CN114325715B - 雷达结构及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达结构及系统，其中，所述雷达结构包括基板以及第一收发组件和第二收发组件第一收发组件位于基板的第一面，第二收发组件位于基板的与第一面相对的第二面，第一收发组件和第二收发组件均用于发射以及接收射频信号，并将所接收的射频信号转化为数字信号；雷达结构还包括控制器，控制器与第一收发组件和第二收发组件电连接，以向第一收发组件以及第二收发组件发送控制指令，并接收和处理来自第一收发组件和所述第二收发组件的数字信号，本发明中的雷达结构能够实现在第一面以及第二面对应的两个方向上的射频信号的接收与发送，降低了由在两个方向上同时安装雷达导致的较高的采购成本以及安装维护成本。

Description

雷达结构及系统

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种雷达结构及系统。

背景技术

随着高级辅助驾驶系统的发展与应用，越来越多的车辆中安装有毫米波雷达。在汽车行驶过程中，毫米波雷达利用高频电路产生特定调制频率的电磁波，并通过天线发送电磁波和接收从目标反射回来的回波信号，通过发送和接收回波信号的参数来计算目标的各个参数。

目前，用于智能交通领域的毫米波雷达一般包括射频板，基带板，电源板和接口板等，这些电路板安装在雷达壳体内侧，然后堆叠组装起来，最后安装天线罩，雷达的射频板单面有天线，只能朝一个方向辐射毫米波雷达信号，如果要实现双向辐射，就要安装两台毫米波雷达，增加了采购成本和安装维护成本。

发明内容

本发明提供了一种雷达结构及系统，其中，雷达结构可以实现雷达同时发射以及接收两个方向上的射频信号，从而降低了由在两个方向上同时安装雷达导致的较高的采购成本以及安装维护成本，具体方案如下：

第一方面，提供一种雷达结构，所述雷达结构包括基板以及第一收发组件和第二收发组件，所述第一收发组件位于所述基板的第一面，所述第二收发组件位于所述基板的与所述第一面相对的第二面，所述第一收发组件和所述第二收发组件均用于发射以及接收射频信号，并将所接收的射频信号转化为数字信号；

所述雷达结构还包括控制器，所述控制器与所述第一收发组件和所述第二收发组件电连接，以向所述第一收发组件以及所述第二收发组件发送控制指令，并接收和处理来自所述第一收发组件和所述第二收发组件的所述数字信号。

在一个实施方式中，所述第一收发组件包括至少一个第一雷达收发器，每个所述第一雷达收发器均与至少一个对应的发射天线和至少一个对应的接收天线电连接；所述第二收发组件包括至少一个第二雷达收发器，每个所述第二雷达收发器均与至少一个对应的发射天线和至少一个对应的接收天线电连接。

在一个实施方式中，所述第一收发组件仅包括一个第一雷达收发器，并且该第一雷达收发器是主收发器，所述第二收发组件包括至少一个第二雷达收发器，并且所述至少一个第二雷达收发器均是辅收发器，其中，所述主收发器与每个辅收发器电连接，以向所述辅收发器传输工作信号。

在一个实施方式中，所述第一收发组件包括多个第一雷达收发器，并且所述多个第一雷达收发器中的一个是主收发器，其余的第一雷达收发器均是辅收发器，所述第二收发组件包括至少一个第二雷达收发器，并且所述至少一个第二雷达收发器均是辅收发器，其中，所述主收发器与每个辅收发器电连接，以向所述辅收发器传输工作信号。

在一个实施方式中，所述雷达结构还包括晶体振荡器，所述主收发器与所述晶体振荡器电连接，所述晶体振荡器触发主收发器产生具有预设的第一频率的第一时钟信号。

在一个实施方式中，所述主收发器包括调频信号产生电路，所述调频信号产生电路基于所述第一时钟信号产生具有预设的第二频率的调频连续波本振信号。

在一个实施方式中，所述工作信号包括所述第一时钟信号、所述本振信号、以及同步信号，其中，所述主收发器驱动所述晶体振荡器产生的具有预设的第一频率的第一时钟信号至少分为两路，其中一路供所述主收发器使用，另一路传送至所述辅收发器以供所述辅收发器使用，并且所述调频信号产生电路基于所述第一时钟信号产生的具有预设的第二频率的调频连续波本振信号至少分为两路，一路供所述主收发器使用，另一路传送至所述辅收发器以供所述辅收发器使用。

在一个实施方式中，所述主收发器以及每个所述辅收发器接收与其电连接的接收天线所接收的射频信号，并将所述射频信号转化为数字信号，以及将所述数字信号传送至所述控制器以供所述控制器进行后续处理。

在一个实施方式中，所述第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与所述第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向相同或者不同。

在一个实施方式中，所述调频信号产生电路包括与所述晶体振荡器电连接的驱动器、与所述驱动器电连接的第一开关、与所述第一开关电连接的第一锁相环，以及所述第一锁相环电连接的第二开关；所述晶体振荡器触发所述驱动器产生所述第一时钟信号；供所述主收发器使用的所述第一时钟信号传输至所述第一开关并由所述第一开关传输至所述第一锁相环，所述第一锁相环将所述第一时钟信号转换为所述本振信号；供所述主收发器使用的所述本振信号传输至所述第二开关并由所述第二开关传输至所述主收发器的发射链路。

在一个实施方式中，所述调频信号产生电路还包括与所述第一开关电连接的第二锁相环；

所述第二锁相环在接收到由所述第一开关输入的所述第一时钟信号后，将所述第一时钟信号转换为具有第三频率的第二时钟信号，并将所述第二时钟信号传输至控制接口电路，所述控制接口电路将所述第二时钟信号转换为同步信号并将所述同步信号传送至所述主收发器以所有所述辅收发器。

在一个实施方式中，所述雷达结构还包括设置在所述基板的所述第一面上或所述第二面上的电源模块，用于向所述基板以及所述第一收发组件和所述第二收发组件供电，并且所述雷达结构还包括用于与外部设备进行数据传输的外部接口。

第二方面，提供一种雷达系统，所述雷达系统包括如前任一项所述的雷达结构以及上位机，所述上位机接收并显示所述雷达结构的控制器输出的数据。

在本发明中，通过基板上两个对应的面集成第一收发组件以及第二收发组件，从而可以实现雷达同时发射以及接收两个方向上的射频信号；本发明中的第一雷达收发器以及第二雷达收发器具有较高的级联能力，在基板的第一面可以设置0个，1个或多个第二雷达收发器，同时，在基板的第二面上可以设置1个或多个第二雷达收发器；主收发器以及辅收发器之间传输的信号只有本振信号，时钟信号，同步信号以及控制指令，因此，在物理上减少了主收发器和辅收发器在预设频段上的相同频道或者邻近频道的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例一中雷达结构示意图；

图2为本发明实施例中主收发器的电路结构图；

图3为本发明实施例二中雷达结构示意图；

图4为本发明实施例中雷达系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。

在整个说明书中，对“一个实施方式”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”、“在实施方式中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。

本发明公开了一种雷达结构，该雷达结构包括基板以及第一收发组件和第二收发组件，第一收发组件位于基板的第一面，第二收发组件位于基板的与第一面相对的第二面，第一收发组件和第二收发组件均用于发射以及接收射频信号，并将所接收的射频信号转化为数字信号；

雷达结构还包括控制器，控制器与第一收发组件和第二收发组件电连接，以向第一收发组件以及第二收发组件发送控制指令，并接收和处理来自第一收发组件和第二收发组件的数字信号。

在本发明中，雷达结构的第一收发组件以及第二收发组件分别位于雷达的基板的两个相对的面，即第一面以及第二面，从而在第一面对应的第一方向上，第一收发组件可以在控制器的作用下发射射频信号，并将接收到的射频信号转化为数字信号由控制器对数字信号进行处理，进而得到第一方向上目标参数，在第二面对应的第二方向上，第二收发组件可以在控制器的作用下发射射频信号，并将接收到的射频信号转化为数字信号由控制器对数字信号进行处理，进而得到第二方向上目标参数，示例性的，目标参数可以为相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等。在本发明中，通过基板上两个对应的面集成第一收发组件以及第二收发组件，从而可以实现雷达同时发射以及接收两个方向上的射频信号，从而降低了由在两个方向上同时安装雷达导致的较高的采购成本以及安装维护成本。

在本发明中，第一收发组件包括至少一个第一雷达收发器，每个第一雷达收发器均与至少一个对应的发射天线和至少一个对应的接收天线电连接；第二收发组件包括至少一个第二雷达收发器，每个第二雷达收发器均与至少一个对应的发射天线和至少一个对应的接收天线电连接，第一雷达收发器以及第二雷达收发器通过发射天线以及接收天线分别发射以及接收相应的射频信号，第一雷达收发器以及第二雷达收发器对应的接收天线以及发射天线的数量可以相同，也可以不同，在本发明中，雷达结构有不同的实现方式，下面将结合附图进行详细阐述。

实施例一

如图1所示，在本实施例中，在基板的第一面上，第一收发组件仅包括一个第一雷达收发器，并且该第一雷达收发器是主收发器，第二收发组件包括一个第二雷达收发器，第二雷达收发器为辅收发器，其中，主收发器与每个辅收发器电连接，以向辅收发器传输工作信号。

在本实施例中，辅收发器的工作信号需要由主收发器传输，因此，可以由主收发器单独工作，也可以由主收发器与辅收发器同时工作。

在本实施例中，进一步参考图1，第一收发组件包括与第一雷达收发器连接的1号接收天线，2号接收天线，3号接收天线，4号接收天线，1号发射天线，2号发射天线，3号发射天线，在第二收发组件中，发射天线以及接收天线的数量与第一收发组件中发射天线以及接收天线的数量相同，包括5号接收天线，6号接收天线，7号接收天线，8号接收天线，4号发射天线，5号发射天线，6号发射天线。

在本实施例中，雷达结构还包括晶体振荡器，主收发器与晶体振荡器电连接，晶体振荡器触发主收发器产生具有预设的第一频率的第一时钟信号，第一时钟信号是时序逻辑的基础，用于决定逻辑单元中的状态何时更新，是有固定周期并与运行无关的信号量，示例性的，第一时钟信号的第一频率可以为40MHz。

在本实施例中，主收发器包括调频信号产生电路，调频信号产生电路基于第一时钟信号产生具有预设的第二频率的调频连续波本振信号。

示例性的，如图2所示，为主收发器的电路结构图，主收发器包括调频信号产生电路201，调频信号产生电路与晶体振荡器通过电连接的外部接口连接，晶体振荡器可以触发主收发器产生具有40MHz的第一时钟信号。

在本实施例中，工作信号包括第一时钟信号、本振信号、以及同步信号，其中，主收发器驱动晶体振荡器产生的具有预设的第一频率的第一时钟信号至少分为两路，其中一路供主收发器使用，另一路传送至辅收发器以供辅收发器使用，并且调频信号产生电路基于第一时钟信号产生的具有预设的第二频率的调频连续波本振信号至少分为两路，一路供主收发器使用，另一路传送至辅收发器以供辅收发器使用。具体的，调频信号产生电路包括与晶体振荡器电连接的驱动器、与所述驱动器电连接的第一开关、与第一开关电连接的第一锁相环，以及第一锁相环电连接的第二开关；晶体振荡器触发所述驱动器产生第一时钟信号；供主收发器使用的第一时钟信号传输至第一开关并由所述第一开关传输至第一锁相环，第一锁相环将第一时钟信号转换为本振信号；供主收发器使用的本振信号传输至第二开关并由第二开关传输至主收发器的发射链路。

示例性的，如图2所示，主收发器内部具有调频信号产生电路201，调频信号产生电路201包括驱动器2011，与驱动器2011连接的第一开关2012，与第一开关2012连接的第一锁相环2013，与第一锁相环连接的第二开关2014，驱动器2011与晶体振荡器连接，晶体振荡器触发驱动器2011产生40MHz的第一时钟信号。为了保证主收发器中的第一时钟信号以及辅收发器中的第一时钟信号是同步的，在主收发器中，驱动器2011产生的第一时钟信号传输到第一开关2012，第一开关2012的时钟信号传输模式包括级联输入式以及级联输出式，第一时钟信号经过级联输出式传输至主收发器外部，而后分为至少两路，其中一路通过主收发器的第一时钟信号的输入端口输入至第一开关2012，而后由第一开关2012传输至第一锁相环2013，第一锁相环2013将第一时钟信号转换为具有26GHz的本振信号，为了保证主收发器中的本振信号以及辅收发器中的本振是同步的，在主收发器中，本振信号传输到第二开关2014，第二开关2014的本振信号传输模式包括级联输入式以及级联输出式，本振信号经过级联输出式传输至主收发器外部，而后分为至少两路，其中一路通过主收发器的本振信号的输入端口输入至第二开关2014，并由第二开关2014传输至主收发器的发射链路202。

示例性的，如图2所示，主收发器中的发射链路202的数量与图1中的发射天线的数量对应，发射链路202还包括倍频器，移相器，以及第三开关，26GHz调频连续波信号由第二开关2014传输至所有发射链路的倍频器中，将26GHz调频连续波信号倍频到预设频段，示例性的，可以为76-81GHz频段，工作带宽可根据系统的需要在最大带宽4GHz和最小带宽0GHz之间任意调整，而后由移相器，开关，以及射频单元加以相位调制和幅度控制形成射频信号，达到发射通道1，发射通道2，发射通道3，并由1号发射天线，2号发射天线，3号发射天线发射射频信号，并穿透天线罩向外界辐射。

以上介绍了主收发器中的电路结构，对于辅收发器，其电路结构与主收发器是类似的，可以参考图2，辅收发器与主收发器不同的是，无需连接晶体振荡器，

辅收发器也包括调频信号产生电路，调频信号产生电路包括图2中的第一开关，与第一开关连接的第一锁相环，与第一锁相环连接的第二开关，辅收发器中的第一时钟信号以及本振信号均是由主收发器输入的，辅收发器的第一开关只具有级联输入式，不具有级联输出式，具体的，主收发器外部的第一时钟信号中的一路经过辅收发器的第一时钟信号的输入端口传输至辅收发器的第一开关中，再传输至辅收发器的第一锁相环，在主收发器和辅收发器级联的模式下，设置辅收发器中第一锁相环为休眠模式；主收发器外部的本振信号中的一路经辅收发器的本振信号的输入端口传输至辅收发器的第二开关中，并由第二开关传输至辅收发器的发射链路。

同样的，辅收发器也包括的发射天线的数量对应的发射链路，发射链路也包括倍频器，移相器，以及第三开关，26GHz调频连续波信号由第二开关传输至所有发射链路的倍频器中，将26GHz调频连续波信号倍频到预设频段，示例性的，可以为76-81GHz频段，工作带宽可根据系统的需要在最大带宽4GHz和最小带宽0GHz之间任意调整，而后由移相器，开关，以及射频单元加以相位调制和幅度控制形成射频信号，达到相应的发射通道，最后由4号发射天线，5号发射天线，6号发射天线发射射频信号，并穿透天线罩向外界辐射。

在本实施例中，主收发器以及辅收发器接收与其电连接的接收天线所接收的射频信号，并将射频信号转化为数字信号，以及将数字信号传送至控制器以供控制器进行后续处理。

示例性的，继续参考图2，主收发器还包括用于接收射频信号的接收链路203，接收链路203的数量与图1中主收发器接收天线的数量相同，每个接收链路均具有用于接收天线传输的回波信号的接收通道以及将数字信号传输至控制器的数据输出通道，图2中包括四个接收通道，接收通道1，接收通道2，接收通道3，接收通道4。接收天线接收到穿透天线的目标物的回波信号，接收天线把回波信号转换成高频电流，经过馈线到达主收发器的接收通道。

接收链路203包括接收链路包括将对回波信号进行下变频的混频器，与混频器连接的滤波模块，以及与滤波单元连接的模数转换器，其中滤波模块包括低通滤波器以及高通滤波器。进一步地，第二开关2014将26GHz的本振信号分为两路，一路传输至发射链路202，另一路传输至接收链路203的倍频器，对本振信号的频率进行倍频后，传输至混频器中，并在混频器的作用下将回波信号下变频时需要用到26GHz的本振信号，示例性的，倍频器将76-81GHz频段的回波信号变频至20MHz的变频信号，而后经过高通滤波器，低通滤波器以及射频单元对变频信号进行处理，而后由模数转换器转换为数字信号，传输至控制器，由控制器对接收的数字信号经过快速傅里叶变换，非相干积累，恒虚警等处理，提取雷达与目标的相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等信息。

同样的，辅收发器也包括用于接收射频信号的接收链路，接收链路的数量为四个，与图1中主收发器接收天线的数量相同，每个接收链路均具有用于接收天线传输的回波信号的接收通道以及将数字信号传输至控制器的数据输出通道，接收天线接收到穿透天线罩的目标物的回波信号，接收天线把回波信号转换成高频电流，经过馈线到达辅收发器的接收通道。接收链路包括将对回波信号进行下变频的混频器，与混频器连接的滤波模块，以及与滤波单元连接的模数转换器，其中滤波模块包括低通滤波器以及高通滤波器。进一步地，第二开关将26GHz的本振信号分为两路，一路传输至发射链路，另一路传输至接收链路的倍频器，对本振信号的频率进行倍频后，传输至混频器中，并在混频器的作用下将回波信号下变频时需要用到26GHz的本振信号，示例性的，倍频器将76-81GHz频段的回波信号变频至20MHz的变频信号，而后经过高通滤波器，低通滤波器以及射频单元变频信号进行处理，示例性的，射频单元可以为增益单元，而后由模数转换器转换为数字信号，传输至控制器，由控制器对接收的数字信号经过快速傅里叶变换，非相干积累，恒虚警等处理，提取雷达与目标的相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等信息。

在本实施例中，第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向相同或者不同。

进一步地，为了避免第一收发组件中的发射天线和接收天线，以及，第二收发组件的发射天线和接收天线相互干扰，第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向不同，示例性的，第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向可以设计相互正交的模式，第一收发组件中天线垂直极化-第二组件中天线水平极化，第一收发组件中天线水平极化-第二组件中天线垂直极化，第一收发组件中+45°极化-第二组件中天线-45°极化，第一收发组件中-45°极化-第二组件中天线+45°极化，从而更有利于交通雷达的灵活组网，减少两只或者两只以上毫米波交通雷达对照带来的干扰。

在本实施例中，调频信号产生电路还包括与第一开关电连接的第二锁相环；

第二锁相环在接收由第一开关输入的第一时钟信号后，将第一时钟信号转换为具有第三频率的第二时钟信号，并将第二时钟信号传输至控制接口电路，控制接口电路将第二时钟信号转换为同步信号并将同步信号传送至主收发器以及所有辅收发器。

示例性的，如图2所示，调频信号产生电路201还包括与第一开关2012电连接的第二锁相环2015，第二锁相环2015将40MHz的第一时钟信号转换为第三频率的第二时钟信号，示例性的，第三频率可以为480MHz，600MHz，1200MHz，4.8GHz中的任意一种。第二时钟信号分为两路，一路第二时钟信号作为参考信号传输至控制主收发器中的控制接口电路204，控制接口电路204将参考信号转换为同步信号，为了保证主收发器以及辅收发器的同步信号是同步输入的，在主收发器中，控制接口电路204的模式设置为同步信号输出模式以及同步信号输入模式，同步信号先通过传输至主收发器外，而后其中一路同步信号经过同步信号输入模式输入至主收发器中，控制接口电路204将同步信号输出至辅收发器中；另一路第二时钟信号供接收链路203中模数转换器使用。

同样的，在辅收发器中，调频信号产生电路也包括与第一开关电连接的第二锁相环，第二锁相环将40MHz的第一时钟信号转换为第三频率的第二时钟信号，示例性的，第三频率可以为480MHz，600MHz，1200MHz，4.8GHz中的任意一种，供接收链路中模数转换器使用；辅收发器也包括控制接口，控制接口的模式设置为同步信号输入模式，在主收发器外的同步信号中的其中一路通过辅收发器的同步信号输入端口传输至相应的辅收发器中。

在主收发器中，控制接口电路还用于接收控制器的控制指令，并将控制指令传输至主收发器外分为至少两路，其中一路传输至主收发器的控制接口电路中，另外一路分别传输至对应的辅收发器的控制接口电路中。此外，控制指令还可以由控制器直接发送至辅收发器中，无需通过主收发器。

在本实施例中，主收发器以及辅收发器之间传输的信号只有26GHz调频连续波本振信号，40MHz时钟信号，同步信号以及控制指令，因此，在物理上减少了主收发器和辅收发器在76-81GHz频段上的相同频道或者邻近频道的干扰。

在本实施例中，雷达结构还包括设置在基板的第一面上或第二面上的电源模块，用于向基板以及第一收发组件和第二收发组件供电，并且雷达结构还包括用于与外部设备进行数据传输的外部接口。

如图1所示，电源模块设置在第二面上，通过电源模块向基板、第一收发组件以及第二收发组件供电，雷达结构上与外部设备进行数据传输的外部接口分布在第一面以及第二面上。电源管理模块将输入的电压调整到主收发器以及辅收发器内部各模块所需的各种电压，并管理各模块的上电顺序。

相应的，如图2所示，主收发器中也设置有电源管理单元205，用于接收电源模块输入的电压信号，同样的，在辅收发器中也设置有电源管理单元，用于接收电源模块输入的电压信号。

实施例二

如图3所示，在本实施例中，在基板的第一面上，第一收发组件包括一个第一雷达收发器以及一个第二雷达收发器，在基板的第二面上，第二收发组件包括两个第二雷达收发器，并且第一雷达收发器是主收发器，三个第二雷达收发器均是辅收发器，其中，主收发器与每个辅收发器电连接，以向辅收发器传输工作信号。

在本实施例中，辅收发器的工作信号需要由主收发器传输，因此，可以由主收发器单独工作，也可以由主收发器与位于第一面上以及第二面上的三个辅收发器中的任意一个或多个同时工作。

在本实施例中，进一步参考图3，第一收发组件包括与第一雷达收发器连接的1号接收天线，2号接收天线，3号接收天线，4号接收天线，1号发射天线，2号发射天线，3号发射天线，第二雷达收发器包括5号接收天线，6号接收天线，7号接收天线，8号接收天线，4号发射天线，5号发射天线，6号发射天线。第二收发组件包括与左侧的第二雷达收发器连接的9号接收天线，10号接收天线，11号接收天线，12号接收天线，7号发射天线，8号发射天线，9号发射天线，第二雷达收发器包括与右侧的第二雷达收发器连接的13号接收天线，14号接收天线，15号接收天线，16号接收天线，10号发射天线，11号发射天线，12号发射天线。

在本实施例中，雷达结构还包括晶体振荡器，主收发器与晶体振荡器电连接，晶体振荡器触发主收发器产生具有预设的第一频率的第一时钟信号，第一时钟信号是时序逻辑的基础，用于决定逻辑单元中的状态何时更新，是有固定周期并与运行无关的信号量，示例性的，第一时钟信号的第一频率可以为40MHz。

在本实施例中，主收发器包括调频信号产生电路，调频信号产生电路基于第一时钟信号产生具有预设的第二频率的调频连续波本振信号。

示例性的，如图2所示，为主收发器的电路结构图，主收发器包括调频信号产生电路201，调频信号产生电路与晶体振荡器连接，晶体振荡器触发调频信号产生电路产生具有40MHz的第一时钟信号。

在本实施例中，工作信号包括第一时钟信号、本振信号、以及同步信号，其中，晶体振荡器触发主收发器产生的具有预设的第一频率的第一时钟信号至少分为四路，其中一路供主收发器使用，另外三路分别传送至三个辅收发器以供三个辅收发器使用，并且主收发器中的调频信号产生电路基于第一时钟信号产生的具有预设的第二频率的调频连续波本振信号至少分为四路，其中一路供主收发器使用，另外三路分别传送至三个辅收发器以供辅收发器使用。具体的，调频信号产生电路包括与晶体振荡器电连接的驱动器、与所述驱动器电连接的第一开关、与第一开关电连接的第一锁相环，以及第一锁相环电连接的第二开关；晶体振荡器触发所述驱动器产生第一时钟信号；供主收发器使用的第一时钟信号传输至第一开关并由所述第一开关传输至第一锁相环，第一锁相环将第一时钟信号转换为本振信号；供主收发器使用的本振信号传输至第二开关并由第二开关传输至主收发器的发射链路。

示例性的，如图2所示，主收发器内部具有调频信号产生电路201，调频信号产生电路201包括驱动器2011，与驱动器2011连接的第一开关2012，与第一开关2012连接的第一锁相环2013，与第一锁相环连接的第二开关2014，驱动器2011与晶体振荡器连接，晶体振荡器触发驱动器2011产生40MHz的第一时钟信号。为了保证主收发器中的第一时钟信号以及三个辅收发器中的第一时钟信号是同步的，在主收发器中，驱动器2011产生的第一时钟信号传输到第一开关2012，第一开关2012的时钟信号传输模式包括级联输入式以及级联输出式，第一时钟信号经过级联输出式传输至主收发器外部，而后分为至少四路，其中一路通过主收发器的第一时钟信号的输入端口输入至第一开关2012，而后由第一开关2012传输至第一锁相环2013，第一锁相环2013将第一时钟信号转换为具有26GHz的本振信号，为了保证主收发器中的本振信号以及三个辅收发器中的本振是同步的，在主收发器中，本振信号传输到第二开关2014，第二开关2014的本振信号传输模式包括级联输入式以及级联输出式，本振信号经过级联输出式传输至主收发器外部，而后分为至少四路，其中一路通过主收发器的本振信号的输入端口输入至第二开关2014，并由第二开关2014传输至主收发器的发射链路202。

示例性的，如图2所示，主收发器中的发射链路202的数量与图1中的发射天线的数量对应，发射链路202还包括倍频器，移相器，以及第三开关，26GHz调频连续波信号由第二开关2014传输至所有发射链路的倍频器中，将26GHz调频连续波信号倍频到预设频段，示例性的，可以为76-81GHz频段，工作带宽可根据系统的需要在最大带宽4GHz和最小带宽0GHz之间任意调整，而后由移相器，开关，以及射频元件加以相位调制和幅度控制形成射频信号，达到发射通道1，发射通道2，发射通道3，并由1号发射天线，2号发射天线，3号发射天线发射射频信号，并穿透天线罩向外界辐射。

每一个辅收发器均包括调频信号产生电路，调频信号产生电路包括图2中的第一开关，与第一开关连接的第一锁相环，与第一锁相环连接的第二开关，辅收发器中的第一时钟信号以及本振信号均是由主收发器输入的，辅收发器的第一开关只具有级联输入式，不具有级联输出式，具体的，主收发器外部的第一时钟信号中的一路经过辅收发器的第一时钟信号的输入端口传输至辅收发器的第一开关中，再传输至辅收发器的第一锁相环，在主收发器和辅收发器级联的模式下，设置辅收发器中第一锁相环为休眠模式；主收发器外部的本振信号中的一路经辅收发器的本振信号的输入端口传输至辅收发器的第二开关中，并由第二开关传输至辅收发器的发射链路。

同样的，三个辅收发器也包括的发射天线的数量对应的发射链路，发射链路也包括倍频器，移相器，以及第三开关，26GHz调频连续波信号由第二开关传输至所有发射链路的倍频器中，将26GHz调频连续波信号倍频到预设频段，示例性的，可以为76-81GHz频段，工作带宽可根据系统的需要在最大带宽4GHz和最小带宽0GHz之间任意调整，而后由移相器，开关，以及射频单元加以相位调制和幅度控制形成射频信号，达到相应的发射通道，最后由4号发射天线，5号发射天线，6号发射天线发射射频信号，并穿透天线罩向外界辐射。

在本实施例中，主收发器以及每个辅收发器接收与其电连接的接收天线所接收的射频信号，并将射频信号转化为数字信号，以及将数字信号传送至控制器以供控制器进行后续处理。

示例性的，继续参考图2，主收发器还包括用于接收射频信号的接收链路203，接收链路203的数量与图3中主收发器接收天线的数量相同，每个接收链路均具有用于接收天线传输的回波信号的接收通道以及将数字信号传输至控制器的数据输出通道，图2中包括四个接收通道，接收通道1，接收通道2，接收通道3，接收通道4。接收天线接收到穿透天线罩的目标物的回波信号，接收天线把回波信号转换成高频电流，经过馈线到达主收发器的接收通道。

接收链路203包括接收链路包括将对回波信号进行下变频的混频器，与混频器连接的滤波模块，以及与滤波单元连接的模数转换器，其中滤波模块包括低通滤波器以及高通滤波器。进一步地，第二开关2014将26GHz的本振信号分为两路，一路传输至发射链路202，另一路传输至接收链路203的倍频器，对本振信号的频率进行倍频后，传输至混频器中，并在混频器的作用下将回波信号下变频时需要用到26GHz的本振信号，示例性的，混频器将76-81GHz频段的回波信号变频至20MHz的变频信号，而后经过高通滤波器，低通滤波器以及射频单元对变频信号进行处理，而后由模数转换器转换为数字信号，传输至控制器，由控制器对接收的数字信号经过快速傅里叶变换，非相干积累，恒虚警等处理，提取雷达与目标的相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等信息。

同样的，三个辅收发器也包括用于接收射频信号的接收链路，接收链路的数量为四个，与图3中主收发器接收天线的数量相同，每个接收链路均具有用于接收天线传输的回波信号的接收通道以及将数字信号传输至控制器的数据输出通道，接收天线接收到射频信号后反射回波信号，穿透天线罩，接收天线把回波信号转换成高频电流，经过馈线到达辅收发器的接收通道。接收链路包括将对回波信号进行变频的倍频器，与倍频器连接的滤波模块，以及与滤波单元连接的模数转换器，其中滤波模块包括低通滤波器以及高通滤波器。进一步地，第二开关将26GHz的本振信号分为两路，一路传输至发射链路，另一路传输至接收链路的倍频器，对本振信号的频率进行倍频后，传输至混频器中，并在混频器的作用下将回波信号下变频时需要用到26GHz的本振信号，示例性的，倍频器将76-81GHz频段的回波信号变频至20MHz的变频信号，而后经过高通滤波器，低通滤波器以及其他半导体单元对变频信号进行处理，示例性的，其他半导体单元可以为增益单元，而后由模数转换器转换为数字信号，传输至控制器，由控制器对接收的数字信号经过快速傅里叶变换，非相干积累，恒虚警等处理，提取雷达与目标的相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等信息。

在本实施例中，主收发器以及三个辅收发器一共输出数字信号共计16路，一起输出到控制器对应的输入端口。

在本实施例中，第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向相同或不同。

进一步地，为了避免第一收发组件中的发射天线和接收天线以及第二收发组件的发射天线以及接收天线相互干扰，第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向不同，示例性的，第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向可以设计成相互正交的模式，第一收发组件中天线垂直极化-第二组件中天线水平极化，第一收发组件中天线水平极化-第二组件中天线垂直极化，第一收发组件中+45°极化-第二组件中天线-45°极化，第一收发组件中-45°极化-第二组件中天线+45°极化，从而更有利于交通雷达的灵活组网，减少两只或者两只以上毫米波交通雷达对照带来的干扰。

在本实施例中，调频信号产生电路还包括与第一开关电连接的第二锁相环；

第二锁相环在接收由第一开关输入的第一时钟信号后，将第一时钟信号转换为具有第三频率的第二时钟信号，并将第二时钟信号作为参考信号传输至控制接口电路，控制接口电路将参考信号转换为同步信号传送至三个辅收发器。

示例性的，如图2所示，调频信号产生电路201还包括与第一开关2012电连接的第二锁相环2015，第二锁相环2015将40MHz的第一时钟信号转换为第三频率的第二时钟信号，示例性的，第三频率可以为480MHz，600MHz，1200MHz，4.8GHz中的任意一种。第二时钟信号分为两路，一路第二时钟信号作为参考信号传输至控制主收发器中的控制接口电路204，控制接口电路204将参考信号转换为同步信号，为了保证主收发器以及辅收发器的同步信号是同步输入的，在主收发器中，控制接口电路204的模式设置为同步信号输出模式以及同步信号输入模式，同步信号先传输至主收发器外，而后其中一路同步信号经过同步信号输入模式输入至主收发器中，控制接口电路204将同步信号输出至三个辅收发器中；另一路第二时钟信号供接收链路203中模数转换器使用。

同样的，在三个辅收发器中，调频信号产生电路也包括与第一开关电连接的第二锁相环，第二锁相环将40MHz的第一时钟信号转换为第三频率的第二时钟信号，示例性的，第三频率可以为480MHz，600MHz，1200MHz，4.8GHz中的任意一种，供接收链路中模数转换器使用；辅收发器也包括控制接口电路，控制接口电路的模式设置为同步信号输入模式，在主收发器外的同步信号中的其中三路通过辅收发器的同步信号输入端口传输至相应的辅收发器中。

在主收发器中，控制接口电路还用于接收控制器的控制指令，并将控制指令传输至主收发器外分为至少四路，其中一路传输至主收发器的控制接口电路中，另外三路分别传输至对应的辅收发器的控制接口电路中。此外，控制指令还可以由控制器直接发送至三个辅收发器中，无需通过主收发器。

在本实施例中，主收发器以及三个辅收发器之间传输的信号只有26GHz调频连续波本振信号，40MHz时钟信号，同步信号以及控制指令，因此，在物理上减少了主收发器和辅收发器在76-81GHz频段上的相同频道或者邻近频道的干扰。

在本实施例中，雷达结构还包括设置在基板的第一面上或第二面上的电源模块，用于向基板以及第一收发组件和第二收发组件供电，并且雷达结构还包括用于与外部设备进行数据传输的外部接口。

如图3所示，电源模块设置在第二面上，通过电源模块向基板、第一收发组件以及第二收发组件供电，雷达结构上与外部设备进行数据传输的外部接口分布在第一面以及第二面上。电源管理模块将输入的电压调整到主收发器以及辅收发器内部各模块所需的各种电压，并管理各模块的上电顺序。

相应的，如图2所示，主收发器中也设置有电源管理单元205，用于接收电源模块输入的电压信号，同样的，在辅收发器中也设置有电源管理单元，用于接收电源模块输入的电压信号。

以上的两个实施例中，分别为第一收发组件仅包括一个第一雷达收发器，第二收发组件仅包括一个第二雷达收发器，以及，第一收发组件包括一个第一雷达收发器以及一个第二雷达收发器，第二收发组件包括两个第二雷达收发器的情况，本发明中的第一收发组件还可以仅一个第一雷达收发器，同时第二收发组件包括多个第二雷达收发器的情况，以及，第一收发组件包括一个第一雷达收发器以及多个第二雷达收发器，同时，第二收发组件包括多个第二雷达收发器的情况，具体的实现方式可以参照实施例一以及实施例二，在此不再赘述。本发明中的第一雷达收发器以及第二雷达收发器可以为毫米波雷达收发器，需要根据毫米波交通雷达的应用场景来设计。

本发明中的雷达结构具有如下有益效果：

（1）本发明中的第一雷达收发器以及第二雷达收发器具有较高的级联能力，在基板的第一面可以设置0个，1个或多个第二雷达收发器，同时，在基板的第二面上可以设置1个或多个第二雷达收发器，不仅实现了在同一雷达结构上能够接收与发射不同方向的射频信号，并且可以根据需要设置在同一方向上设置多个雷达收发器，从而提高了射频信号发射以及接收效率。

（2）主收发器以及辅收发器可以采用相同的电路结构，在电路结构第一开关，第二开关，第一锁相环，控制接口的具有不同的模式，从而适用于主收发器以及辅收发器，并且，主收发器与辅收发器共用控制器，电源模块和外部接口，具有良好的通用性，实现了小型化，并且轻重量以及低成本的雷达系统设计。

（3）电源模块可以输出多种电压和时序控制，极大减少了76-81GHz毫米波电路的设计难度，增加了雷达的可靠性和一致性。

（4）本发明中的基板传输信号的频率低于1GHz，使用FR4系列的板材就能满足需求。

（5）主收发器以及三个辅收发器之间传输的信号只有26GHz调频连续波本振信号，40MHz时钟信号，同步信号以及控制指令，因此，在物理上减少了主收发器和辅收发器在76-81GHz频段上的相同频道或者邻近频道的干扰。

（6）虽然电路板的第一面和第二面都有接收天线和发射天线，但是第一收发组件以及第二收发组件的接收天线以及发射天线极化方向相同或不同，耦合较小。

本发明还提供了一种雷达系统，该雷达系统包括如前所述的雷达结构以及上位机，上位机接收并显示雷达结构的控制器输出的数据。

示例性的，如图4所示，雷达系统包括雷达结构401以及上位机402，控制器对接收的数字信号经过快速傅里叶变换，非相干积累，恒虚警等处理，提取雷达与目标的相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等信息，数据打包后，经过控制器局域网络或者以太网网络，外部接口输出给上位机，上位机接收并显示控制器输出的数据，具体的，可以显示雷达与目标的相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等信息。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种雷达结构，其特征在于，所述雷达结构包括基板以及第一收发组件和第二收发组件，所述第一收发组件位于所述基板的第一面，所述第二收发组件位于所述基板的与所述第一面相对的第二面，所述第一收发组件和所述第二收发组件均用于发射以及接收射频信号，并将所接收的射频信号转化为数字信号；

所述雷达结构还包括控制器，所述控制器与所述第一收发组件和所述第二收发组件电连接，以向所述第一收发组件以及所述第二收发组件发送控制指令，并接收和处理来自所述第一收发组件和所述第二收发组件的所述数字信号；

所述第一收发组件包括至少一个第一雷达收发器，每个所述第一雷达收发器均与至少一个对应的发射天线和至少一个对应的接收天线电连接；所述第二收发组件包括至少一个第二雷达收发器，每个所述第二雷达收发器均与至少一个对应的发射天线和至少一个对应的接收天线电连接；

其中，所述第一收发组件仅包括一个第一雷达收发器，并且该第一雷达收发器是主收发器，所述第二收发组件包括至少一个第二雷达收发器，并且所述至少一个第二雷达收发器均是辅收发器，或者，所述第一收发组件包括多个第一雷达收发器，并且所述多个第一雷达收发器中的一个是主收发器，其余的第一雷达收发器均是辅收发器，所述第二收发组件包括至少一个第二雷达收发器，并且所述至少一个第二雷达收发器均是辅收发器，其中，所述主收发器与每个辅收发器电连接，以向所述辅收发器传输工作信号；

所述雷达结构还包括晶体振荡器，所述主收发器与所述晶体振荡器电连接，所述晶体振荡器触发主收发器产生具有预设的第一频率的第一时钟信号；

所述主收发器包括调频信号产生电路，所述调频信号产生电路基于所述第一时钟信号产生具有预设的第二频率的调频连续波本振信号；

所述工作信号包括所述第一时钟信号、所述本振信号、以及同步信号，其中，所述主收发器驱动所述晶体振荡器产生的具有预设的第一频率的第一时钟信号至少分为两路，其中一路供所述主收发器使用，另一路传送至所述辅收发器以供所述辅收发器使用，并且所述调频信号产生电路基于所述第一时钟信号产生的具有预设的第二频率的调频连续波本振信号至少分为两路，一路供所述主收发器使用，另一路传送至所述辅收发器以供所述辅收发器使用。

2.如权利要求1所述的雷达结构，其特征在于，所述主收发器以及每个所述辅收发器接收与其电连接的接收天线所接收的射频信号，并将所述射频信号转化为数字信号，以及将所述数字信号传送至所述控制器以供所述控制器进行后续处理。

3.如权利要求1所述的雷达结构，其特征在于，所述第一收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向与所述第二收发组件中的发射天线和接收天线的极化方向相同或者不同。

4.如权利要求1所述的雷达结构，其特征在于，所述调频信号产生电路包括与所述晶体振荡器电连接的驱动器、与所述驱动器电连接的第一开关、与所述第一开关电连接的第一锁相环，以及所述第一锁相环电连接的第二开关；所述晶体振荡器触发所述驱动器产生所述第一时钟信号；供所述主收发器使用的所述第一时钟信号传输至所述第一开关并由所述第一开关传输至所述第一锁相环，所述第一锁相环将所述第一时钟信号转换为所述本振信号；供所述主收发器使用的所述本振信号传输至所述第二开关并由所述第二开关传输至所述主收发器的发射链路。

5.如权利要求4所述的雷达结构，其特征在于，所述调频信号产生电路还包括与所述第一开关电连接的第二锁相环；

所述第二锁相环在接收到由所述第一开关输入的所述第一时钟信号后，将所述第一时钟信号转换为具有第三频率的第二时钟信号，并将所述第二时钟信号传输至控制接口电路，所述控制接口电路将所述第二时钟信号转换为同步信号并将所述同步信号传送至所述主收发器以所有所述辅收发器。

6.如权利要求1所述的雷达结构，其特征在于，所述雷达结构还包括设置在所述基板的所述第一面上或所述第二面上的电源模块，用于向所述基板以及所述第一收发组件和所述第二收发组件供电，并且所述雷达结构还包括用于与外部设备进行数据传输的外部接口。

7.一种雷达系统，其特征在于，所述雷达系统包括如权利要求1-6中任一项所述的雷达结构以及上位机，所述上位机接收并显示所述雷达结构的控制器输出的数据。

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