收所述预设区域的所述调整后的第一信号反射的回波信号，并对所述回波信号的相位进行调整；

所述混频器用于对所述第二信号和调整后的回波信号进行混频处理，以根据混频处理结果获取雷达探测结果；

其中，所述第一移相器调整的相位的方向与所述第二移相器调整的相位的方向相同，所述第二移相器调整的相位与所述第三移相器调整的相位相同；所述第一移相器、所述第二移相器和所述第三移相器的位数均小于预设阈值；

所述第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数。

2.根据权利要求1所述的低链路损耗的毫米波相控阵雷达，其特征在于，所述第一移相器的移相范围大于所述第二移相器的移相范围，且大于所述第三移相器的移相范围。

3.根据权利要求1或2所述的低链路损耗的毫米波相控阵雷达，其特征在于，所述发射器发射的信号为FMCW调制信号。

4.据权利要求1或2所述的低链路损耗的毫米波相控阵雷达，其特征在于，所述发射器、第一移相器、耦合器、发射链路、接收链路和混频器集成在同一基板上。

5.一种基于权利要求1-4任一所述的低链路损耗的毫米波相控阵雷达的探测方法，其特征在于，包括：

使用第一移相器对发射器发射的信号的相位进调整，并使用耦合器将调整后的所述信号分成第一信号和第二信号；

使用第二移相器对所述第一信号的相位进行调整，并将调整后的第一信号通过发射天线发射到预设区域；

使用第三移相器通过接收天线接收所述预设区域的所述调整后的第一信号反射的回波信号，并对所述回波信号的相位进行调整；

使用混频器对所述第二信号和调整后的回波信号进行混频处理，以根据混频处理结果获取雷达探测结果；

其中，所述第一移相器调整的相位的方向与所述第二移相器调整的相位的方向相同，所述第二移相器调整的相位与所述第三移相器调整的相位相同；所述第一移相器、所述第二移相器和所述第三移相器的位数均小于预设阈值；

所述第一移相器的位数大于所述第二移相器的位数，且大于所述第三移相器的位数。

6.根据权利要求5所述的探测方法，其特征在于，所述第一移相器的移相范围大于所述第二移相器的移相范围，且大于所述第三移相器的移相范围。

7.根据权利要求5或6所述的探测方法，其特征在于，所述发射器发射的信号为FMCW调制信号。

8.根据权利要求5或6所述的探测方法，其特征在于，所述发射器、第一移相器、发射链路和接收链路集成在同一基板上。

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