JP2022541190A - ミリメートル波用途において使用されるフェーズドアレイアンテナ較正システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本明細書において開示されている例は、フェーズドアレイアンテナ較正システムに関する。本システムは、ＲＦ信号を送信及び受信するように構成された高周波（ＲＦ）プローブと、送信ライン層を介してＲＦプローブに結合され、ＲＦプローブによってＲＦ信号を送信又は受信するように構成されたプローブ層と、を含む。いくつかの態様において、試験対象アンテナ（ＡＵＴ）内の放射要素の構成に対応するアレイとして構成された複数のプローブ要素を有するプローブ層。本システムは、プローブ層に結合され、プローブ層からＡＵＴを隔離するように構成された発泡層も含む。

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１９年７月１６日付けで出願された「PHASED ARRAY ANTENNA CALIBRATION SYSTEM AND METHODS FOR USE IN MILLIMETER WAVE APPLICATIONS」という名称の米国仮特許出願第６２／８７４，９０４号の優先権を主張するものであり、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

背景
[0002] フェーズドアレイアンテナは、いくつかのアンテナ要素からの信号を組み合わせると共にそれぞれの要素の位相及び振幅を制御することにより、放射パターンを形成している。アンテナ又は放射要素は、アレイ又はサブアレイとして構成されており、通常、その他のものに加えて、パッチアンテナ構成におけるパッチ、ダイポール、又は磁気ループを含む。それぞれの放射要素の間の相対位相は、固定することが可能であり、或いは、それぞれの要素に接続された位相シフタを利用することによって調節することもできる。アンテナによって生成されるビームの方向は、個々の要素の位相を変更することによって制御されている。放射要素と位相シフタとの間において接続された増幅器が放射ビームの振幅制御を提供している。振幅及び位相を正確に制御する能力は、製造、ハードウェア問題、温度、環境、及びその他の影響に起因した任意の変動及び信号摂動について補償するためのアンテナ要素、位相フィルタ、及び増幅器の効果的な較正に依存している。

[0003] アンテナ較正は、異なる動作パラメータ及び状態下においてアンテナの近距離及び遠距離放射パターンを判定することから構成されている。近距離放射パターンは、アンテナを直接的に取り囲んでいる領域内において及び一波長以下の距離内において放出されるパターンである。近距離を上回るすべてのものが遠距離であるものと考えられている。遠距離放射パターンは、アンテナまでの距離に依存している。従来の近距離及び遠距離較正は、市販の並びに異なるシナリオ、用途、及び特定の周波数帯域に適した様々な計測システム及び較正プローブにより、実行することができる。位相及び振幅変動について補正するように、フェーズドアレイアンテナ内のそれぞれの要素を較正する必要がある。７０ＧＨｚ超のミリメートル波用途におけるフェーズドアレイアンテナの較正が特に困難である。

図面の簡単な説明
[0004] 本出願は、以下の添付図面との関連において実施される以下の詳細な説明との関連において更に十分に理解することができるが、これらの添付図面は、正確な縮尺で描かれてはおらず、これらの添付図面においては、同一の参照符号がその全体を通じて同一の部分を参照している。

[0005]様々な例によるミリメートル波要素において使用されるフェーズドアレイ較正システムの概略図を示す。 [0006]図１において実装されているプローブ層内において使用される例示用のフィードネットワークを示す。 [0007]ミリメートル波用途において使用される例示用の受信試験対象アンテナ（「ＡＵＴ」）を更に詳細に示す。 [0008]様々な例によるビーム操向レーダーシステムの概略図を示す。 [0009]様々な例による受信ＡＵＴの較正のフローチャートである。 [0010]様々な例による送信ＡＵＴの較正のフローチャートである。

詳細な説明
[0011] ミリメートル波用途において使用されるフェーズドアレイアンテナ較正システム及び方法が開示されている。較正システムは、試験対象アンテナ内のそれぞれの個々の要素を較正するように設計されている。様々な例において、較正システムは、その間に発泡層が存在する状態において、ＡＵＴの上方において配置された較正プローブ層を含む。ＲＦプローブは、フィードネットワークを介してプローブ層内のすべての要素に接続されている。較正プローブ層は、事実上、１対１の対応性においてＡＵＴ要素の上方において直径方向において位置決めされた要素を有するアンテナである。ＲＦプローブは、受信／送信フェーズドアレイを較正するべく、すべてのＡＵＴ要素との間においてＲＦ信号を送信／受信することができる。較正システムに接続された後処理モジュールは、較正の際にＡＵＴの性能を特徴付けているが、これは、要素ごとに実行することができる。

[0012] 後述する詳細な説明は、主題技術の様々な構成の説明となることが意図されており、主題技術が実施されうる唯一の構成を表すことを意図したものではない。添付の図面は、本明細書に包含され、詳細な説明の一部を構成している。詳細な説明は、主題技術の十分な理解の提供を目的として具体的な詳細事項を含んでいる。但し、主題技術は、本明細書において記述されている具体的な詳細事項に限定されるものでなく、１つ又は複数の実装形態を使用して実施することができる。１つ又は複数のインスタンスにおいて、構造及びコンポーネントは、主題技術の概念を曖昧にすることを回避するべく、ブロック図の形態において示されている。その他のインスタンスにおいて、周知の方法及び構造については、例の説明を不必要に曖昧にすることを回避するべく詳述されていない場合がある。また、例は、相互の組合せにおいて使用することもできる。

[0013] 図１は、様々な例によるミリメートル波用途において使用されるフェーズドアレイ較正システムの概略図を示している。較正システム１００は、その間に発泡層１０６が存在する状態において、ＡＵＴ１０４の上方において配置された較正プローブ層１０２を有する。ＡＵＴ１０４は、ＡＵＴ要素１０８などの放射要素のアレイを有するパッチアンテナである。較正プローブ層１０２は、ＡＵＴ１０４内の放射要素との間の１対１の対応性においてプローブ要素のアレイを含むように設計されている。いくつかの実装形態において、プローブ要素のアレイは、ＡＵＴ１０４内の放射要素との間において１×Ｎの対応性を有していてもよく、この場合に、プローブ要素は、Ｎ個の放射要素に対応することができる。その他の実装形態において、ＡＵＴ１０４内の放射要素は、プローブ要素のアレイとの間において１×Ｎの対応性を有していてもよく、この場合に、ＡＵＴ１０４内の放射要素は、Ｎ個のプローブ要素に対応することができる。較正プローブ層１０２内のそれぞれのプローブ要素は、プローブ要素１１０及びＡＵＴ要素１０８などのように、ＡＵＴ１０４内のその対応する放射要素と同一の寸法及び構成を有する。いくつかの実装形態において、較正プローブ層１０２内の１つ又は複数のプローブ要素は、ＡＵＴ１０４内のその対応する放射要素とは異なる寸法及び／又は構成を有することができる。較正プローブ層１０２は、事実上、ＡＵＴ１０４内の放射要素の上方において直径方向において位置決めされたパッチ要素を有するパッチアンテナである。

[0014] ＡＵＴ１０４は、送信及び／又は受信アンテナであってよい。ＲＦプローブ１１２は、ＡＵＴ１０４の較正のためにＲＦ信号の送信及び受信の両方を実行することができる。受信ＡＵＴの較正は、図２に更に詳細に示されているように、ＲＦプローブ１１２がＲＦ信号をフィードネットワークを介してプローブ層１０２内のすべてのプローブ要素に送信するようにすることにより、実行されている。いくつかの態様において、ＲＦ信号は、ＲＦ信号の較正性能を改善するべく直交プロパティを含むことができる。それぞれのプローブ要素は、ＲＦプローブ１１２から信号を受け取っており、受け取られた信号は、その対応するＡＵＴ要素に放射されている。ＡＵＴ１０４は、複数の能動型要素１１４に接続されており、これらの能動型要素は、パワー増幅器（「ＰＡ」）、低ノイズ増幅器（「ＬＮＡ」）、位相シフタ（「ＰＳ」）、及び／又はスイッチを含むことができる。能動型要素１１４は、較正制御モジュール１１６によって制御されており、較正制御モジュール１１６は、対応する１つ又は複数のＡＵＴ要素を構成するべく能動型要素１１４の１つ又は複数を起動することができる。いくつかの態様において、プローブ要素は、受動型コンポーネント（例えば、インダクタンス、静電容量、抵抗性プロパティ）を含むことができる。その他の態様において、プローブ要素は、能動型コンポーネントを含むことができる。例えば、プローブ要素は、プローブ要素による送信又は受信ＲＦシグナリングにおける較正性能及び信号品質を改善するべく、パワー増幅器、低ノイズ増幅器、スイッチ、ミキサ、及び／又は位相シフタなどの能動型要素に結合することができる。

[0015] 一例においては、一度に、その位相シフタに接続されたＡＵＴ要素を較正し、任意の位相不整合について補正するべく、能動型要素１１４内の単相シフタが起動されている。これは、ＡＵＴ要素に接続されたＰＡ／ＬＮＡを起動することにより、振幅較正のために実行することもできる。起動されていない要素は、トランシーバ１２９から接続切断され、適切な終端にマッチングされている。その他の例においては、複数の位相シフタを位相較正の際に起動することができると共に、複数のＰＡ／ＬＮＡを振幅較正の際に起動することができる。組合せネットワーク１１８は、１つ又は複数の信号を１つ又は複数の能動型ＡＵＴ要素からトランシーバ１２０内に導いている。後処理モジュール１２２は、それぞれのＡＵＴ要素からの受け取られた放射パターンを計測し、隣接ＡＵＴ要素からの漏洩を低減し、較正された１つ又は複数のＡＵＴ要素の動作特性を判定するべく、較正信号を処理している。

[0016] 逆に、送信ＡＵＴの較正は、トランシーバ１２０がプローブ層１０２内のその対応するプローブ要素内への放射のためにＲＦ信号をフィードネットワーク１１８を介してＡＵＴ１０４内の起動されたＡＵＴ要素に送信するようにすることにより、実行されている。この結果、ＲＦプローブ１１２は、フィードネットワークを介してすべてのプローブ要素から組み合わせられた信号を受け取っており、フィードネットワークは、組合せネットワークとしても機能している。組み合わせられた信号は、ＡＵＴ１０４内の起動されたＡＵＴ要素の動作特性を判定するべく、後処理モジュール１２４によって分析されている。様々な例において、後処理モジュール１２２及び１２４は、同一又は別個の後処理モジュールであってよい。

[0017] 較正システム１００は、ＡＵＴによって受信及び送信される遠距離放射パターンを分析するべく動作していることに留意されたい。発泡層１０６の厚さは、約一波長であり、これは、自動車産業におけるレーダー用途のために使用されるミリメートル波周波数の場合には、約３～４ｍｍである。較正システム１００は、単一要素の遠距離計測に十分な近接した距離においてそれぞれのＡＵＴ要素とそれぞれのプローブ要素との間の１対１対応性を有することにより、機能している。

[0018] 図２は、図１におけるように実装されたプローブ層内において使用される例示用のフィードネットワークを示している。較正プローブ層２００内のフィードネットワーク層２０２は、プローブ要素２０４などのプローブ要素までの伝播のためにＲＦプローブ（例えば、図１のＲＦプローブ１１２）から受け取られたＲＦ信号を分割する一体的なフィードを提供している。例示用の例においては、フィードネットワーク層２０２は、入力信号を取得するように、及びこれを経路又は送信ラインのネットワークを通じて均一に分割するように、ある種のパワーディバイダ回路である。それぞれの経路は、類似の寸法を有しうるが、経路のサイズは、望ましい送信及び／又は放射結果を実現するように構成することができる。それぞれの送信ラインは、フィードネットワーク２０２内の経路であり、これは、４つのレベルを有するものとして示されており、この場合に、それぞれのレベルにおいて、フィードネットワーク２０２は、その経路を倍加しており、レベル０は、１つの経路を有し、レベル１は、２つの経路を有し、レベル２は、４つの経路を有し、レベル３は、８つの経路を有し、レベル４は、１６個の経路を有する。フィードネットワーク２０２は、送信ラインのそれぞれの端部におけるインピーダンスがラインの特性インピーダンスと整合するように、インピーダンス整合するように設計されている。

[0019] フィードネットワーク層内のレベル４送信ラインのそれぞれの端部は、プローブ要素（「ＰＥ」）２０４などのプローブ要素まで延在していることに留意されたい。図示の例においては、１６個の送信ラインのフィードネットワーク層内の４つのレベルに対応する１６個のＰＥが存在している。プローブ較正層２００は、ミリメートル波周波数に適用可能である低誘電損失などのような特定のパラメータを有するロジャース材料などの基材内において形成されている。例えば、ロジャースＣＬＴＥ－ＡＴ製品は、温度に跨る熱及び位相安定性を有しており、自動車レーダー及びマイクロ波用途において使用されている。また、その他の例において、フィードネットワーク２０２は、ＡＵＴが送信アンテナであるケースにおいてプローブ要素から信号を受け取るべく組合せネットワークとして動作しうることにも留意されたい。

[0020] 以下、図３を参照すれば、これは、ミリメートル用途において使用される例示用の受信ＡＵＴを更に詳細に示している。受信アンテナ３００は、信号又はターゲットからの反射のための受信経路を生成するいくつかの放射要素３０２を有する。様々な実装形態において、放射要素３０２は、４８要素アンテナにおけるなどのように、アレイ構成におけるメタ構造又はパッチである。位相及び増幅モジュール３０４は、信号を時間においてアライメントするべく位相シフティングを提供している。放射要素３０２は、組合せネットワーク３０６に並びに位相シフタ及びＬＮＡを含む位相及び増幅モジュール３０４に接続されている。本例示において、アンテナ３００は、その他の車両、歩行者、道路標識、などのような物体からの反射を受け取るべく自動車レーダー内において使用されている。

[0021] 図４は、様々な例によるビーム操向レーダーシステムの概略図を示している。ビーム操向レーダー４００は、真の３Ｄビジョンを有し世界の人間様の解釈の能力を有する「デジタル眼」である。「デジタル眼」及び人間様の解釈能力は、レーダーモジュール４０２及び知覚エンジン４０４という２つの主要なモジュールによって提供されている。レーダーモジュール４０２は、視野（「ＦｏＶ」）内においてＲＦ信号を送信する能力とこれらがＦｏＶ内の物体から反射するのに伴って送信された信号の反射を受信する能力の両方を有する。レーダーモジュール４０２内におけるアナログビーム形成を使用する場合には、事実上、指向性の、のみならず、操向可能な、ビームを形成するべく、単一送信及び受信チェーンを使用することができる。レーダーモジュール４０２内のトランシーバ４０６は、一連の送信アンテナ４０８を通じた送信用の信号を生成するように、のみならず、一連の受信アンテナ４１０～４１４を通じて受信される信号を管理するように、適合されている。ＦｏＶ内のビーム操向は、それぞれ、送信チェーン上の送信アンテナ４０８に接続された位相シフタ（「ＰＳ」）回路４１６～４１８及び受信チェーン上の受信アンテナ４１０～４１４に接続されたＰＳ回路４２０～４２４によって実装されている。送信アンテナ４０８及び受信アンテナ４１０～４１４の慎重な較正を異なる動作条件下において図１の較正システム１００によって実行することができる。

[0022] ＰＳ回路４１６～４１８及び４２０～４２４の使用は、送信及び受信アンテナ内のそれぞれの要素の位相の別個の制御を可能にしている。従来の受動型アーキテクチャとは異なり、ビームは、能動型ビーム形成アンテナを使用することにより、別個の角度のみならず、ＦｏＶ内の任意の角度（即ち、０°～３６０°）に操向可能である。個々のアンテナ要素が更なるハードウェアコンポーネント又はそれぞれのアンテナ要素ごとの個々のデジタル処理を伴うことなしに単一送信又は受信チェーンのポートにおいて組み合わせられうる又は分割されうるアナログビーム形成アーキテクチャと共に複数要素アンテナを使用することができる。更には、複数要素アンテナの柔軟性は、送信及び受信用の狭いビーム幅をも許容している。アンテナビーム幅は、アンテナ要素の数の増大に伴って減少している。狭いビームは、アンテナの指向性を改善し格段に長い検出距離を有するレーダー４００を提供している。

[0023] アナログビーム操向の実装に伴う主要な問題点は、７７ＧＨｚにおいて動作するようにＰＳを設計するという点にある。ＰＳ回路４１６～４１８及び４２０～４２４は、現時点においてＧａＡｓ材料を使用して構築されている分散バラクタネットワークによって実装される反射性ＰＳ設計により、この問題を解決している。それぞれのＰＳ回路４１６～４１８及び４２０～４２４は、それぞれのＰＳがアンテナ要素によって送信又は受信される信号について０°～３６０°の任意の角度の位相シフト値を生成するべくアンテナ要素に接続されている状態において、一連のＰＳを有する。ＰＳ設計は、将来の実装形態において、シリコン－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）及び相互型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）にまでスケーラブルであり、これにより、顧客用途の特定の需要を充足するべくＰＳ費用を引き下げている。それぞれのＰＳ回路４１６～４１８及び４２０～４２４は、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）４２６によって制御されており、この結果、一連の位相シフトを結果的にもたらす一連の電圧がそれぞれのＰＳ回路内のＰＳに提供されている。

[0024] 様々な例において、所与の位相シフトを生成しビーム操向を提供するべく、電圧値がＰＳ経路４１６～４１８及び４２０～４２４内のそれぞれのＰＳに印加されている。ＰＳ回路４１６～４１８及び４２０～４２４内のＰＳに印加される電圧は、ＦＰＧＡ４０６内のルックアップテーブル（「ＬＵＴ）」内において保存されている。これらのＬＵＴは、それぞれの動作状態下において所与の位相シフトを生成するべくそれぞれのＰＳに印加するべき電圧を判定するアンテナ較正プロセスによって生成されている。ＰＳ回路４１６～４１８及び４２０～４２４内のＰＳは、１度未満の非常に高い分解能において位相シフトを生成する能力を有していることに留意されたい。この改善された位相に対する制御は、レーダーモジュール４０２内の送信及び受信アンテナが非常に小さなステップサイズによってビームを操向することを許容し、これにより、小さな角度の分解能において近接した状態で配置されたターゲットを分析するレーダー４００の能力を改善している。

[0025] 様々な例において、送信アンテナ４０８及び受信アンテナ４１０～４１４は、メタ構造アンテナ、位相アレイアンテナ、又はミリメートル波周波数においてＲＦ信号を放射する能力を有する任意のその他のアンテナであってよい。本明細書において一般的に定義されているメタ構造は、その形状に基づいて望ましい方向において入射放射を制御及び操作する能力を有する設計構造である。図３に示されているアンテナ３００などの特定の設計を実装し特定の制約を充足するべく、アンテナ４０８～４１４の様々な構成、形状、設計、及び寸法を使用することができる。

[0026] レーダー４００内の送信チェーンは、トランシーバ４０６が送信アンテナ４０８による無線送信のために準備するべくＲＦ信号を生成することにより、始まっている。ＲＦ信号は、例えば、周波数変調連続波（「ＦＭＣＷ」）信号であってよい。ＦＭＣＷ信号は、レーダー４００が、送信された信号と受信／反射された信号又はエコーとの間の位相又は周波数の差を計測することにより、物体までの距離及び物体の速度の両方を判定することを可能にしている。ＦＭＣＷフォーマットには、それぞれが利点及び目的を有する正弦波、三角、鋸歯、矩形、などを含む使用されうる様々な波形パターンが存在している。

[0027] ＦＭＣＷ信号は、トランシーバ４０６によって生成されると、パワー増幅器（「ＰＡ」）４２８～４３２に提供される。信号は、送信アンテナ４０８によって放射されるのに伴って減衰することから、ＦＭＣＷ信号が物体検出について望ましい長い距離に到達すように、信号増幅が必要とされている。ＰＡ４２８～４３２から、信号は、フィードネットワーク４３４～４３６を通じて分割及び分散されており、フィードネットワーク４３４～４３６は、送信アンテナ４０８のそれぞれの要素ごとに１つずつ、入力信号を複数の信号に分割するべくパワーディバイダシステムを形成している。フィードネットワーク４３４～４３６は、パワーが自身の間において等しく分散されるように、或いは、この代わりに、パワーが別の方式に従って分散されるように、信号を分割してもよく、後者の場合には、分割された信号は、そのすべてが同一のパワーを受け取っているわけではない。次いで、フィードネットワーク４３４～４３６からのそれぞれの信号は、ＰＳ回路４１６～４１８内のＰＳに入力されており、そこで、これらの信号は、マイクロコントローラ４３８の制御下においてＦＰＧＡ４２６によって生成された電圧に基づいて位相シフトされ、次いで、送信アンテナ４０８を通じて送信されている。

[0028] マイクロコントローラ４３８は、道路及び環境シナリオに基づいて望ましいスキャニングモードに従ってＰＳ回路４１６～４１８内のＰＳに適用するべき位相シフトを判定している。また、マイクロコントローラ４３８は、トランシーバがその次のスキャンにおいて適用するべきスキャンパラメータも判定している。スキャンパラメータは、知覚エンジン４０４の制御下においてなどのように、処理エンジン４５０の１つのものの制御下において判定することができる。検出された物体に応じて、知覚エンジン４０４は、ＦｏＶの所与のエリアに合焦するべく又は異なる方向にビームを操向するべく、次のスキャンにおいてスキャンパラメータを調節するように、マイクロコントローラ４３８に指示することができる。

[0029] 様々な例において、及び、更に詳細に後述するように、レーダー４００は、その他のものに加えて、フルスキャニングモード及び選択的スキャニングモードを含む様々なモードの１つにおいて動作している。フルスキャニングモードにおいては、送信アンテナ４０８及び受信アンテナ４１０～４１４の両方は、小さな増分ステップにより、ＦｏＶの全体をスキャニングしている。ＦｏＶは、操向角度の関数として増大するサイドローブに起因してシステムパラメータによって制限されうるが、レーダー４００は、長距離レーダーの場合に大きなエリアにわたって物体を検出することができる。ボアサイトの両側においてスキャニングされるべき角度の範囲のみならず、操向角度／位相シフトの間のステップサイズを運転環境に基づいて動的に変化させることができる。都市環境を通じて運転する自律型車両（例えば、自車）の性能を改善するべく、車両、歩行者、又は自転車を検出するために交差点及び縁石の監視を維持するべくスキャン範囲を増大させることができる。この広いスキャン範囲は、フレームレート（再訪率）を劣化させうるが、都市環境は、一般に低速運転シナリオを伴っていることから、受け入れ可能であるものと考えられる。フレームレートが重要である高速フリーウェイシナリオの場合には、スキャン範囲を低減することにより、相対的に高いフレームレートを維持することができる。このケースにおいて、長距離ターゲットの検出及び追跡の場合には、ボアサイトの両側における数度のビームスキャニングで十分であろう。

[0030] 選択的スキャニングモードにおいては、レーダー４００は、望ましい角度に操向し、次いで、その角度を中心としてスキャニングすることにより、対象のエリアを中心としてスキャニングしている。これは、有効な物体を有していないエリアを照射することによって任意の処理又はスキャニングサイクルを浪費することなしに、レーダー４００が対象のエリア内において物体を検出することを保証している。レーダー４００は、例えば、ボアサイトにおいて３００ｍ以上などの長距離において物体を検出する能力を有していることから、道路内に縁石が存在している場合には、直接的対策が有用な情報を提供しない。むしろ、レーダー４００は、道路の曲がりに沿って操向し、そのビームを対象のエリアに向かってアライメントしている。様々な例において、選択的スキャニングモードは、トランシーバ４０６によって生成されるＦＭＣＷ信号のチャープスロープを変更し、送信される信号の位相を道路の曲がりをカバーするべく必要とされる操向角度にシフトさせることにより、実装することができる。

[0031] 物体は、ＰＳ回路４２０～４２４によって制御されている一連の受信アンテナ４１０～４１４において受け取られる反射又はエコーにより、レーダー４００によって検出されている。低ノイズ増幅器（「ＬＮＡ」）が、受信アンテナ４１０～４１４とＰＳ回路４１６～４１８内のＰＳに類似したＰＳを含むＰＳ回路４２０～４２４との間において位置決めされている。受信動作の場合に、ＰＳ回路４１０～４２４は、空間的構成に起因した放射要素の間における受け取られた信号の時間遅延について補償するべく、受信アンテナ４１０～４１４内の放射要素の間において位相差を生成している。アナログビーム形成とも呼称される受信位相シフティングは、検出された物体の場所又は位置を識別するために、エコーをアライメントするべく受け取られた信号を組み合わせている。即ち、位相シフティングは、受信アンテナ４１０～４１４内の放射要素のそれぞれにおいて異なる時点において到来する受け取られた信号をアライメントしている。送信チェーン上のＰＳ回路４１６～４１８と同様に、ＰＳ回路４２０～４２４も、望ましい位相シフトを生成するべくそれぞれのＰＳに電圧を提供するＦＰＧＡ４２６により、制御されている。また、ＦＰＧＡ４２６は、ＬＮＡ４３８～４４２にバイアス電圧を提供している。

[0032] 次いで、受信チェーンは、組合せネットワーク４４４において受信アンテナ４１２において受け取られた信号を組み合わせており、これから、組み合わせられた信号は、トランシーバ４０６に伝播している。図示のように、組合せネットワーク４４４は、それぞれの信号が受信アンテナ４１２内のいくつかの要素からの信号を組み合わせている状態において、２つの組み合わせられた信号４４６～４４８を生成していることに留意されたい。一例において、受信アンテナ４１２は、４８個の放射要素を含み、それぞれの組み合わせられた信号４４６～４４８は、４８個の要素のうちの２４個によって受け取られた信号を組み合わせている。その他の例は、望ましい構成に応じて、８個、１６個、２４個、３２個、などを含みうる。アンテナ要素の数が多いほど、ビーム幅は狭くなる。

[0033] また、受信アンテナ４１０及び４１４において受け取られた信号は、ＰＳ回路４２０及び４２４からトランシーバ４０６に直接的に移動していることにも留意されたい。受信アンテナ４１０及び４１４は、４８要素受信アンテナ４１２によって受け取られたメインビームとは別個である放射パターンを生成するガードアンテナである。ガードアンテナ４１０及び４１４は、物体からのサイドローブの戻りを事実上除去するように実装されている。目的は、ガードアンテナ４１０及び４１４が、サイドローブよりも大きな利得を提供する、及び、従って、これらの除去を可能にする、或いは、これらの存在を大幅に低減する、というものである。ガードアンテナ４１０及び４１４は、事実上、サイドローブフィルタとして機能している。

[0034] 受信信号がトランシーバ４０６によって受け取られると、これらは、処理エンジン４５０によって処理される。処理エンジン４５０は、受け取られた信号内の物体をニューラルネットワーク及び人工知能技法によって検出及び識別する知覚エンジン４０４、レーダー４００用の履歴及びその他の情報を保存するためのデータベース４５２、並びに、トランシーバ４０６からのアナログ信号を知覚エンジン４０４による物体の検出及び識別のための到着の角度及びその他の有用な情報を判定するべく処理されうるデジタル信号に変換するアナログ－デジタルコンバータ（「ＡＤＣ」）モジュールを有するデジタル信号処理（「ＤＳＰ」）エンジン４５４を含む。１つ又は複数の実装形態において、ＤＳＰエンジン４５４は、マイクロコントローラ４３８又はトランシーバ４０６と統合することができる。

[0035] また、レーダー４００は、適宜、ＦｏＶを定義するスキャニングされたエリアの合計角度、それぞれの増分送信ビームのビーム幅又はスキャン角度、レーダー信号内のチャープの数、チャープ時間、チャープスロープ、チャープセグメント時間、などのようなスキャンパラメータの構成を可能にするグラフィカルユーザーインターフェイス（「ＧＵＩ」）４５８を含む。これに加えて、レーダー４００は、望ましい位相シフトを生成するべくＦＰＧＡ４２６からの適切な電圧が使用されうるように、車両の周りの温度を検知する温度センサ４６０を有する。ＦＰＧＡ４２６内において保存されている電圧は、温度状態を含む異なる動作状態下におけるアンテナの較正の際に判定されている。また、データベース４６２は、レーダー及びその他の有用なデータを保存するべく、レーダー４００内において使用することもできる。

[0036] 図５は、様々な例による受信ＡＵＴの較正用のフローチャートである。まず、ＲＦ信号は、プローブ層内のフィードネットワークを介してＲＦプローブ（例えば、図１のプローブ１１２）からプローブ層（例えば、プローブ層１０４）内のプローブ要素まで送信されている（５００）。プローブ要素は、ＲＦ信号を放射しており、放射された信号は、ＡＵＴにおけるＡＵＴ要素において受け取られている（５０２）。較正制御モジュール１１６は、１つ又は複数のＡＵＴ要素に接続された１つ又は複数の能動型要素（例えば、ＬＮＡ及び／又はＰＳ）を起動している（５０４）。起動された１つ又は複数のＡＵＴ要素において受け取られた信号は、次いで、フィード／組合せネットワークを通じてトランシーバにおいて受け取られている（５０６）。最後に、信号は、起動された１つ又は複数のＡＵＴ要素の動作特性を判定するべく、後処理モジュールによって処理されている（５０８）。様々な例において、後処理モジュールは、較正されている所与のＡＵＴ要素に隣接したＡＵＴ要素の寄与を抑制している。次いで、ＡＵＴに対する任意の調節がミリメートル波用途におけるその動作の際に実行されうるように、所与のＡＵＴ要素の動作特性が保存されている。この較正プロセスは、それぞれのＡＵＴ要素ごとに及びＡＵＴによって実現されるべき望ましい位相及び振幅分布について反復されていることに留意されたい。

[0037] 図６は、様々な例による送信ＡＵＴの較正用のフローチャートである。まず、ＲＦ信号が、ＡＵＴに接続されたフィードネットワークを介して、トランシーバからＡＵＴの起動されたＡＵＴ要素に送信されている（６００）。図１の較正制御モジュールにより、１つ又は複数のＡＵＴ要素を一度に起動することができる。起動されたＡＵＴ要素が、信号をプローブ層におけるプローブ要素に放射している（６０２）。次いで、プローブ要素において受け取られたＲＦ信号は、プローブ層内のフィード／組合せネットワークにおいて組み合わせられており（６０４）、組み合わせられた信号がＲＦプローブにおいて受け取られている。最後に、それぞれのＡＵＴ要素の動作特性を判定するべく、組み合わせられた信号に対して信号後処理が実行されている。本明細書において開示されている較正システムは、事実上、製造が簡単且つ容易であるプローブ層を有するミリメートル波用途の場合に遠距離においてＡＵＴを較正することができる。

[0038] 開示されている例の以上における説明は、当業者が本開示を実施又は使用することを可能にするべく提供されていることを理解されたい。当業者には、これらの例に対する様々な変更について容易に明らかとなり、本明細書において定義されている一般的な原理は、本開示の精神及び範囲を逸脱することなしに、その他の例にも適用することができる。従って、本開示は、本明細書において示されている例に限定されることを意図したものではなく、本開示には、本明細書において開示されている原理及び新規の特徴と一貫性を有する最も広い範囲が付与されることを要する。

[0039] 項目の任意のものを分離するべく「及び（and）」又は「又は（or）」という用語を伴う本明細書において使用されている一連の項目に先行する「少なくとも１つ（at least one of）」というフレーズは、リストのそれぞれの構成要素（即ち、それぞれの項目）ではなく、リストを全体として修飾している。「少なくとも１つ（at least one of）」というフレーズは、少なくとも１つの項目の選択を必要としてはおらず、むしろ、このフレーズは、項目の任意のものの少なくとも１つ及び／又は項目の任意の組合せの少なくとも１つ及び／又は項目のそれぞれのものの少なくとも１つを含むという意味を許容している。例として、「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」又は「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」というフレーズは、それぞれ、Ａのみ、Ｂのみ、又はＣのみ、Ａ、Ｂ、及びＣの任意の組合せ、及び／又は、Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれのものの少なくとも１つを意味している。

[0040] 更には、「含む（include）」、「有する（have）」という用語、又はこれらに類似したものが本明細書又は請求項において使用されている範囲において、このような用語は、「有する（comprise）」が請求項における移行語として利用されている際に解釈されるように、「有する（comprise）」という用語に類似した方式で包括的なものとなることを意図している。

[0041] 単数形における要素に対する参照は、具体的に記述されていない限り、「１つ及び１つのみの」を意味するのではなく、「１つ又は複数の」を意味することを意図している。「いくつかの」という用語は、１つ又は複数を意味している。下線及び／又はイタリック体のヘッディング及びサブヘッディングは、利便を目的としてのみ使用されており、主題技術を限定するものではなく、主題技術の記述の解釈との関連において参照されてはならない。当業者には既知の又は将来的に既知となる本開示の全体を通じて記述されている様々な構成の要素に対するすべての構造的且つ機能的均等物は、引用により、明示的に本明細書に包含され、主題技術によって包含されることが意図されている。更には、本明細書において開示されているものは、このような開示が以上の説明において明示的に記述されているかどうかとは無関係に、パブリックドメインに帰属することを意図したものではない。

[0042] 本明細書は、多くの具体的事項を含んでいるが、これらは、特許請求されうるものの範囲に対する限定として解釈されてはならず、むしろ、主題の特定の実装形態の説明として解釈することを要する。また、別個の実施形態の文脈において本明細書において記述される特定の特徴は、単一の実施形態において組合せとして実装することもできる。また、逆に、単一の実施形態の文脈において記述されている様々な特徴も、複数の実施形態において別個に或いは任意の適切なサブ組合せにおいて実装することができる。更には、特徴は、以上において、特定の組合せにおいて機能するものとして記述されている場合があり、このように当初特許請求されている場合があるが、特許請求された組合せからの１つ又は複数の特徴は、いくつかのケースにおいては、組合せから除去することが可能であり、特許請求されている組合せは、サブ組合せ又はサブ組合せの変形を対象とすることもできる。

[0043] 以上において、本明細書の主題は、特定の態様の観点において記述されているが、その他の態様を実装することも可能であり、これらも添付の請求項の範囲に含まれている。例えば、動作は、図面において特定の順序において描かれているが、これは、望ましい結果を実現するべく、このような動作が図示の特定の順序において又はシーケンシャルな順序において実行されることを必要としている又はすべての図示の動作が実行されることを必要としているものとして理解してはならない。請求項において記述されているアクションは、異なる順序において実行することが可能であり、依然として、望ましい結果を実現することができる。一例として、添付の図に描かれているプロセスは、必ずしも、望ましい結果を実現するべく、図示の特定の順序又はシーケンシャルな順序を必要としてはいない。更には、上述の態様における様々なシステムコンポーネントの分離は、このような分離がすべての態様において必要とされているものと理解してはならず、記述されているプログラムコンポーネント及びシステムは、一般に、単一ハードウェア製品内において一緒に統合することが可能であり、或いは、複数のハードウェア製品にパッケージ化されうることを理解されたい。その他の変形も添付の請求項の範囲に含まれている。

Claims (20)

1. フェーズドアレイアンテナ較正システムであって、
   ＲＦ信号を送信及び受信するように構成された高周波（ＲＦ）プローブと、
   送信ライン層を介して前記ＲＦプローブに結合され、前記ＲＦプローブによって前記ＲＦ信号を送信又は受信するように構成された、プローブ層であって、試験対象のアンテナ（ＡＵＴ）内の放射要素の構成に対応するアレイとして構成された複数のプローブ要素を有するプローブ層と、
   前記プローブ層に結合され、前記プローブ層から前記ＡＵＴを分離するように構成された、発泡層と、
   を有する、フェーズドアレイアンテナ較正システム。
2. 前記発泡層は、前記プローブ層と前記ＡＵＴとの間において介在しており、前記発泡層は、少なくとも一波長の厚さを有する、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
3. 前記複数のプローブ要素のそれぞれのプローブ要素は、前記ＡＵＴ内の放射要素のものに少なくとも部分的に対応する寸法及び構成を有する、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
4. 前記ＲＦプローブは、前記ＲＦ信号を前記送信ライン層を介して前記プローブ層内の前記複数のプローブ要素に送信するように構成されている、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
5. 前記複数のプローブ要素のそれぞれのプローブ要素は、前記ＲＦ信号を前記ＡＵＴの１つ又は複数の放射要素に放射するように、及び、前記ＲＦ信号に基づいて受信較正において前記ＡＵＴを較正するように、構成されている、請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
6. 前記送信ライン層に結合され、前記ＲＦ信号内の位相又は振幅を変更するように構成された、複数の能動型要素を更に有する、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
7. 前記複数の能動型要素に結合され、前記複数の能動型要素の１つ又は複数の能動型要素を起動するように構成された、較正制御モジュールを更に有する、請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
8. 前記ＲＦプローブに通信自在に結合され、前記ＡＵＴからの受け取られた較正信号を使用して前記ＡＵＴの１つ又は複数の放射要素から放射された送信放射パターンを前記複数のプローブ要素のそれぞれのプローブ要素において計測するように、及び前記送信放射パターンに基づいて前記ＡＵＴ内の対応する放射要素の動作特性を判定するように構成された、第１後処理モジュールを更に有する、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
9. 前記送信ライン層に結合され、前記ＡＵＴからの受け取られた較正信号を使用して前記複数のプローブ要素の１つ又は複数のプローブ要素から放射された前記ＲＦ信号に基づいて前記ＡＵＴのそれぞれの放射要素において受信放射パターンを計測するように、及び前記受信放射パターンに基づいて前記ＡＵＴ内のそれぞれの放射要素の動作特性を判定するように構成された、第２後処理モジュールを更に有する、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
10. 前記送信ライン層及び前記第２後処理モジュールに結合されたトランシーバであって、前記ＲＦ信号を前記送信ライン層を介して前記ＡＵＴ内の放射要素に送信するように構成されたトランシーバを更に有する、請求項９に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
11. 前記ＡＵＴ内の前記放射要素は、前記ＡＵＴが送信構成にあることに基づいて前記ＲＦ信号を前記プローブ層内の前記複数のプローブ要素の１つ又は複数のプローブ要素に放射するように構成されている、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
12. 前記複数のプローブ要素のそれぞれのプローブ要素は、前記発泡層の厚さに対応する既定の距離だけ、前記ＡＵＴ内の１つ又は複数の放射要素から離れるように離隔している、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ較正システム。
13. ミリメートル波用途において使用されるフェーズドアレイ受信アンテナを較正する方法であって、
    プローブ層に結合されたフィードネットワークを介して前記プローブ層内の複数のプローブ要素にＲＦプローブによって高周波（ＲＦ）信号を送信することと、
    前記複数のプローブ要素から放射された放射パターンを試験対象アンテナ（ＡＵＴ）内の複数の要素において受け取ることであって、前記複数のプローブ要素は、前記ＡＵＴの前記複数の要素との間において１対１の対応性を有する、ことと、
    前記ＡＵＴの前記複数の要素に結合された複数の能動型要素の１つ又は複数の能動型要素を起動することと、
    前記起動することに基づいて、前記ＡＵＴの前記複数の要素の位相又は振幅における不整合について補償することと、
    前記放射パターンを計測するべく、前記ＡＵＴからの前記フィードネットワークを介してトランシーバにおいて較正信号を受け取ることと、
    後処理モジュールを使用することにより、前記起動された１つ又は複数の能動型要素に接続された前記ＡＵＴ内の１つ又は複数の要素の複数の動作特性を判定するべく前記較正信号を処理することと、
    を有する方法。
14. 前記複数のプローブ要素のそれぞれのプローブ要素により、前記ＲＦ信号を前記ＡＵＴの１つ又は複数の要素に放射することと、
    前記ＲＦ信号に基づいて受信構成において前記ＡＵＴを較正することと、
    を更に有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記１つ又は複数の能動型要素を使用することにより、前記ＲＦ信号内の位相又は振幅を変更することを更に有する、請求項１３に記載の方法。
16. 後処理モジュールを使用することにより、前記較正信号を使用して前記複数のプローブ要素の１つ又は複数のプローブ要素から放射された前記ＲＦ信号に基づいて前記ＡＵＴ内の前記複数の要素のそれぞれの要素において前記放射パターンを計測することと、
    前記後処理モジュールを使用することにより、前記放射パターンに基づいて前記ＡＵＴ内の前記１つ又は複数の要素のそれぞれのものの動作特性を判定することと、
    を更に有する、請求項１３に記載の方法。
17. ミリメートル波用途において使用されるフェーズドアレイ送信アンテナを較正する方法であって、
    試験対象アンテナ（ＡＵＴ）に接続されたフィードネットワークを介してトランシーバから前記ＡＵＴ内の複数の放射要素に高周波（ＲＦ）信号を送信することと、
    前記複数の放射要素からプローブ層に放射された放射パターンを受け取ることであって、前記プローブ層は、前記ＡＵＴ内の前記複数の放射要素の構成に対応するアレイとして構成された複数のプローブ要素を有する、ことと、
    前記プローブ層内の組合せネットワークにおいて前記複数のプローブ要素からの複数のＲＦ信号を組み合わせることと、
    前記組み合わせることに基づいて組み合わせられた信号を生成することと、
    前記プローブ層に結合されたＲＦプローブにおいて前記組み合わせられた信号を受け取ることと、
    後処理モジュールを使用することにより、前記複数の放射要素内の１つ又は複数の放射要素の複数の動作特性を判定するべく前記組み合わせられた信号を処理することと、
    を有する方法。
18. 較正制御モジュールを使用することにより、複数の能動型要素の１つ又は複数の能動型要素を起動することを更に有する、請求項１７に記載の方法。
19. 後処理モジュールを使用することにより、前記組み合わせられた信号を使用して前記ＡＵＴ内の前記複数の放射要素の１つ又は複数の放射要素から放射された前記ＲＦ信号に基づいて前記複数のプローブ要素のそれぞれのプローブ要素において前記放射パターンを計測することと、
    前記後処理モジュールを使用することにより、前記放射パターンに基づいて前記ＡＵＴ内の前記複数の放射要素のそれぞれのものの動作特性を判定することと、
    を更に有する、請求項１７に記載の方法。
20. 前記ＡＵＴ内の前記複数の放射要素のそれぞれにより、送信構成における前記ＡＵＴの較正のために前記複数のプローブ要素の１つ又は複数のプローブ要素に前記ＲＦ信号を放射することを更に有する、請求項１７に記載の方法。

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