TW202310492A - 兆赫感測器及相關系統和方法 - Google Patents

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古格里 Ｌ 夏華
尼可拉斯 賽茲
馬修 凱利
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美商福爾塞特科技公司
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Abstract

描述一種判定目標物件(例如個人、汽車、卡車、燈桿、電線桿、建築物)之相對及/或絕對狀態(例如位置、速度及/或加速度)的主動射頻(RF)感測技術。本文中所描述之感測器在兆赫頻帶(300 GHz至3 THz)中操作。主動RF感測裝置包含基板及安裝於該基板上之第一及第二半導體晶粒。該第一半導體晶粒具有整合於其上之RF傳輸天線陣列，且該傳輸天線陣列包含經組態以產生具有在300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的RF信號的第一複數個RF天線。該第二半導體晶粒具有整合於其上之RF接收天線陣列，且該接收天線陣列包含經組態以接收具有在300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的RF信號的第二複數個RF天線。

Description

兆赫感測器及相關系統和方法
諸如自驅動汽車之自主載具為裝備有能夠感測周圍環境之感測器的載具，此幫助載具在無人工干預的情況下移動。數十年來，自主載具已在研發中。據估計，至2024年，至少在一定程度上自主的載具將佔所有生產載具的一半以上。近年來，已投入數十億來研發完全自主載具。儘管如此，完全自主載具之研發及部署需要技術上的重大進步。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板，其界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面；第一射頻(RF)天線陣列，其安裝於該基板上且具有第一孔徑，該第一孔徑具有在該第一方向上延伸之第一寬度及在該第二方向上延伸之第一長度，該第一長度大於該第一寬度；及第二RF天線陣列，其安裝於該基板上且具有第二孔徑，該第二孔徑具有在該第一方向上延伸之第二寬度及在該第二方向上延伸之第二長度，該第二長度小於該第二寬度。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：RF傳輸電路系統，其耦接至該第一RF天線陣列且經組態以使得該第一RF天線陣列傳輸用於判定至目標物件之距離的第一RF信號；RF接收電路系統，其耦接至該第二RF天線陣列且經組態以自該第二RF天線陣列接收第二RF信號，該等第二RF信號由於該等第一RF信號由該目標物件反射而產生；及處理電路系統，其耦接至該RF接收電路系統，該處理電路系統經組態以判定該裝置與目標物件之間之距離。
在一些實施例中，該處理電路系統進一步耦接至該RF傳輸電路系統。
在一些實施例中，該第一RF天線陣列包含經大小設定以傳輸兆赫RF信號之第一複數個天線，其中該等兆赫RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中的頻率成分，且該第二RF天線陣列包含經大小設定以接收兆赫RF信號之第二複數個天線。
在一些實施例中，該等兆赫RF信號具有在10 GHz至60 GHz範圍內之頻寬。
在一些實施例中，該第一複數個天線包含4至128個天線。
在一些實施例中，該第二複數個天線包含32至1024個天線。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該第一RF天線陣列，其中該第一複數個天線整合在該第一半導體晶粒上。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該第二RF天線陣列，該第二複數個天線整合在該第二半導體晶粒上。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該第一RF天線陣列，該第一RF天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在該300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號；及第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該第二RF天線陣列，該第二RF天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線，該第二複數個天線經大小設定以接收具有在該300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號。
在一些實施例中，該第一半導體晶粒進一步包含：該傳輸電路系統；及第一重佈層，其將該第一複數個天線耦接至該傳輸電路系統。
在一些實施例中，該第二半導體晶粒進一步包含：該接收電路系統；及第二重佈層，其將該第二複數個天線耦接至該接收電路系統。
在一些實施例中，該第一半導體晶粒包含第一半導體類型，且該第二半導體晶粒包含不同於該第一半導體類型之第二半導體類型。
在一些實施例中，該第一半導體晶粒包含III-V半導體。
在一些實施例中，該第一半導體晶粒包含磷化銦。
在一些實施例中，該第二半導體晶粒包含矽。
在一些實施例中，該第一半導體晶粒包含磷化銦，且該第二半導體晶粒包含矽。
在一些實施例中，該第一孔徑之該長度在5 mm與5 cm之間，且該第一孔徑之該寬度在0.1 mm與5 mm之間。
在一些實施例中，該第二孔徑之該長度在0.1 mm與5 mm之間，且該第二孔徑之該寬度在1 cm與18 cm之間。
在一些實施例中，該第一RF天線陣列具有準線性配置。
在一些實施例中，該第二RF天線陣列具有準線性配置。
在一些實施例中，該第一RF天線陣列具有線性配置。
在一些實施例中，該第二RF天線陣列具有線性配置。
在一些實施例中，該第一RF天線陣列包含第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的RF信號，且該第一孔徑經大小設定以使得該第一RF天線陣列在該650至690 GHz之頻帶中具有介於5 0與15 0之間的在該第一方向上之角視場。
在一些實施例中，該第一RF天線陣列包含第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的RF信號，且該第一孔徑經大小設定以使得該第一RF天線陣列在該650至690 GHz之頻帶中具有介於20 0與90 0之間的在該第二方向上之角視場。
在一些實施例中，該裝置進一步包含信號產生電路系統，該信號產生電路系統經組態以產生參考信號且將該等參考信號提供至該第一RF天線陣列且提供至該RF接收電路系統。
在一些實施例中，該信號產生電路系統包含：信號產生器，其經組態以產生初始RF信號；及升頻率轉換電路系統，其耦接至該信號產生器，該升頻率轉換電路系統經組態以藉由升頻轉換該初始RF信號而產生該參考信號。
在一些實施例中，該升頻率轉換電路系統包含用於分級升頻轉換該初始RF信號之複數個頻率倍增器。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，其中該第一半導體晶粒包含該第一RF天線陣列及該升頻率轉換電路系統之至少一部分，且其中該信號產生器安裝於該基板上。
在一些實施例中，該信號產生器安裝於該基板上，且該升頻率轉換電路系統安裝於該基板上。
在一些實施例中，該初始RF信號具有時變中心頻率。
在一些實施例中，該初始RF信號之該時變中心頻率隨時間推移而線性地改變。
在一些實施例中，該初始RF信號之該時變中心頻率隨時間推移而非線性地改變。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列；第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及信號產生電路系統，其至少部分地安裝於該基板上，該信號產生電路系統耦接至該第一半導體晶粒且耦接至該第二半導體晶粒。
在一些實施例中，該信號產生電路系統包含：振盪器，其經組態以產生第一信號；信號產生器，其經組態以藉由頻率調變該第一信號而產生具有時變中心頻率的第二信號；及升頻率轉換電路系統，其經組態以藉由升頻轉換該第二信號而產生第三信號。
在一些實施例中，該第一信號具有在1 GHz至20 GHz範圍內之中心頻率，且其中該升頻率轉換電路系統經組態以將該第二信號升頻轉換介於30與80之間之一因數。
在一些實施例中，該第二信號之該時變中心頻率隨時間推移而線性地改變。
在一些實施例中，該第二信號之該時變中心頻率隨時間推移而非線性地改變。
在一些實施例中，該振盪器及該信號產生器安裝於該基板上，且該升頻率轉換電路系統之第一部分整合在該第一半導體晶粒上。
在一些實施例中，該升頻率轉換電路系統之第二部分安裝於該基板上。
在一些實施例中，該升頻率轉換電路系統包含：第一複數個頻率倍增器，其耦接至該RF傳輸天線陣列，其中該第一複數個頻率倍增器經組態以將各別輸入信號升頻轉換一頻率倍增因數；及第二複數個頻率倍增器，其耦接至該RF接收天線陣列，其中該第二複數個倍增器經組態將各別輸入信號升頻轉換該頻率倍增因數。
在一些實施例中，該第一複數個頻率倍增器整合在該第一半導體晶粒上，且該第二複數個倍增器整合在該第二半導體晶粒上。
在一些實施例中，該第一複數個頻率倍增器及該第二複數個頻率倍增器安裝於該基板上。
在一些實施例中，該信號產生電路系統進一步包含功率分配器，且該升頻率轉換電路系統包含複數個頻率倍增器，其中該功率分配器經組態以將該第二信號提供至該複數個頻率倍增器中之至少一些。
在一些實施例中，該等頻率倍增器耦接至該傳輸RF天線陣列中之各別天線，且其中該功率分配器經組態以使得該RF傳輸天線陣列中之該等天線相對於彼此同相傳輸RF信號。
在一些實施例中，該等頻率倍增器耦接至該傳輸RF天線陣列中之各別天線，且其中該信號產生電路系統進一步包含複數個移相器，該複數個移相器經組態以使得該RF傳輸天線陣列中之該等天線相對於彼此同相傳輸RF信號。
在一些實施例中，該複數個頻率倍增器包含複數個諧波頻率倍增器。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列包含複數個RF天線，該複數個RF天線經組態以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的RF信號。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列，該傳輸天線陣列包含經大小設定以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號的第一複數個RF天線；及第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列，該接收天線陣列包含經大小設定以接收具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號的第二複數個RF天線。
在一些實施例中，該第一複數個RF天線中之該等天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的該等第一RF信號。
在一些實施例中，該裝置進一步包含信號產生電路系統，該信號產生電路系統經組態以產生具有10 GHz至60 GHz之頻寬的參考信號且將該等信號提供至該RF傳輸天線陣列，其中該RF傳輸天線陣列經組態以回應於自該信號產生電路系統接收該等參考信號而傳輸該等第一RF信號。
在一些實施例中，該第一RF天線陣列具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
在一些實施例中，該第一半導體晶粒進一步包含：RF傳輸電路系統，其耦接至該RF傳輸天線陣列且經組態以使得該RF傳輸天線陣列傳輸該等第一RF信號；及重佈層，其將該第一複數個RF天線耦接至該傳輸電路系統。
在一些實施例中，該裝置進一步包含處理電路系統，該處理電路系統耦接至該RF接收天線陣列且經組態以使用該等第二RF信號判定該裝置與目標物件之間的距離。
在一些實施例中，該處理電路系統進一步耦接至該RF傳輸天線陣列。
在一些實施例中，該基板界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面，且其中該RF傳輸天線陣列經組態以在該平面外在第三方向上傳輸該等第一RF信號。
在一些實施例中，該第三方向實質上垂直於該平面。
在一些實施例中，該第二複數個RF天線經配置以回應於接收該等第二RF信號而產生差分信號。
在一些實施例中，該第二半導體晶粒進一步包含：複數個類比數位轉換器(ADC)，其耦接至該第二複數個RF天線，該複數個ADC經組態以回應於接收該等第二RF信號而將由該第二複數個RF天線產生的第三RF信號數位化。
在一些實施例中，該第二半導體晶粒進一步包含耦接至該第二複數個RF天線及該複數個ADC之複數個次諧波混頻器，該等次諧波混頻器經組態以藉由將該等第二RF信號與由該信號產生電路系統產生的該等參考信號混合而產生輸出信號且將該等輸出信號提供至該複數個ADC。
在一些實施例中，該複數個次諧波混頻器包含複數個三次諧波混頻器，該複數個三次諧波混頻器經組態以將該等第二RF信號與該複數個參考信號之三次諧波混合。
在一些實施例中，該複數個次諧波混頻器包含耦接至該第二複數個天線中之各別RF天線的差分輸入。
在一些實施例中，該複數個次諧波混頻器進一步包含經組態以接收由該信號產生電路系統產生的該等參考信號之單端輸入。
在一些實施例中，該第二半導體晶粒進一步包含定位於該複數個次諧波混頻器與該複數個ADC之間之複數個降頻轉換混頻器，其中該等降頻轉換混頻器經組態以將該等輸出信號與由該信號產生電路系統產生的該等參考信號混合。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體類型之第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有使用第一半導體製造製程整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列；及第二半導體類型之第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有使用不同於該第一半導體製造製程之第二半導體製造製程整合於其上的RF接收天線陣列。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體類型之第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒上具有射頻(RF)傳輸天線陣列；及第二半導體類型之第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒上具有RF接收天線陣列；其中該第一半導體類型不同於該第二半導體類型。
在一些實施例中，該第二半導體類型為矽基半導體類型，且該第一半導體類型並非矽基半導體類型。
在一些實施例中，該第一半導體類型為III-V半導體類型。
在一些實施例中，該第一半導體類型為磷化銦(InP)半導體類型。
在一些實施例中，第二半導體類型為CMOS相容的。
在一些實施例中，該第二半導體類型為矽/鍺基半導體類型。
在一些實施例中，該第一半導體類型在300 K下具有3000 cm 2V -1s -1與5500 cm 2V -1s -1之間的電子遷移率。
在一些實施例中，該第一半導體類型具有0.3 THz與1 THz之間的電流增益截止頻率(f t)。
在一些實施例中，該第一半導體類型具有0.7 THz與1.5 THz之間的最大振盪頻率(f max)。
在一些實施例中，該第一半導體類型具有4×10 5Vcm -1與6×10 5Vcm -1之間的崩潰電場(E bd)。
在一些實施例中，該裝置進一步包含處理電路系統，該處理電路系統耦接至該RF傳輸天線陣列且耦接至該RF接收天線陣列且經組態以判定該裝置與目標物件之間的距離。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列包含複數個RF天線，且其中該裝置進一步包含經組態以產生第一信號之信號產生電路系統以及經組態以將該第一信號提供至該第一複數個RF天線之功率分配器。
在一些實施例中，該功率分配器經組態以將具有同一相位之該第一信號提供至該第一複數個RF天線。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列包含複數個天線，且其中該裝置進一步包含經組態以產生第一信號之信號產生電路系統以及經組態以將具有同一相位之該第一信號提供至該第一複數個RF天線之複數個移相器。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列經大小設定以在300 GHz至3 THz之頻帶中傳輸RF信號。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列經組態以在該頻帶中以10 dBm至30 dBm範圍內之功率位準傳輸該RF信號。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列；第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及聚焦元件，其安裝於該基板上且經組態以朝著該RF接收天線陣列聚焦RF信號。
在一些實施例中，該聚焦元件在300 GHz至3 THz之頻帶中為透明的。
在一些實施例中，該聚焦元件經組態以朝著該RF接收天線陣列聚焦具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的RF信號。
在一些實施例中，該聚焦元件至少部分地覆蓋該RF接收天線陣列且至少部分地覆蓋該RF傳輸天線陣列。
在一些實施例中，該聚焦元件為至少部分地覆蓋該RF接收天線陣列之第一聚焦元件，且其中該裝置進一步包含至少部分地覆蓋該RF傳輸天線陣列之第二聚焦元件。
在一些實施例中，該聚焦元件包含柱面透鏡，該柱面透鏡具有平行於第一軸延伸之主軸。
在一些實施例中，該RF接收天線陣列具有孔徑，該孔徑具有平行於該第一軸延伸之寬度及平行於實質上正交於該第一軸的第二軸延伸之長度，該寬度大於該長度。
在一些實施例中，該聚焦元件由矽形成。
在一些實施例中，該聚焦元件包含球面或橢圓形透鏡。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；射頻(RF)傳輸天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以傳輸具有10 dBm與30 dBm之間之功率位準(例如有效等方向性輻射功率或EIRP)的第一RF信號，該第一RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中的頻率成分；RF接收天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以接收由該第一RF信號自目標物件之反射產生的第二RF信號；及處理電路系統，其耦接至該RF傳輸天線陣列且耦接至該RF接收天線陣列，該處理電路系統經組態以使用該第二RF信號判定該目標物件相對於該裝置之距離，其中該處理電路系統具有10 dB與40 dB之間的雜訊指數(NF)。
在一些實施例中，該RF傳輸陣列具有15 GHz至25 GHz之頻寬及6 mm與10 mm之間之距離解析度。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列具有1 cm 2與5 cm 2之間之孔徑及該頻帶中之0.4°與1°之間之角解析度。
在一些實施例中，該基板具有10 cm 2與60 cm 2之間之面積。
在一些實施例中，該處理電路系統經組態以在0.1 Hz與100 Hz之間的再新率下更新對該距離之該判定。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該RF傳輸天線陣列，該RF傳輸天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該RF接收天線陣列，該RF接收天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線。
在一些實施例中，該裝置進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該RF傳輸天線陣列，該RF傳輸天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線；及第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該RF接收天線陣列，該RF接收天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線。
在一些實施例中，該第一半導體晶粒包含磷化銦，且該第二半導體晶粒包含矽。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列包含第一線性天線陣列。
在一些實施例中，該第一線性天線陣列包含4至128個天線。
在一些實施例中，該RF接收天線陣列包含第二線性天線陣列。
在一些實施例中，該第二線性天線陣列包含64至1024個天線。
在一些實施例中，該RF傳輸天線陣列包含複數個傳輸天線，各傳輸天線經組態以傳輸在該頻帶中具有1 dBm與2 dBm之間之功率位準的電磁能。
在一些實施例中，該裝置進一步包含聚焦元件，該聚焦元件安裝於該基板上且經組態以將該第二RF信號之一部分聚焦至該RF接收天線陣列。
一些實施例係關於一種使用裝置使目標物件成像之方法，該裝置包含射頻(RF)傳輸天線陣列及RF接收天線陣列，該RF傳輸天線陣列具有第一複數個傳輸天線及第二複數個傳輸天線。方法可包含：使用該第一複數個天線傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號；使用該第二複數個天線傳輸具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號；至少部分地藉由使用該RF接收天線陣列接收由該第一RF信號自該目標物件之反射產生的第三RF信號而產生第一影像；至少部分地藉由使用該接收天線陣列接收由該第二RF信號自該目標物件之反射產生的第四RF信號而產生第二影像；及使用該第一影像及該第二影像判定該目標物件之狀態。
在一些實施例中，該第一RF信號具有在650 GHz至690 GHz之頻帶中之頻率成分。
在一些實施例中，在傳輸該第一RF信號之後執行傳輸該第二RF信號。
在一些實施例中，產生該第一影像包含判定該第三RF信號之相位；產生該第二影像包含判定該第四RF信號之相位；及判定該目標物件之該狀態包含判定該第三RF信號之該相位與該第四RF信號之該相位之間的差。
在一些實施例中，該傳輸天線陣列定向於第一方向上，且該接收天線陣列定向於垂直於該第一方向之第二方向上。
在一些實施例中，判定該目標物件之狀態包含判定該目標物件相對於該裝置之位置。
相關申請之交叉參考
本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)主張2021年6月24日申請之代理人案號為F0869.70000US00的名稱為「TERAHERTZ SENSORS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS」之美國臨時專利申請案第63/214,373號、2021年6月24日申請之代理人案號為F0869.70000US01的名稱為「TERAHERTZ SENSORS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS」之美國臨時專利申請案第63/214,387號、2021年6月24日申請之代理人案號為F0869.70000US02的名稱為「TERAHERTZ SENSORS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS」之美國臨時專利申請案第63/214,427號及2021年6月24申請之代理人案號為F0869.70000US03的名稱為「TERAHERTZ SENSORS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS」之美國臨時專利申請案第63/214,458號的優先權益，該等申請案中之各者以全文引用之方式併入本文中。 I. 基於兆赫之主動感測
本發明人已研發在兆赫頻帶中操作之主動射頻(RF)感測技術，其用於判定目標物件(例如靜態目標物件，諸如街道、傢俱、燈桿、電線桿、建築物，或動態目標物件，諸如個人、汽車、卡車等)之相對及/或絕對狀態(例如位置、速度及/或加速度)。術語「射頻」及「RF」在本文中用於指具有在0至3 THz頻帶中之頻率成分的電磁信號。術語「兆赫」在本文中用於指具有在300 GHz至3THz頻帶(包括端點)中之頻率成分的射頻信號。此說明於圖1A中。
由本發明人研發之RF技術包括新穎RF感測器、信號處理架構、演算法及軟體。由本發明人研發且本文中所描述之RF技術可用於多種應用中。舉例而言，RF技術可在諸如自主汽車之自主載具的背景下用於判定自主載具之周圍環境中之一或多個目標物件的相對及/或絕對狀態(例如在自主載具之臨限距離內的一或多個汽車、人或其他物件之相對及/或絕對狀態)。然而，本文中所描述之技術可結合任何類型之載具使用，包括例如陸基載具(例如汽車、卡車、腳踏車、機動腳踏車及其他基於輪子之載具，以及列車及其他基於軌道之載具)、基於空氣之載具(例如飛機、直升機、無人機等)、基於太空之載具(例如衛星、太空船等)、水基載具(船舶、小艇、駁船等)，及經組態以運載負載(例如人、動物、植物、設備、材料等)任何其他類型之船。
數十年來，建立自主載具之可靠感測能力已成為主要挑戰。令人遺憾的是，工程師尚未識別能夠在所有條件(例如雨、雪、霧、夜間、密集環境等)中有效地監視周圍環境的單一類型之感測器。因此，習知方法係使載具裝備有多種類型之感測器，而非依賴於單一類型之感測器。舉例而言，如圖1B中所示，載具可裝備有光學感測器(例如視訊攝影機、紅外攝影機)、射頻感測器(例如RADAR感測器)及LIDAR感測器。此方法係基於如下想法：具有一組不同感測器提供比任何感測器可個別地提供之覆蓋範圍更佳的覆蓋範圍，此係因為各感測器具有優點及缺點。
舉例而言，光學感測器允許載具維持外部環境之360°視野。近年來已在攝影機相關技術中取得顯著進展，其中相比於先前可能的情況，可以更低價格獲得不斷增長的解析度。藉助於通常涉及機器學習之複雜的後處理技術，光學感測器可偵測及識別載具之物件。光學感測器之區分色彩的能力改良攝影機對區分危險情況與風險較小情形之能力。舉例而言，攝影機可容易地識別其他載具、行人、騎行者、交通標誌及信號、護欄等。令人遺憾的是，光學感測器仍然遠非完美的。首先，不良天氣條件(例如黑暗、雨、雪、霧)顯著地降低影像品質，此顯著降低了光學感測器偵測道路中之目標物件的能力。當物件之間存在低對比度時或當物件與背景摻合時(例如尤其在晴天期間)，影像品質亦降低。其次，攝影機固有地產生二維資料，其中並不直接量測深度或距離資訊。替代地，深度或距離資訊可僅在對收集之影像及/或視訊資料執行進一步信號處理之後獲得，此可在計算上要求高。
RADAR (無線電偵測及測距)感測器為使用射頻信號以判定目標物件之相對及/或絕對狀態(例如位置、速度及/或加速度)的主動偵測感測器。RADAR感測器具有朝著一或多個物件發射RF信號的至少一個傳輸器及偵測由物件反射之任何RF信號的至少一個接收器。偵測到之RF信號經處理以判定物件之絕對及/或相對(例如RADAR感測器)位置、速度、加速度。不同於光學感測器，RADAR感測器不易受不良天氣條件影響，且直接偵測深度或距離資訊。
用於自主載具之習知RADAR感測器在毫米波段(亦即，30 GHz至300 GHz)中或在甚至更低頻率下操作。舉例而言，一個習知RADAR感測器在76 GHz至81 GHz頻帶中操作。由於在此頻率範圍中操作所隱含之(相對長)波長，習知RADAR感測器具有有限的空間(例如，距離及角)解析度。實際上，用於汽車背景中之習知RADAR感測器具有約若干公分之距離解析度及約10°至20°之水平角解析度。因此，儘管習知RADAR感測器可識別某一目標物件之存在，但其無法可靠地識別目標物件之性質或形狀。舉例而言，此類習知RADAR感測器可能無法區分行人與載具或道路信號。約1°或更小之角解析度對於區分通常在道路上遇到的目標物件之類型而言為必要的。
LIDAR(光偵測及測距)感測器類似於RADAR感測器操作，但在光學頻率(例如，在電磁波譜之紅外線或可見部分中)而非射頻下操作。藉由傳輸雷射光束及藉由量測反射光束擊中接收器所花費之時間來判定物件之部位。由於光具有實質上短於習知汽車RADAR感測器操作所處於之波長的波長，因此LIDAR感測器具有更精細空間解析度。
然而，LIDAR感測器亦具有數個缺點。首先，相比於RADAR感測器，LIDAR感測器明顯更易受雨水影響。此係因為雨滴之大小與LIDAR感測器操作所處於之波長相當。在大雨中，自傳輸器發射之光由雨滴散射，此導致不合需要之回波。其次，LIDAR感測器易受日光影響，此導致偵測器飽和，此又降低LIDAR感測器偵測物件之能力。因此，LIDAR感測器在夜晚工作得更佳。
本發明人已認識到，使用不同類型之感測器(例如攝影機、毫米波RADAR感測器、LIDAR感測器)之組合的習知方法以極高成本提供有限效能。合併毫米波RADAR資料與LIDAR資料在計算上要求高(且因此，成本高)，尤其係因為此等計算必須即時執行。典型地，使用可充分利用各項此等技術之益處以產生關於目標物件之動態屬性(諸如，速度、角度及部位)的有意義資訊的感測器融合演算法(例如，諸如卡爾曼(Kalman)濾波器、擴展卡爾曼濾波器、粒子濾波器等之迭代狀態空間演算法)來合併毫米波RADAR資料及LIDAR資料。令人遺憾的是，執行融合演算法必要的計算複雜度可能過高，主要歸因於其非線性及迭代性質。因此，載具必須不僅裝備有多種類型之感測器(此本身為昂貴的)，且亦裝備有大功率電腦以融合其量測結果，此進一步增加成本以便變得不切實際。替代地，僅使用此等習知感測器中之一些及/或較不計算上要求高之融合演算法，導致覆蓋間隙(例如，在經部署感測器不充足時或在融合演算法之計算複雜度如此高以使得更新之再新率過低時的條件下)。
因此，本發明人已研發出一種解決習知感測器及感測器融合技術之上述缺點的用於汽車及其他自主載具應用的新感測技術。特定言之，本發明人已研發在兆赫頻帶中操作之新穎RADAR感測器，其允許感測器合併RADAR及LIDAR感測器之一些優點(因為THz輻射表現得部分地類似於毫米波RF信號且部分地類似於紅外光)，同時避免對使用計算上昂貴之融合演算法的需要。由本發明人研發之感測技術可部署於載具(例如汽車，無論是否自主)上以輔助安全及操作，且在一些實施例中，可完全替換習知RADAR及LIDAR感測器。然而，應注意，在一些實施例中，由本發明人研發之感測技術可結合一或多個習知感測器(例如攝影機、RADAR、LIDAR等)使用，此係因為本文中所描述之技術的態樣就此而言不受限制。
此外，由本發明人研發之感測技術改良習知RADAR及LIDAR感測器。舉例而言，由於由本發明人研發之感測技術在兆赫頻帶中操作，因此其實現比習知RADAR感測器情況下可能之空間解析度顯著更佳的空間解析度。舉例而言，由本發明人研發之感測技術達成約6 mm至10 mm之距離解析度及約0.4°至1°之角解析度。此意謂此等系統可區分例如按短至8 mm之距離沿著傳播軸分離或成角度地分離例如0.6° (但在一些實施例中，角解析度可低至0.1°)之物件。如本文中所描述，習知RADAR感測器可僅達成約若干公分之距離解析度及約10°至20°之角解析度，此對於汽車及其他應用而言為不足的。
作為另一實例，由於兆赫信號相對於紅外線信號具有較長波長，因此由本發明人研發之感測技術比LIDAR感測器更不易受因雨水導致之散射的影響。儘管兆赫信號通常比毫米波更易受雨水影響，但兆赫信號對降雨率之變化較不敏感。圖2A為說明針對各種頻率之隨降雨率而變化之降雨特定衰減的繪圖。在較低頻率下，衰減往往會較低，但曲線之斜率往往會較高。舉例而言，在40 GHz下，降雨率自1 mm/h增加至100 mm/h導致衰減自0.3 dB/km增加至25 dB/km (跨越近似兩個數量級之變化)。因此，在40 GHz下操作之感測系統的效能可實質上自沈澱之開始至結束而變化。替代地，在840 GHz下，衰減自1 mm/h下之1 dB/km增加至100 mm/h下之30 dB/km (僅跨越一個數量級多一點之變化)。因此，在840 GHz下操作之感測系統的效能在沈澱之整個持續時間期間更為可預測。圖2B為使沈澱之類型及強度與降雨率(R)相關的表。將在小於0.1 mm/h之速率下的細雨視為輕度的，在0.1 mm/h與0.5 mm/h之間的速率下視為中度的，在大於0.5 mm/h之速率下視為重度的。將在小於2.5 mm/h之速率下的降雨視為輕度的，在2.5 mm/h與10 mm/h之間的速率下視為中度的，在10 mm/h與50 mm/h之間的速率下視為重度的，及在大於50 mm/h之速率下視為極端的。
作為又一實例，基於兆赫之主動感測系統比LIDAR感測器更不易受日光影響。圖2C為說明隨波長而變化之太陽光譜輻照度之實例的繪圖。如圖中所示，絕大部分太陽能集中於可見及紅外線區中，約300 nm至約2000 nm。此為在此區中操作之LIDAR感測器尤其易受日光影響之原因。相比之下，具有100 μm與1 mm之間之波長的兆赫信號幾乎不受日光影響。
本文中所描述之基於兆赫之主動感測系統可用於自主載具以及其他背景中。
不管對於進階自主性、安全性及能力之要求如何增加，跨多種行業之應用已被迫依賴於傳統感測器(攝影機、LIDAR及習知RADAR)。雖然起作用，但此等傳統感測器具有若干問題，如本文所描述。為了實現下一代產品，需要新的能力以正確地感知周圍環境。本文中所描述之技術解鎖包括新類型之醫療成像(例如，在治療之前的癌症偵測及非離子化牙齒成像)的多種新應用。安全性應用亦可藉由新類型之感知、偵測如槍或刀之物件來增強，同時保護個人之隱私權。本文中所描述之技術擴展以提供自主平台之穩固感知，包括本文中所描述的載具中之任一者，而不管天氣、溫度、灰塵或照明如何。此穩固性在多種環境中以全面、安全的方式解鎖真實自主性。
其他用途亦為可能的。
不管本文中所描述之優點如何，本發明人已認識到，研發基於兆赫之主動感測系統呈現其自身挑戰，如下文所描述。 II 大氣衰減
首先，兆赫信號比毫米波或紅外光更易受大氣衰減影響。兆赫信號經歷藉由水蒸汽及氧氣分子在大氣中進行之吸收。出於此原因，大氣衰減隨濕度增加而降低。圖3A為分別說明大氣衰減在60%、80%及100%之濕度下隨頻率而變化之程度的繪圖。在100 GHz下，不管濕度如何，大氣衰減遠低於3 dB/km。在300 GHz下，大氣衰減在10 dB/km與40 dB/km之間。在700 GHz下，大氣衰減高於100 dB/km。
大氣衰減造成主要挑戰。在RF信號自傳輸器行進至目標物件時且在自目標物件反射至接收器後，RF信號之功率位準衰減接近或低於接收器之雜訊底限。因此，接收器之區分RF信號與雜訊之能力顯著減弱。
本發明人已認識到用以減輕大氣衰減之效應的若干解決方案。本文中所描述之解決方案可個別地或以組合形式使用。一個解決方案源自發明人對大氣衰減呈現局部衰減最小值之瞭解。圖3B為說明隨頻率而變化之大氣衰減的另一繪圖。同樣，衰減可能相當嚴重，在一些頻帶中高達1000 dB/km。儘管如此，一些頻帶呈現局部最小值。舉例而言，大氣衰減實質上在接近425 GHz、670 GHz及850 GHz之頻帶中下降。辨識此行為，根據一些實施例之主動感測系統經設計以在其中大氣衰減呈現局部最小值的此等頻帶中之一或多者中操作。
用以減輕大氣衰減之效應的另一解決方案涉及傳輸具有高功率位準之RF信號。傳輸具有高功率位準之RF信號允許接收器接收足夠能量以在雜訊底限上操作且產生可接受的信號雜訊比(SNR) (雖然存在大氣衰減)。作為一實例，根據一些實施例之傳輸器經設計以在兆赫頻帶中發射超過10 dBm之功率位準。令人遺憾的是，在此類高頻率下傳輸此類功率位準並不簡單。習知矽基高頻電子放大器不適合此任務，因為其至多可以在數十吉赫之頻率下操作。在一些實施例中，可使用具有大電流增益截止頻率及/或大最大振盪頻率之半導體來實現高功率傳輸。
可參考所謂的「電流增益截止頻率」(f t)及藉由所謂的「最大振盪頻率」(f max)以及其他參數來描述半導體材料。此等參數量化用於適用電路操作之實際頻率上限。在一些實施例中，主動感測系統使用具有由(或至少包含)半導體材料製成之晶粒的傳輸器，該等半導體材料具有超過例如0.3 THz、0.5 THz或0.7 THz之電流增益截止頻率。在一些實施例中，主動感測系統使用具有由(或至少包含)半導體材料製成之晶粒的傳輸器，該等半導體材料具有超過例如0.5 THz、0.7 THz或0.9 THz之最大振盪頻率。磷化銦(InP)在所有半導體材料當中具有最高電流增益截止頻率及最高最大振盪頻率。在一些實施例中，InP具有高達1 THz之電流增益截止頻率及高達1.5 THz之最大振盪頻率。因此，一些實施例包括InP基傳輸器(但其他材料亦為可能的，如本文中所描述)。此等類型之傳輸可使用相對小面積(例如，小於1 cm 2)產生超過10 dBm之功率位準。
用以減輕大氣衰減之效應之另一解決方案涉及經設計以增加(例如最大化)自反射輻射收集之能量之量的焦平面陣列。增加所收集能量之量的一種方式為使用極大天線陣列。天線陣列愈大，陣列可收集之能量愈大。令人遺憾的是，用於傳輸電路系統之一些實施例中的半導體材料(例如InP)可不適合於用於接收電路系統，因為不可能自此等材料製造極大晶粒。歸因於InP之不良機械屬性，製造大InP晶粒通常為不可行的。實際上，當在大區域中製造時，InP往往會碎裂。然而，存在更有彈性且因此允許實質上較大晶粒區域之其他半導體材料。矽為此等材料中之一者。
認識到前述挑戰，本發明人已研發出混合收發器，亦即，傳輸器晶粒包含一種半導體材料(例如InP)且接收器晶粒包含另一種半導體材料(例如Si)之收發器。舉例而言，傳輸器晶粒可為InP基(使得晶粒基板由InP製成及/或電晶體由InP製成)。接收器晶粒可為矽基(使得晶粒基板由矽或矽/鍺製成及/或電晶體由矽或矽/鍺製成)。此雙半導體材料方法一方面實現高功率傳輸器，且另一方面實現大面積接收天線。
因此，一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體類型(例如InP)之第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有使用第一半導體製造製程整合於其上的RF傳輸天線陣列；及第二半導體類型(例如Si)之第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有使用不同於該第一半導體製造製程之第二半導體製造製程整合於其上的RF接收天線陣列。
為了進一步增加由接收器收集之能量，一些實施例使用聚焦元件。聚焦元件使得接收器能夠收集將以其他方式丟失的能量。可用於一些實施例中之聚焦元件包括柱面及球面透鏡，其中透鏡由在兆赫頻帶中透明的材料製成。
因此，一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的RF傳輸天線陣列；第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及聚焦元件，其安裝於基板上且經組態以朝著RF接收天線陣列聚焦RF信號。在一些實施例中，聚焦元件在300 GHz至3 THz之頻帶中為透明的。在一些實施例中，聚焦元件經組態以朝著RF接收天線陣列聚焦具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的RF信號。在一些實施例中，聚焦元件至少部分地覆蓋RF接收天線陣列且至少部分地覆蓋RF傳輸天線陣列。在一些實施例中，聚焦元件為至少部分地覆蓋RF接收天線陣列之第一聚焦元件，且其中裝置進一步包含至少部分地覆蓋RF傳輸天線陣列之第二聚焦元件。在一些實施例中，聚焦元件包含具有平行於第一軸延伸之主軸的柱面透鏡。在一些實施例中，RF接收天線陣列具有孔徑，該孔徑具有平行於第一軸延伸之寬度及平行於實質上正交於第一軸的第二軸延伸之長度，該寬度大於該長度。若兩個軸之間的角度在80度與100度之間，則第二軸實質上正交(或垂直)於第一軸。在一些實施例中，聚焦元件由矽形成。在一些實施例中，聚焦元件包含球面或橢圓形透鏡。 III. 兆赫技術之狀態
另一個挑戰起因於兆赫技術仍處於起步階段。迄今為止，不存在用於產生及偵測兆赫輻射之切實可行的技術。實際上，在此等頻率下，用於發電及偵測之技術極其低效。此問題為科學家們通常所說的「兆赫差距」。在光譜之RF側的更成熟的毫米波技術與光譜之紅外線側的良好研發的光子技術之間存在差距。出於此原因，使用兆赫頻帶已受限於極特定應用，諸如次微米天文學。數十年來，科學家們一直試圖彌合這一差距。習知地用於微波產生之一些裝置(包括真空電子裝置)可至少理論上經更改以在兆赫頻帶中操作。然而，大部分此等裝置仍呈原型形式且並不足夠可靠以滿足商業應用之需求。
為避免缺乏適合的兆赫產生器及偵測器，本發明人已研發出基於THz之感測系統，其中信號之產生及偵測係在低得多之頻率下執行。在一些實施例中，信號產生器產生低頻帶中之參考信號頻率成分，且升頻率轉換電路將參考信號之頻率成分轉變成兆赫頻帶。天線傳輸經升頻轉換信號，該經升頻轉換信號在自目標物件反射後由另一天線接收。接收到的信號之頻率成分降頻轉換為較低頻帶，其中該信號經偵測及進一步處理。
在一個實例中，在傳輸器側上，信號產生器輸出以18.61 GHz振盪之參考信號，且升頻率轉換電路將參考信號之頻率成分升頻轉換至670 GHz (亦即，具有大致×36頻率倍增因數)。在接收器側上，參考信號之頻率成分自670 GHz降頻轉換回至18.61 GHz或更低頻率。
設計能夠在兆赫頻帶中發射及接收之天線引起其自身挑戰。最終，天線之大小係由目標波長指定。目標頻率愈高(且目標波長愈低)，天線愈小。作為一實例，一些天線之面積大致為約λ 2，其中λ為與信號中心頻率相關聯的波長。在1 THz下，例如，天線之面積應為約90,000 μm 2。不令人遺憾的是，基於習知印刷電路板(PCB)之天線製造技術可能不能夠達成此類較小佔據面積。習知地使用印刷電路板總成(PCBA)技術製造微波及毫米波天線。金屬沈積於印刷電路板(PCB)上且隨後使用光微影及蝕刻來圖案化以界定所要形狀。雖然此等光微影工具之解析度對於微波及毫米波天線之生產而言足夠精密，但其遠不足以界定THz天線。一般而言，基於PCBA之天線的截止值為約150 GHz至200 GHz。經設計以在此等頻率以下操作之天線可使用此等技術來製造，而經設計以在此頻率以上操作之天線可不使用此等技術來製造。
為了消除此限制，在一些實施例中，使用半導體製造製程製造兆赫天線，且因此將其整合於半導體晶粒上。半導體製造製程提供可運用PCBA製造製程而達成的更精細微影解析度。因此，一些實施例係關於晶片上兆赫天線。
因此，一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的RF傳輸天線陣列，該傳輸天線陣列包含經大小設定以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號的第一複數個RF天線；及第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列，該接收天線陣列包含經大小設定以接收具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號的第二複數個RF天線。在一些實施例中，第一複數個RF天線中之天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號。在一些實施例中，裝置進一步包含信號產生電路系統，該信號產生電路系統經組態以產生具有10 GHz 至60 GHz之頻寬的參考信號且將信號提供至RF傳輸天線陣列，其中該RF傳輸天線陣列經組態以回應於自信號產生電路系統接收參考信號而傳輸第一RF信號。
在一些實施例中，第一RF天線陣列具有10 GHz至60 GHz之頻寬。在一些實施例中，第一半導體晶粒進一步包含：RF傳輸電路系統，其耦接至RF傳輸天線陣列且經組態以使得RF傳輸天線陣列傳輸第一RF信號；及重佈層，其將第一複數個RF天線耦接至傳輸電路系統。在一些實施例中，裝置進一步包含處理電路系統，該處理電路系統耦接至RF接收天線陣列且經組態以使用第二RF信號判定裝置與目標物件之間的距離。在一些實施例中，處理電路系統進一步耦接至RF傳輸天線陣列。在一些實施例中，基板界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面，且其中RF傳輸天線陣列經組態以在平面外在第三方向上傳輸第一RF信號。
在一些實施例中，第三方向實質上與平面垂直(例如在80度與100度之間)。在一些實施例中，第二複數個RF天線經配置以回應於接收第二RF信號而產生差分信號。在一些實施例中，第二半導體晶粒進一步包含：複數個類比數位轉換器(ADC)，其耦接至第二複數個RF天線，該複數個ADC經組態以回應於接收第二RF信號而將由第二複數個RF天線產生的第三RF信號數位化。在一些實施例中，第二半導體晶粒進一步包含耦接至第二複數個RF天線及複數個ADC之複數個次諧波混頻器，該等次諧波混頻器經組態以藉由將第二RF信號與由信號產生電路系統產生的參考信號混合而產生輸出信號且將該等輸出信號提供至複數個ADC。在一些實施例中，複數個次諧波混頻器包含複數個三次諧波混頻器，該複數個三次諧波混頻器經組態以將第二RF信號與複數個參考信號之三次諧波混合。在一些實施例中，複數個次諧波混頻器包含耦接至第二複數個天線中之各別RF天線的差分輸入。在一些實施例中，複數個次諧波混頻器進一步包含經組態以接收由信號產生電路系統產生的參考信號之單端輸入。在一些實施例中，第二半導體晶粒進一步包含定位於複數個次諧波混頻器與複數個ADC之間之複數個降頻轉換混頻器，其中該等降頻轉換混頻器經組態以將輸出信號與由信號產生電路系統產生的參考信號混合。 IV. 形狀因子
另一挑戰起因於載具製造商所需要之對感測器之小形狀因子的要求。LIDAR感測器及習知RADAR感測器通常極緊湊，使得其可接近載具之頭燈而安裝。載具製造商可能不願採用具較大佔據面積之感測器。因此，由本發明人研發且本文中所描述之THz感測系統係以小形狀因子封裝，例如以適配於習知名片(例如，9 cm×5 cm)或一對名片(例如，18 cm×5 cm)之大小內。
自系統設計視角來看，減小裝置之大小係一個挑戰。封裝內部存在極有限空間，且封裝又必須足夠廣闊以容納執行測距及/或其他量測所需之較大傳輸器、較大接收器及電子器件。一方面，需要使用具大孔徑之接收天線以收集儘可能多的能量。大傳輸天線亦為合乎需要的，此係因為發射天線之數目愈大，傳輸器可發射之功率位準就愈大。另一方面，封裝內可用之小空間限制傳輸及接收天線之大小，因此需要進行一些權衡。
為了減小由接收器佔據之空間，一些實施例使用線性或準線性天線陣列。線性天線陣列為N×1天線陣列，而準線性天線陣列為N×M天線陣列，其中N比M大至少五十倍、比M大至少四十倍、比M大至少三十倍、比M大至少二十倍、比M大至少十倍、比M大至少五倍或比M大至少三倍。儘管此等類型之陣列在一個方向上幾乎佔據板之整個寬度，但其在正交方向上釋放用於其他系統組件之較大區域。另外，線性或準線性天線陣列不會相對於N×N天線之2D陣列而顯著地降低接收器之效能。實際上，對自主載具之感測可通常需要水平軸中之大視場，此允許系統看到包圍載具之目標物件，而豎直軸上之視場不必儘可能地大。此外，一些實施例係關於在豎直方向上(亦即，在實質上正交於接收器延伸之方向的方向上)延長的傳輸器。換言之，傳輸器天線陣列之孔徑在水平方向上相對較薄且在豎直方向上相對較長。此形狀使得傳輸器能夠以在豎直方向上之小角度(其在目標物件水平或縱向移動至比其豎直移動更大程度之一些應用中可能不太重要)為代價而在水平方向上橫跨寬角度。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板(例如PCB、封裝基座或其他類型之支撐件)，其界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面；RF天線陣列，其安裝於基板上且具有第一孔徑，該第一孔徑具有在第一方向上延伸之第一寬度及在第二方向上延伸之第一長度，該第一長度大於該第一寬度；及第二RF天線陣列，其安裝於基板上且具有第二孔徑，該第二孔徑具有在第一方向上延伸之第二寬度及在第二方向上延伸之第二長度，該第二長度小於該第二寬度。在一些實施例中，裝置進一步包含：RF傳輸電路系統，其耦接至第一RF天線陣列且經組態以使得第一RF天線陣列傳輸用於判定至目標物件之距離的第一RF信號；RF接收電路系統，其耦接至第二RF天線陣列且經組態以自第二RF天線陣列接收第二RF信號，第二RF信號由於第一RF信號由目標物件反射而產生；及處理電路系統，其耦接至RF接收電路系統，該處理電路系統經組態以判定裝置與目標物件之間之距離。在一些實施例中，處理電路系統進一步耦接至RF傳輸電路系統。在一些實施例中，第一RF天線陣列包含經大小設定以傳輸兆赫RF信號之第一複數個天線，其中兆赫RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中的頻率成分，且第二RF天線陣列包含經大小設定以接收兆赫RF信號之第二複數個天線。在一些實施例中，兆赫RF信號具有在10 GHz至60 GHz範圍內之頻寬。在一些實施例中，第一複數個天線包含4至128 (例如10至50)個天線。在一些實施例中，第二複數個天線包含64至1024個天線。在一些實施例中，裝置進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於基板上，該第一半導體晶粒包含第一RF天線陣列，其中第一複數個天線整合在該第一半導體晶粒上。在一些實施例中，裝置進一步包含：第二半導體晶粒，其安裝於基板上，該第二半導體晶粒包含第二RF天線陣列，第二複數個天線整合在該第二半導體晶粒上。在一些實施例中，該裝置進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該第一RF天線陣列，該第一RF天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在該300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號；及第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該第二RF天線陣列，該第二RF天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線，該第二複數個天線經大小設定以接收具有在該300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號。在一些實施例中，第一半導體晶粒進一步包含：傳輸電路系統；及第一重佈層，其將第一複數個天線耦接至傳輸電路系統。在一些實施例中，第二半導體晶粒進一步包含：接收電路系統；及第二重佈層，其將第二複數個天線耦接至接收電路系統。 V. 規格
圖4之表中說明根據一些實施例之系統規格之說明性實例。當然，並非所有實施例皆受限於此等特定值。
本發明人已研發出滿足自主載具之需求的基於兆赫之主動感測系統。如自系統鏈路預算之描述而顯而易見，儘管較大大氣衰減存在於兆赫頻帶中，但本發明人研發之系統可感測位於例如遠離接收器至多200 m之物件。在極乾燥條件(例如小於25%濕度)下，系統可感測位於遠離其超過200 m處之物件。
一些載具(例如汽車及其他陸基載具)由於其具有較大截面而往往會比行人反射更多能量。因此，感測系統可一般比其可看到行人更遠地看到載具。作為一實例，系統可在存在60 dB/km傳播損耗之情況下測距多達200 m遠之載具，且在存在100 dB/km傳播損耗之情況下測距多達140 m遠之載具。作為另一實例，系統可在存在60 dB/km傳播損耗之情況下測距多達100 m遠之行人，且在存在100 dB/km傳播損耗之情況下測距多達80 m遠之行人。
距離解析度為量化RADAR感測器之用以區分相同軸承上但處於不同距離之目標的能力的參數。距離解析度愈小，系統之用以區分不同距離處之物件的能力愈佳。10 mm距離解析度指示在距離上分離10 mm或更大之目標可彼此區分。RADAR感測器之距離解析度由c/2B給定，其中c為所關注介質中之光的速度且B為信號之頻寬。在兆赫頻帶中操作允許在毫米波情況下將不可能進行的頻寬。在一個實例中，THz感測系統達成約15至25 GHz之頻寬。給定距離解析度與頻寬之間的成反比關係，約15至25 GHz之頻寬達成僅約若干毫米之距離解析度。在一些實施例中，本文中所描述之系統提供約6 mm至10 mm之距離解析度。
角解析度為量化RADAR感測器之用以區分不同軸承上在相同距離處之目標的能力的參數。角解析度愈小，系統之用以區分物件之能力愈高。對於習知RADAR，角解析度等於天線波束之孔徑，該孔徑又與天線線性尺寸及信號波長相關。對於具有線性尺寸L且在波長λ下操作之天線，射束孔徑(以弧度計)大致等於1.2 λ/L。由於其波長較低，因此相比於可運用毫米波達成之角解析度，THz信號可達成顯著更佳角解析度。在670 THz下，具有在5 cm與20 cm之間的線性尺寸之天線可達成在0.1°與0.2°之間的方位角解析度及在0.2°與1°之間的仰角解析度。在一些實施例中，可例如使用在1 cm 2與5 cm 2之間的傳輸天線陣列孔徑獲得低角解析度。
接收器之靈敏度為量化接收器可準確地偵測之最小信號強度的參數。由於靈敏度表示接收器能夠準確接收到的輸入信號有多弱，因此靈敏度愈低愈佳。舉例而言，靈敏度為-90 dBm之接收器比靈敏度為-80 dBm之接收器更佳。由本發明人研發之一些感測系統可達成針對具有10 dB之雜訊指數(NF)的接收器低至-117.6 dBm之接收器靈敏度，針對20 dB之NF為-97.6d Bm，針對27 dB之NF為-90.6 dBm，針對40 dB之NF為-77.6 dBm。在一些實施例中，NF在10 dB與40 dB之間。在一些實施例中，NF在20 dB與40 dB之間。在一些實施例中，NF在30 dB與40 dB之間。
在一些實施例中，本文中所描述之系統可提供2 Hz與50 Hz之間的再新率(測距影像再新之速率，亦稱為脈衝重複率)。
在一些實施例中，本文中所描述之系統可具有具備以下尺寸之形狀因子：7 cm與11 cm (例如9 cm)之間的寬度，3 cm與7 cm (例如5 cm)之間的長度及3 cm與7 cm (例如5 cm)之間的深度。
一些實施例係關於一種裝置，其包含：基板；射頻(RF)傳輸天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以傳輸具有10 dBm與30 dBm之間之功率位準(例如EIRP)的第一RF信號，該第一RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分；RF接收天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以接收由該第一RF信號自目標物件之反射產生的第二RF信號；及處理電路系統，其耦接至該RF傳輸天線陣列且耦接至該RF接收天線陣列，該處理電路系統經組態以使用該第二RF信號判定該目標物件相對於該裝置之該距離，其中該處理電路系統具有10 dB與40 dB之間的雜訊指數(NF)。系統可具有為13.4 dB之信號雜訊比(SNR)，其產生0.95%之偵測機率及0.000001%之假警報機率。在一些實施例中，RF傳輸陣列具有15 GHz至25 GHz之頻寬及6 mm與10 mm之間之距離解析度。在一些實施例中，RF傳輸天線陣列具有1 cm 2與5 cm 2之間之孔徑及頻帶中之0.4°與1°之間之角解析度。在一些實施例中，基板具有10 cm 2與60 cm 2之間之面積。
在一些實施例中，處理電路系統經組態以在0.1 Hz與100 Hz之間的再新率下更新對距離之判定。 VI. 硬體系統 A. 系統架構
圖5A為說明根據一些實施例之裝備有兆赫(THz)主動感測系統1之載具的示意圖。儘管THz主動感測系統1展示為附接至汽車之前保險桿，但本發明技術之實施例不限於任何特定部位。此外，載具可裝備有多於一個THz主動感測系統1。舉例而言，THz主動感測系統可附接至載具之前側，且另一THz主動感測系統可附接至背側。可在THz感測系統旁邊使用其他感測技術，包括例如一或多個光學感測器(例如視訊攝影機及紅外線攝影機)、一或多個毫米波RADAR感測器及/或一或多個LIDAR感測器。
THz主動感測系統1包括用於使用具有300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的信號來判定目標物件之相對及/或絕對狀態(例如位置、速度及/或加速度)的電路系統。THz主動感測系統1包括傳輸器、接收器及處理電路系統(例如類比及/或數位電路系統)。傳輸器在目標物件可能存在之方向上傳輸信號。舉例而言，信號可沿著載具前方之道路傳輸。接收器接收由所傳輸物自目標物件之反射產生的信號。在此描述中，所傳輸信號自另一載具之背側反射。處理電路系統使用接收到的信號以判定目標物件之相對及/或絕對狀態。在一些實施例中，可基於對相對於感測系統之已知部位之距離的量測而判定目標物件之位置。在一些實施例中，可基於對距離之多個量測(無論自單一THz主動感測系統1抑或自多個THz主動感測系統1獲得)而判定目標物件之速度。類似地，可基於多個速度資料點而判定目標物件之加速度。電腦可使用使用THZ感測系統獲得之資訊來在某一態樣自動地控制載具(例如，在無人工干預或在某種程度上之人工干預的情況下自驅動載具)或執行其他自動操作。
x軸將稱為水平軸或方位角軸，y軸稱為豎直軸或仰角軸，且z軸稱為縱向軸或距離軸。圖5B至圖5C分別為根據一些實施例之THz主動感測系統1的側視圖及俯視圖。THz主動感測系統1包括基板10、傳輸器(TX)天線陣列102及接收器(RX)天線陣列104。在一些實施例中，基板10可包括印刷電路板(PCB)。在此描述中，基板10具有在xy平面中延伸之頂表面。THz主動感測系統1可具有足夠小之形狀因子以適配於載具之任何合適部分中。基板10具有沿著x軸延伸之寬度W S及沿著y軸延伸之長度L S。在一些實施例中，寬度W S可介於5 cm與15 cm之間、9 cm與13之間或7 cm與11 cm之間。在一些實施例中，長度L S可介於1 cm與18 cm之間、3 cm與7 cm之間或4 cm與6 cm之間。其他範圍亦為可能的。在一些實施例中，基板具有10 cm 2與60 cm 2之間之面積。
TX天線陣列102可經大小設定以發射具有在300 GHz及3 THz之頻帶或300 GHz至3THz頻帶內之任何頻帶中之頻率成分的信號。舉例而言，TX天線陣列102可經大小設定以發射具有在650 GHz至690 GHz或660 GHz至680 GHz之頻帶中之頻率成分的信號。在一些實施例中，TX天線陣列102具有如下頻寬(例如3 dB頻寬)：4 GHz至134 GHz、4 GHz至100 GHz、4 GHz至60 GHz、10 GHz至100 GHz、10 GHz至60 GHz、10 GHz至30 GHz、15 GHz至60 GHz、10 GHz至30 GHz或15 GHz至25 GHz。類似地，RX天線陣列104可經大小設定以接收具有在300 GHz至3 THz之頻帶或此頻帶之任何次頻帶中之頻率成分的信號。舉例而言，在一些實施例中，RX天線陣列104可經大小設定以接收具有在650 GHz至690 GHz或660 GHz至680 GHz之頻帶中之頻率成分的信號。在一些實施例中，RX天線陣列104具有如下頻寬：10 GHz至60 GHz、10 GHz至30 GHz、15 GHz至60 GHz、10 GHz至30 GHz或15 GHz至25 GHz。
TX天線陣列102及RX天線陣列104可安置於基板10上。舉例而言，TX天線陣列102及接收器RX天線陣列104可直接安裝於基板10上，或可整合在安裝於基板10上之一或多個半導體晶粒上。TX天線陣列102可包括多個TX天線，且RX天線陣列104可包括多個RX天線。TX天線陣列102可在由基板10之頂表面界定的平面外傳輸信號(例如，平行於z軸或相對於z軸之除90 0外的角度)。舉例而言，TX天線陣列102可經成形以具有延伸遠離由基板10之頂表面界定之平面的主瓣。類似地，RX天線陣列104可在自目標物件反射後接收所傳輸信號。舉例而言，RX天線陣列102可經成形以具有遠離由基板10之頂表面界定之平面延伸的主瓣。
如圖5C中所示，TX天線陣列102之孔徑具有沿著x軸延伸之寬度W TX及沿著y軸延伸之長度L TX。在一些實施例中，長度L TX大於寬度W TX。舉例而言，長度L TX可比寬度W TX大超過四倍、比寬度W TX大超過十倍、比寬度W TX大超過二十倍或比寬度W TX大超過三十倍。長度L TX可介於10 mm與3 cm之間、10 mm與5 cm之間、10 mm與7 cm之間、50 mm與3 cm之間、50 mm與5 cm之間或50 mm與7 cm之間。寬度W TX可介於0.1 mm與3 mm之間、0.1 mm與5 mm之間，或0.1 mm與10 mm之間。TX天線陣列102之孔徑可沿著y軸延長以產生較大水平視場及較小豎直視場。此展示於圖5D之示意圖中，圖5D說明用於TX天線陣列102之發射錐的實例。發射錐沿著x軸延長，此導致較大水平視場。相比之下，發射錐沿著y軸相對較窄，此導致較小豎直視場。TX天線陣列經設計以具有此延長孔徑，此係因為自載具之前側的視點，目標物件相較於在豎直方向上更可能在水平方向上橫跨。因此，相比於自不同仰角處之資料點受益，電腦輔助驅動演算法傾向於自不同方位角處之資料點受益更多。在一個實例中，水平方向上之角視場可介於20 0與90 0之間(例如在650 GHz至690 GHz頻帶中)，且豎直方向上之角視場可介於5 0與15 0之間(例如在650 GHz至690 GHz頻帶中)。
返回參考圖5C，RX天線陣列104之孔徑具有沿著x軸延伸之寬度W RX及沿著y軸延伸之長度L RX。在一些實施例中，寬度W RX大於長度L RX。舉例而言，寬度W RX可比L RX大超過五倍、比L RX大超過十倍、比L RX大超過二十倍或比L RX大超過三十倍。舉例而言，寬度W RX可介於5 mm與10 cm之間、3 cm與10 cm之間或5 cm與10 cm之間。長度L RX可介於0.1 mm與3 mm之間、0.1 mm與5 mm之間或0.1 mm與1 cm之間。RX天線104之孔徑可沿著y軸延長以增加在水平方向上由陣列感測到之內容。如本文中所解釋，自載具之前側的視點，目標物件相比於其橫跨豎直軸而傾向於橫跨水平軸更多。此展示於圖5E-1之示意圖中，圖5E-1說明擷取自多個方向沿著水平軸反射之信號的RX天線陣列104。此描繪表示信號自不同角度反射的情境。在一些實施例中，如本文中詳細描述，一或多個聚焦元件可用於執行視點多樣化。
圖5E-2為額外詳細地說明THz主動感測系統之俯視圖。如所展示，基板10包括TX晶粒12、RX晶粒14、信號產生電路系統16及處理電路系統18。TX晶粒12及RX晶粒14可以任何合適方式(包括例如使用線接合技術或倒裝晶片技術等等)安裝於基板10上。信號產生電路系統16可安裝於基板10上或可整合在安裝於基板10上之晶粒上。在一些實施例中，信號產生電路系統16之一部分安裝於基板10上且另一部分整合在一或多個晶粒上。舉例而言，信號產生電路系統16之第一部分可安裝於基板10上，第二部分可整合在TX 12上且第三部分可整合在RX晶粒14上。
TX晶粒12包括整合於其上之多個TX天線112。TX天線112可具有任何合適類型，包括例如貼片天線、偶極天線及槽孔天線。總體而言，TX天線112界定TX天線陣列102。因此，TX天線陣列102之孔徑表示天線之整體有效發射區域。在一些實施例中，TX天線112界定線性天線陣列(N×1個天線之陣列)。在一些實施例中，TX天線112界定準線性天線陣列(N×M天線之陣列，其中N比M大至少三十倍、比M大至少二十倍、比M大至少十倍、比M大至少五倍或比M大至少三倍)。TX晶粒12包括經組態以驅動天線之其他組件(圖5E-2中未說明)，如本文中將詳細地描述。
在一些實施例中，TX天線112經組態以相對於彼此同相發射。以此方式，自陣列射出之信號在結構上干擾彼此，且整體發射功率位準增加。如本文中所描述，發射足夠功率以克服存在於THz頻帶中之嚴重大氣衰減係重要的。可使用不同技術以確保同相發射。在一些實施例中，可使用被動電路達成同相發射，而不必控制信號之相位。舉例而言，TX晶粒12可經設計以包括各自饋入一個天線的一組導電跡線，其中導電跡線之相對長度經選擇以確保同相發射(例如，其皆具有相同長度)。在一些實施例中，可使用主動電路達成同相發射。舉例而言，各天線(或至少一些天線)可放在移相器之前。移相器可調整驅動天線之信號的相位以確保天線之全部(或至少大部分)同相發射。在一些實施例中，TX天線陣列可以大於10 dBm (例如，在10 dBm與15 dBm之間、10 dBm與20 dBm之間或10 dBm與30dBm之間)之功率位準發射。舉例而言，各天線可在THz頻帶中在1 dBm與2 dBm (例如1.75 dBm)之間發射，且陣列可包括4至128個天線、10個天線至30個天線或10個天線至50個天線(例如16個天線)。
RX晶粒14包括整合於其上的多個RX天線114。舉例而言，RX晶粒14可包括例如32至1024個或64至512個RX天線114。RX天線114可具有任何合適類型，包括例如貼片天線、偶極天線及槽孔天線。總體而言，RX天線114界定RX天線陣列104。因此，RX天線陣列104之孔徑表示天線之整體有效接收區域。在一些實施例中，RX天線114界定線性天線陣列(1×M個天線之陣列)。在一些實施例中，RX天線114界定準線性天線陣列(N×M個天線之陣列，其中M比M大至少五十倍、比M大至少四十倍、比N大至少三十倍、比N大至少二十倍、比N大至少十倍、比N大至少五倍或比N大至少三倍)。RX晶粒14包括將自天線接收到之信號輸送至處理電路系統18之其他組件(圖5E-2中未說明)。
處理電路系統18可包括數位電路及/或類比電路，該等數位電路及/或類比電路經組態以基於自RX天線陣列接收到之反射信號判定目標物件之相對及/或絕對狀態。處理電路系統18可整合在RX晶粒14上或另一晶粒(例如ASIC或處理器)上。在一些實施例中，處理電路系統18之一部分整合在RX晶粒14上且處理電路系統18之一部分整合在另一晶粒上。
在圖5E-2的實例中，基板10包括僅一個TX晶粒12及僅一個晶粒RX晶粒14。在其他實施例中，基板10可包括多於一個RX晶粒、多於一個TX晶粒或此兩者。圖5F說明一實例，其中基板10包括兩個TX晶粒12及三個RX晶粒14，但任何其他合適數目個TX晶粒及RX晶粒亦為可能的。在一些實施例中，用以製造TX晶粒12之製造製程可限制可形成於晶粒上之天線的最大數目。因此，相比於利用單一TX晶粒將可能的情況，具有多於一個TX晶粒可發射更多能量。類似地，在一些實施例中，用以製造RX晶粒14之製造製程可限制可形成於晶粒上之天線的最大數目。因此，相比於利用單一RX晶粒將可能的情況，具有多於一個RX晶粒可接收更多能量。 B. 半導體製造製程
本發明人已瞭解，TX晶粒及RX晶粒經組態以執行不同功能，且因此具有不同要求。TX晶粒應經設計以在兆赫頻帶中發射足夠功率以克服大氣衰減。因此，在一些實施例中，TX晶粒之要求中之一者為使用高功率、高頻率電路。另一方面，RX晶粒應經設計以具有大量天線以儘可能地增加接收到的能量的量。因此，在一些實施例中，RX晶粒之要求中之一者為其大小足夠大以容納特定臨限數目個天線。儘管使用相同半導體製造製程來製造TX晶粒及RX晶粒兩者通常更加實用且成本較低，但本發明人已瞭解，鑒於TX晶粒及RX晶粒之特定要求，可更適合於使用不同半導體製造製程來製造晶粒。圖5G為說明用於製造THz主動感測系統1之工作流之實例的方塊圖。如此圖中所示，第一半導體製造製程可用於製造TX晶粒12，且第二半導體製造製程可用於製造RX晶粒14。此等半導體製造製程可在不同製造設施中進行，此係因為可能不存在能夠處置兩種技術之單一製造設施。儘管使用不同製造設施可增加成本，但本發明人已瞭解，在一些實施例中，起因於使用不同製造設施之效能改良調整增加之成本。
在一些實施例中，TX晶粒包含根據第一半導體製造製程製造之第一半導體類型，且RX晶粒包含根據第二半導體製造製程製造之第二半導體類型。在一些實施例中，第二半導體類型為矽基半導體類型，且第一半導體類型並非矽基半導體類型。舉例而言，RX晶粒可包含矽(例如RX晶粒之基板可由矽製成及/或RX晶粒之電晶體層可由矽製成)，且TX晶粒可包含III-V半導體(例如TX晶粒之基板可由III-V材料製成及/或TX晶粒之電晶體層可由III-V材料製成)，諸如磷化銦。
在一些實施例中，兩個晶粒被視為具有不同半導體類型，其中上面形成有晶粒之基板具有不同化學組成(例如矽基基板與任何III-V基基板)，及/或其中晶粒之電晶體由具有不同化學組成之材料製成(矽基電晶體與III-V基電晶體)。
鑒於對於高功率、高頻率電路之TX晶粒的要求，在一些實施例中，可使用具有大的最大振盪頻率f max及/或大的電流增益截止頻率f t之半導體材料來製造TX晶粒。最大振盪頻率及電流增益截止頻率為量化適用電路操作之實際頻率上限的參數。作為一實例，某些矽/鍺(SiGe)製程可達到介於500 GHz至720 GHz範圍內的最大振盪頻率。雖然SiGe基裝置之效能對於在兆赫頻帶之下部部分中操作之感測系統可能足夠，但對於在較高頻率下操作之感測系統並不足夠。對於此等系統，超過1 THz之最大振盪頻率及超過0.5 THz之電流增益截止頻率將合乎需要。
存在提供此高f max及f t之特定類別之半導體材料——具有相對較高載子(例如電子、電洞)遷移率及/或相對較高崩潰電場之材料。在一些實施例中，傳輸器可包括半導體材料，該半導體材料在300K下具有3000 cm 2V -1s -1與5500 cm 2V -1s -1之間及5000 cm 2V -1s -1與5500 cm 2V -1s -1之間的電子遷移率。在一些實施例中，傳輸器可包括具有4×10 5Vcm -1及6×10 5Vcm -1之崩潰電場的半導體材料。
磷化銦(InP)具有所有半導體材料之最高電流增益截止頻率及最大振盪頻率。視用於製造InP晶粒之特定製程而定，f max可高達1.5 THz (例如0.7 THz與1.5 THz之間)且f t可高達1 THz (例如0.3 THz與1 THz之間)。鑒於InP中之大f max及f t，一些實施例涉及包含InP之TX晶粒(例如，具有InP基板及/或具有在InP中製成之電晶體)。在一些實施例中，包含InP基電路系統(例如InP基電晶體及二極體)之TX晶粒可能夠以每天線1 dBm與2 dBm之間的功率位準(例如1.75 dBm)在兆赫頻帶中發射電磁能。
替代地或另外，可使用其他III-V半導體材料。舉例而言，一些TX晶粒包含氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)、氮化鋁(AlN)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)、砷化鋁(AlAs)、磷化鎵(GaP)及磷化鋁(AlP)。
鑒於對於可容納儘可能多的天線之大晶粒區域之RX晶粒要求，在一些實施例中，可使用能夠產生大倍縮光罩大小之半導體製程製造RX晶粒。令人遺憾的是，用於傳輸電路系統之一些實施例中的半導體材料(例如InP)中的一些可不適合於用於接收電路系統，此係因為不可能自此等材料製造極大晶粒。舉例而言，歸因於InP之易脆性質，使用習知製造製程大InP晶粒為不可行的。當在大區域中製造時，InP往往會碎裂。
存在更有彈性且因此提供實質上較大晶粒區域之其他半導體材料。矽為此等材料中之一者。舉例而言，某些矽製造製程可產生大達110 mm×110 mm之倍縮光罩區域。此大倍縮光罩區域可容納數百個RX天線，因此實現極大RX天線陣列。因此，一些實施例涉及包含矽(例如具有矽基板及/或具有矽電晶體層)之RX晶粒。使用矽之額外優點為有機會充分利用大規模、CMOS相容半導體鑄造廠。為進一步改良其效能，一些矽RX晶粒包括SiGe電晶體。
儘管在一些實施例中，TX晶粒可由InP製成且RX晶粒可由如本文中所描述之Si製成，但在其他實施例中，相反配置亦為可能的。在此等實施例中，系統包括高效能接收器，而非具有高效能傳輸器。實際上，儘管Si基TX晶粒可不發射InP基TX晶粒可能的功率量，但InP基RX晶粒可明顯比Si基RX晶粒更敏感。因此，在此等實施例中，藉由傳輸器發射之較低功率由接收器之較低雜訊底限構成。
在又其他實施例中，TX晶粒及RX晶粒可包含相同半導體材料(例如Si或InP等等)。
一些實施例係關於一種製造裝置之方法，其包含：獲得屬於第一半導體類型且藉由射頻(RF)傳輸天線陣列圖案化之第一半導體晶粒，該第一半導體晶粒係使用第一半導體製造製程而製造；獲得屬於第二半導體類型且藉由RF傳輸天線陣列圖案化之第二半導體晶粒，該第二半導體晶粒係使用不同於第一半導體製造製程之第二半導體製造製程而製造；及至少部分地將第一半導體晶粒及第二半導體晶粒置放於基板上而製造裝置。在一些實施例中，第二半導體類型為矽基半導體類型，且第一半導體類型為III-V半導體類型。在一些實施例中，方法進一步包含將聚焦元件附接至基板以使得聚焦元件覆蓋RF接收天線陣列之至少一部分。在一些實施例中，方法進一步包含：在將第一半導體晶粒置放於基板上之前，利用具有輸入端及複數個輸出端之RF功率分配器圖案化基板；及在將第一半導體晶粒置放於基板上之後，經由線接合將RF功率分配器之輸出端耦接至RF傳輸天線中之各別天線。 C. 兆赫天線
建立能夠在兆赫頻帶中傳輸及接收信號之天線具有挑戰性。天線之大小一般由目標波長指定。天線之面積一般為約λ 2，其中λ為與信號中心頻率相關聯的波長。在1 THz下，例如，天線之面積可為約90,000 μm 2。
習知地使用印刷電路板總成(PCBA)技術製造微波天線。金屬沈積於印刷電路板(PCB)上且隨後使用光微影技術圖案化以形成所要形狀。雖然此等光微影工具之解析度對於微波及毫米波天線而言足夠精密，但其遠不足以界定兆赫天線。一般而言，基於PCBA之天線的截止值為約150 GHz至200 GHz。經設計以在此等頻率以下操作之天線可使用此等技術來製造，而經設計以在此頻率以上操作之天線不使用此等技術來製造。
本發明人已瞭解，半導體製造製程允許明顯比PCBA製造製程可能的特徵小的特徵。因此，在一些實施例中，THz主動感測系統1之天線直接整合在晶粒上。圖5H為根據一些實施例之包括TX天線112及傳輸電路系統113之TX晶粒12的截面圖。TX天線112在TX晶粒12之頂表面上經圖案化，且經由導電跡線115耦接至傳輸電路系統113。傳輸電路系統113可包括電晶體及/或其他電子組件(包括驅動器、放大器及頻率倍增器，其實例在本文中詳細描述)。RX天線114可以類似方式整合於RX晶粒14上。舉例而言，RX晶粒14可包括接收電路系統，且RX天線可耦接至接收電路系統，類似於圖5H之配置。本文中詳細地描述接收電路系統之實例。
圖5I為替代配置之截面圖。此處，TX天線112與TX晶粒12整合，而非直接圖案化於晶粒之頂表面上，TX天線112定位於聚合物層之頂部上。在此配置中，聚合物層127形成於TX晶粒12之頂表面上。導電凸塊117穿過聚合物層之一部分。重佈層(RDL) 107及109以及導電凸塊117將信號自TX晶粒12路由傳送至TX天線112。在此實例中，傳輸電路系統113經由RDL耦接至TX天線112。RX天線114可以類似方式整合在RX晶粒14上。舉例而言，RX晶粒14可包括接收電路系統，且RX天線可耦接至接收電路系統，類似於圖5I之配置。
在一些實施例中，基板10可包括多個TX天線陣列，此可改良系統之整體空間解析度。舉例而言，圖5J說明包括一對TX天線陣列102之基板10。TX天線陣列定位於RX天線陣列104之相對側上。以此方式，可在不必增加基板之尺寸的情況下最大化(或至少增加) TX天線陣列之間的間隔。當使用第一TX天線陣列獲得之影像與使用第二TX天線陣列獲得之影像合併時，增加陣列之間的間隔導致系統之空間解析度(相對於單一TX天線陣列實施方式)增加。 D. 信號產生電路系統
本發明人已瞭解，直接在兆赫頻帶中之信號之產生及偵測歸因於在此頻帶中不存在可靠信號產生器及偵測器而並不切實可行。因此，在一些實施例中，兆赫感測系統1經組態以產生具有相對較低頻率之參考信號且將參考信號升頻轉換至所要的兆赫頻帶。在傳輸器側上，兆赫感測系統可將來自介於1 GHz與20 GHz之間的頻帶之信號的頻率成分轉變至介於650 GHz與690 GHz之間的頻帶。在接收器側上，兆赫感測系統可將來自650 GHz與690 GHz之間的頻帶的接收到的信號之頻率成分轉變至1 GHz與20 GHz之間的頻帶。
此外，本發明人已瞭解，向傳輸器及接收器兩者提供相同參考信號消除(或至少減少)相位雜訊，若將不同參考信號提供至傳輸器及接收器，則相位雜訊可能以其他方式出現。實際上，向傳輸器及接收器提供相同參考信號實現相位同調性。因此，一些實施例係關於耦接至傳輸器及接收器兩者之信號產生電路。圖6A說明根據一些實施例之一個此類系統。如此圖中所描繪，信號產生電路系統16耦接至TX天線陣列102及接收電路系統165 (其進一步耦接至RX天線陣列104)。如本文中所描述，接收電路系統165可經組態以降頻轉換由RX天線陣列104接收到之信號。接收電路可使用由升頻率轉換電路系統164產生之信號來降頻轉換接收到的信號。在一些實施例中，信號產生電路系統16可包括振盪器160、信號產生器162及升頻率轉換電路系統164。信號產生電路系統16可至少部分地安裝於基板10上。舉例而言，振盪器160及信號產生器162可安裝於基板10上。升頻率轉換電路系統164可安裝於基板10上或可整合在一或多個半導體晶粒上。在一個實例中，升頻率轉換電路系統164之一部分部分地整合於TX晶粒12上，且升頻率轉換電路系統之另一部分部分地整合於RX晶粒14上。
振盪器160可經組態以產生第一信號。第一信號可為例如在1 GHz與20 GHz之間的載波頻率下振盪之正弦頻調。舉例而言，第一信號可以9.305 GHz或18.61 GHz振盪。信號產生器162可經組態以藉由頻率調變第一信號而產生具有時變中心頻率(例如啁啾調頻信號)之第二信號。因此，第二信號具有隨時間推移而變化之載波頻率。如本文中所描述，載波頻率可線性地或非線性地變化(例如，增加)。升頻率轉換電路系統164可經組態以藉由升頻轉換第二信號而產生第三信號。因此，第三信號具有與第二信號之頻率成分實質上相同(例如除雜訊之外相同)之頻率成分，但第三信號轉變至較高頻帶。升頻率轉換164之特徵可在於頻率倍增因數，其為判定第二信號之頻率倍增多少倍的參數。倍增因數可例如介於30與80之間(例如，36或72)。在一個實例中，升頻率轉換電路系統可將第二信號之頻率成分自9.305 GHz之頻率轉變至670 GHz之頻率(亦即，其中倍增因數為72)。在另一實例中，升頻率轉換電路系統可將第二信號之頻率成分自18.61 GHz之頻率轉變至670 GHz之頻率(亦即，其中倍增因數為36)。第三信號經遞送至TX天線陣列102之各種天線且經遞送至RX天線陣列104之各種天線。以此方式，可減少相位雜訊。
圖6B為說明根據一些實施例之RF信號之頻率及對應反射可如何隨時間推移而變化的繪圖。在此實例中，信號具有根據線性斜坡而變化之頻率。此可為信號產生器162藉由線性斜坡調變第一信號之頻率的結果。實線表示所傳輸信號，且虛線表示接收器處之反射信號。所傳輸信號之頻率在時間t 1時之頻率f 1至時間t 2時之頻率f 2範圍內變化。因此，所傳輸信號之頻寬為f 2至f 1。在一些實施例中，f 1可為例如650 GHz、655 GHz、660 GHz或665 GHz。在一些實施例中，f 2可為例如690 GHz、685 GHz、680 GHz或675 GHz。反射信號之頻率反映具有延遲Δt之所傳輸信號之頻率。該延遲等於所傳輸信號在擊中目標物件後即進行往返的時間。因此，延遲Δt量化至目標物件之距離。可藉由判定在特定時間t 0處信號之頻率(Δf)之間的差來獲得延遲Δt。由於啁啾調頻為線性的，因此延遲Δt由頻率差Δf除以線性斜坡之斜率而給出。在一些實施例中，Δf可為例如6 GHz、10 GHz、20 GHz、30 GHz、40 GHz、50 GHz、60 GHz、80 GHz、100 GHz、120 GHz或134 GHz。
圖6C為根據一些實施例之說明包括兩個線性斜坡的信號的繪圖。在此實例中，第一線性斜坡在向上方向上傾斜(因此形成向上斜坡)，且第二線性斜坡在向下方向上傾斜(因此形成向下斜坡)。此啁啾調頻信號允許主動感測系統進行兩個不同量測，一個量測係針對各斜坡。第一量測結果(Δt 1)量化至目標物件之初始距離，第二量測結果(Δt 2)量化至目標物件之最終距離。兩個量測結果可用於對目標物件之速度進行量化。
圖6D額外詳細地描繪根據一些實施例之升頻率轉換電路系統164。在此實例中，升頻率轉換電路系統164包括功率分配器111及複數個頻率倍增器122。功率分配器111將第二信號耦接至各種頻率倍增器。頻率倍增器配置於通道中。各通道將功率分配器之分支耦接至TX天線陣列102之對應天線或耦接至RX接收電路系統165之對應通道，且包括多個頻率倍增器。各頻率倍增器將輸入信號之頻率乘以預定量。因此，分級執行升頻率轉換。在一些實施例中，與TX天線陣列相關聯的頻率倍增器提供與相關聯於RX天線陣列之頻率倍增器相同的倍增因數。
頻率倍增器可包括諧波頻率倍增器。諧波頻率倍增器可產生作為輸入頻率之諧波的頻率。在一個實例中，各通道包括具有以下倍增因數之三個諧波頻率倍增器：3、4、3 (不必以此次序)。因此，整體倍增因數為36。此等頻率倍增器可自18.61 GHz的頻率產生670 GHz的頻率。在另一實例中，通道包括具有以下倍增因數之四個諧波頻率倍增器：3、4、3、2 (不必以此次序)。因此，整體倍增因數為72。此等頻率倍增器可自9.305 GHz的頻率產生670 GHz的頻率。在一些實施例中，頻率倍增器安裝於基板10上。在一些實施例中，耦接至TX天線陣列102之頻率倍增器整合於TX晶粒12上，且耦接至RX天線陣列104之頻率倍增器整合於RX晶粒14上。 E. 鏈路預算
如本文中所描述，存在於兆赫頻帶中之大氣損耗可能相當嚴重。儘管存在大氣損耗，但本文中所描述之架構仍實現精確的基於兆赫之感測系統。系統可以可接受準確度感測目標物件之最大距離係藉由若干因素判定，包括相對濕度、經偵測之目標物件之性質及信號雜訊比(SNR)要求。一般而言，濕度愈高，大氣損耗愈高，且因此，系統可感測目標物件之最大距離愈小。作為一實例，在670 GHz下，60%濕度導致100 dB/km大氣損耗，80%濕度導致200 dB/km大氣損耗，且100%濕度導致250 dB/km大氣損耗。
目標物件之性質影響系統之效能，此係因為不同目標物件在由兆赫信號擊中時可反射更多或更少能量。導電表面往往會比不導電表面更具反射性。較大目標物件往往會比較小目標物件反射更多功率，此係因為較大目標物件具有較大截面。信號擊中目標之角度亦可具有效應。RADAR截面(RCS)為量化經由測距可偵測到目標物件之程度的參數。較大RCS指示目標物件更易於偵測。跨廣泛範圍之頻率，包括例如在670 GHz下，個人之典型RCS為大致0 dBsm且平均大小之汽車之典型RCS為10 dBsm。換言之，汽車之反射性比個人之反射性大十倍。
SNR要求為系統可以可接受準確度判定相對及/或絕對狀態(例如位置、速度及/或加速度)所處的最小SNR之量度。系統之SNR要求取決於若干參數，包括由傳輸器發射之功率、接收器之靈敏度、接收器孔徑之大小及接收器之溫度。此處，提供13.4 dB之SNR要求。在一些實施例中，SNR要求可介於10 dB與15 dB之間。
圖7A至圖7C為說明在60%濕度下隨距離(相對於目標)而變化之系統SNR的繪圖。在此等實例中，各傳輸器傳輸1.75 dBm (或更一般而言，0.5 dBm與2 dBm之間)之功率，且各RX天線具有5 dB (或更一般而言，3 dB與20 dB之間)之增益。接收器之雜訊指數(NF)為30 dB。圖7A至圖7C之繪圖之間的差異在於每秒框數。在圖7A中，以每秒1000框(fps)之速率執行感測。在圖7B中，以每秒10框執行感測，意謂具有100 fps-同調積分。在圖7C中，以每秒2框執行感測，意謂具有500 fps-同調積分。各繪圖說明SNR要求(其設定成13.4 dB，其又將產生95%之偵測機率及0.000001%之假警報機率)、對應於由汽車(10 dBsm)反射之信號的SNR、對應於由個人反射之信號的SNR，及在60%濕度下之大氣損耗。應注意，對應於反射信號之SNR隨著範圍增加而降低的主要因素為大氣損耗。在圖7A中，對應於由汽車反射之信號的SNR在73 m處超過SNR要求。因此，系統可在此等情形下感測目標物件之最大距離為73 m。此外，對應於由個人反射之信號的SNR在50 m處超過SNR要求。因此，系統可在此等情形下感測目標物件之最大距離為50 m。如所預期，系統對汽車的測距比對行人的測距更遠。在圖7B中，對應於由汽車反射之信號的SNR在126 m處超過SNR要求，且對應於由個人反射之信號的SNR在97 m處超過SNR要求。由於減小的圖框率，自圖7A至圖7B，最大距離增加。最後，在圖7C中，對應於由汽車反射之信號的SNR在147 m處超過SNR要求，且對應於由個人反射之信號的SNR在117 m處超過SNR要求。同樣，由於圖框率進一步減小，最大距離增加。
圖7D至7F為類似繪圖，但此處濕度為80%而非60%。如所預期，SNR相對於先前情況減小。在圖7D中(對應於1000 fps)，對應於由汽車反射之信號的SNR在51 m處超過SNR要求，且對應於由個人反射之信號的SNR在31 m處超過SNR要求。在圖7E中(對應於10 fps)，對應於由汽車反射之信號的SNR在82 m處超過SNR要求，且對應於由個人反射之信號的SNR在65 m處超過SNR要求。在圖7F中(對應於2 fps)，對應於由汽車反射之信號的SNR在93 m處超過SNR要求，且對應於由個人反射之信號的SNR在76 m處超過SNR要求。 F. 兆赫傳輸器
圖8A說明根據一些實施例之兆赫傳輸器電路系統之實例。信號產生器162經組態以產生具有時變中心頻率之信號，如本文所描述。功率分配器111將信號產生器162耦接至TX晶粒12。在一些實施例中，功率分配器111係由在基板10上圖案化之導電跡線界定。線接合116將功率分配器111之端部連接至TX晶粒12之各種通道。在一些實施例中，功率分配器111可經設計以使得通道接收具有相同相位之信號的複本。舉例而言，跡線可全部具有相同長度，或可具有經改造以補償已知相位改變之長度。此可確保由個別天線發射之兆赫信號為同相的，藉此最大化發射功率。在一些實施例中，功率分配器111包括威爾金生(Wilkinson)功率分配器。
在圖8A的實例中，TX晶粒12包括八個TX通道(201至208)，但任何其他合適數目個通道為可能的。各通道將自功率分配器111接收到之信號傳遞至各別TX天線112。在此實例中，TX天線112實施為偶極天線，但其他天線類型亦為可能的(包括例如貼片天線及槽孔天線)。各TX天線112可與鄰近天線分離開經選擇以引起同相發射的距離。舉例而言，天線陣列之間距可為λ/2 (或λ/2之奇數倍)，其中λ為對應於發射之主要(例如中心)頻率的波長。其他間距亦為可能的。
圖8B至圖8E說明根據一些實施例之TX晶粒12之通道的實例實施方式。在圖8B之實施方式中，TX通道201包括襯墊118、複數個頻率倍增器122及TX天線112 (在此實例中，偶極)。線接合116具有連接至功率分配器111之分支的一個端部及連接至襯墊118的一個端部。各頻率倍增器具有倍增因數。各種頻率倍增器之倍增因數可相等或不同。在一個實例中，存在具有以下倍增因數之三個頻率倍增器：3、4、3 (不必以此次序)。在另一實例中，存在具有以下倍增因數之四個頻率倍增器：3、4、3、2 (不必以此次序)。其他組態為可能的。
頻率倍增器可以眾多方式中之任一者實施。在一些實施例中，頻率倍增器可包括經組態以產生輸入頻率之一或多個諧波的非線性電路(例如一或多個二極體)。圖9說明根據一些實施例之頻率倍增器的實例實施方式。此頻率倍增器包括二極體222及帶通濾波器223。二極體222接收具有中心頻率f 0之信號，且產生輸入信號之多個諧波(例如，2f 0、3f 0、4f 0等)。帶通濾波器(BPF) 223具有以所關注之諧波為中心的帶通回應。舉例而言，經組態以產生×3倍增因數的頻率倍增器包括具有以3f 0為中心的回應的BPF。在其他實施例中，可省略BPF，且二極體(或其他非線性電路)可經改造以放大所關注之諧波及/或使其他諧波衰減。基於電晶體之頻率倍增器亦為可能的。
返回參考圖8B，最末頻率倍增器之輸出經提供至TX天線112。圖8C之通道實施方式類似於圖8B之實施方式，但其進一步包括頻率倍增器與TX天線112之間的驅動器124。驅動器124可包括例如電流驅動器及/或緩衝器。圖8D之通道實施方式類似於圖7C之實施方式，但其進一步包括頻率倍增器與TX天線112之間的功率放大器(PA) 126。在其他實施例中，TX通道可包括PA 126，但不包括驅動器124。最後，圖8E之通道實施方式類似於圖8D之實施方式，但其進一步包括在襯墊118與頻率倍增器之間的移相器128。在一些實施例中，移相器128可經控制以補償各種TX通道之間產生的任何相變。另外或替代地，移相器128可用以將天線驅動為相控陣列。舉例而言，移相器可驅動具有跨越陣列的線性相移的天線，以使得天線在豎直軸上以相對於z軸之角度發射信號。此外，藉由週期性地改變相移，新出現之信號可經向上及向下掃掠，因此允許主動感測系統掃描目標物件之豎直軸。在一些實施例中，可自圖8E之通道實施方式省略驅動器124及/或PA 126。 G. 兆赫接收器
圖10A說明根據一些實施例之包括RX晶粒14之基板10之一部分。RX晶粒14包括具有多個RX通道(例如RX通道301)之接收電路系統165。RX晶粒可包括例如128個通道、256個通道、512個通道等(或另一數目，無論是否為2的冪)。在一些實施例中，RX晶粒可包括多於200個通道。各通道包括RX天線114，且天線彼此分離開λ/2間距(或λ/2之奇數倍)，以及其他可能值。此外，各通道經由功率分配器111之各別分支接收啁啾調頻信號之複本。在各通道處，將接收到的信號與啁啾調頻信號混合。
在一些實施例中，啁啾調頻信號可升頻轉換成多個級中之接收到的信號之頻率。第一頻率倍增級可定位於分配網路上游，且第二級可定位於分配網路下游。相對於頻率在單一級中升頻轉換(無論在分配網路上游抑或下游)之架構，以此方式升頻轉換啁啾調頻信號可降低與升頻率轉換操作相關聯之總功率損耗。根據一些實施例，一個此類架構說明於圖10B中。此處，啁啾調頻信號自底部側進入RX晶粒。層級1倍增單元將啁啾調頻信號升頻轉換至特定頻帶。舉例而言，層級1倍增單元318可具有9之倍增因數。1:N分配網路350將經升頻轉換啁啾調頻信號提供至個別RX通道。各通道將經升頻轉換啁啾調頻信號混合成由其天線接收到之信號。將混頻器之輸出提供至讀出ADC及串列器單元300，其包括多個類比數位轉換器(ADC)及串列器。
圖10C至圖10D說明1:N分配網路350之兩個可能實施方式。在圖10C之實施方式中，分配網路包括具有3 dB分割器之樹的1:N共同饋伺網路。在圖10D之實施方式中，分配網路包括行進波分配網路。匯流排具備自匯流排分支之多個分接頭。
圖10E為說明根據一些實施例之RX通道之實例的方塊圖。在此實例中，RX通道包括層級2倍增單元320，該層級2倍增單元320進一步升頻轉換自層級1倍增單元318產生之頻率。在一些實施例中，層級2倍增單元320具有經選擇以使得輸出信號具有由天線114接收到之兆赫信號之頻率的倍增因數。舉例而言，若由天線114接收到之兆赫信號具有670 GHz之中心頻率，則自層級2倍增單元320輸出之啁啾調頻信號具有335 GHz之中心頻率。功率分割器325將經升頻轉換啁啾調頻信號分割成分支，該等分支作為輸入分別提供至次諧波混頻器310及降頻轉換混頻器314。在此實例中，次諧波混頻器310自RX天線114接收差分信號且接收經升頻轉換啁啾調頻信號作為單端輸入。次諧波混頻器之輸出為由天線接收到之信號，其頻率經轉變為接收到之信號之頻率的一半。
經升頻轉換啁啾調頻呈現為混頻器之差分輸出處的共同模式雜訊。包括複數個LNA之低雜訊放大器(LNA)單元312提供增益且抑制雜訊。在LNA單元312下游，將信號與經升頻轉換啁啾調頻信號混合，藉此將接收到之信號轉變至其中頻。
次諧波混頻器310可以眾多方式中之任一者實施。在一些實施例中，次諧波混頻器310接收兩個輸入，一個輸入為差分且另一個為單端。舉例而言，接收到的信號係有差異地提供，且經升頻轉換啁啾調頻係以單端方式提供。可提供次諧波混頻器310以輸出等於f 1至nf 2之頻率，其中f 1及f 2為輸入信號之頻率。參數n表示次諧波混頻器之次序，且可例如等於2、3或4。在一個實例中，f 1為輸入差分信號之頻率，且f 2為輸入單端信號之頻率。次諧波混頻器310之輸出可為差分的。
在一些實施例中，RX通道301可藉由單一子轉換級實施。此RX通道可類似於圖10E之實施方式，但其可具有僅次諧波混頻器310及降頻轉換混頻器314中之一者，而非具有次諧波混頻器310及降頻轉換混頻器314。在此配置中，單一混頻器可經組態以將自RX天線114接收到之信號降頻轉換至基頻。此類實施方式可包括或可不包括低雜訊放大器單元312。
圖11A及圖11B說明根據一些實施例之次諧波混頻器310的兩個可能實施方式。在兩個實施方式中，RX天線114直接耦接至混頻器(例如，其間不具有傳輸線)。
在圖11A之混頻器中，RX天線114串聯連接至電晶體T1及T2之發射極。此處，RX天線114為耦接至接地之折迭偶極子。電晶體T1及T2之基極彼此連接，且集極分別耦接至阻抗401及402。電晶體T1及T2可屬於任何合適的類型，包括例如高電子遷移率電晶體(HEMT)、雙極互補金屬氧化物半導體(BiCMOS)電晶體及異質接面雙極電晶體(HBT)，諸如SiGe HBT，等等。因此，術語「集極」涵蓋集極及汲極兩者，術語「發射極」涵蓋發射極及源極兩者，且術語「基極」涵蓋基極及閘極兩者。以單端方式將經升頻轉換啁啾調頻信號提供於電晶體之基極處。因此，電晶體將由RX天線接收到之信號與經升頻轉換啁啾調頻信號混合以產生差分輸出(在電晶體T1及T2之各別集極處)。
在圖11B之混頻器中，RX天線114並聯連接至電晶體T1及T2之發射極。此處，RX天線114為偶極，該偶極之各分支連接至對應電晶體之發射極。發射極進一步經由阻抗411及412耦接至接地。如同在圖11A之實例中，以單端方式將經升頻轉換啁啾調頻信號提供於電晶體之基極處。因此，電晶體將由RX天線接收到之信號與經升頻轉換啁啾調頻信號混合以產生差分輸出。 H. 聚焦元件
本發明人已認識到，用於自主載具中之主動感測系統應較小，使得其可容納於載具之任何合適部分上。因此，至少在一些實施例中，本發明人已將基板10設計為具有大致名片或一對名片之大小。令人遺憾的是，具有小基板面積意謂可供用於RX天線陣列之空間小於理想空間。因此，僅收集小部分的由目標物件反射之能量。圖12A為說明RX天線陣列104之基板10的側視圖。如此圖中進一步展示，僅收集小部分反射能量——擊中RX天線陣列104之能量。擊中RX天線陣列104外部之基板10的能量被浪費。如本文中所描述，沿著y軸增加RX天線陣列之長度可能並非一個選項，此係因為如此將佔用其他組件之空間。
認識到此問題，本發明人已研發使用聚焦元件以增加能量之收集的兆赫主動感測系統。圖12B為說明RX天線陣列104之基板10的另一側視圖。此外，在此實施例中，聚焦元件400安置於RX天線陣列104附近。如此圖中所展示，擊中聚焦元件但另外將不會擊中RX天線陣列之能量現聚焦於陣列上。因此，亦擷取此能量，因此增大主動感測系統之效率。聚焦透鏡可由在兆赫頻帶中透明的材料(諸如矽)或聚合物製成。聚焦元件400可經定位成與基板10之頂表面相隔一距離或可與彼表面接觸。
聚焦元件可具有經配置以在所關注頻率下朝著RX天線陣列104之表面引導能量的任何合適形狀。舉例而言，聚焦元件可經設計以提供至少介於650 GHz與690 GHz之間的聚焦。在一些實施例中，聚焦元件可實施為柱面透鏡，如圖12C中所示。柱面透鏡401具有柱面或部分柱面形狀。透鏡之主軸402平行於圓柱體(或圓柱體部分)之高度方向延伸。在一些實施例中，圓柱體之主軸平行於x軸。以此方式，透鏡聚焦沿著y軸彼此偏移的波(如圖12B中所示)，而不聚焦沿著x軸彼此偏移的波。
其他類型之聚焦元件亦為可能的，包括球面或橢圓形透鏡。球面或橢圓形透鏡可在一些實施例中用於達成視點多樣化。在此等實施例中，自xz平面中之不同角度入射於球面或橢圓形透鏡上的波可聚焦於RX天線陣列之不同區域上。視點多樣化可藉由將RX天線陣列之不同區域解譯為與不同角度相關聯而達成。
圖12D至圖12E為根據一些實施例之基板10的俯視圖。在圖12D之實施方式中，感測系統包括覆蓋TX及RX天線陣列兩者之聚焦元件400。在其他實施例中，聚焦元件400可至少部分地覆蓋TX天線陣列且至少部分地覆蓋RX天線陣列。如結合圖12B所描述，聚焦元件400可將入射THz信號聚焦於RX天線陣列上。視情況，聚焦元件400可經進一步成形以變更由TX天線陣列發射之信號，例如以將信號聚焦於特定平面上。舉例而言，聚焦元件400可包括雙聚焦透鏡。
在圖12E之實施方式，感測系統包括覆蓋RX天線陣列之聚焦元件400及覆蓋TX天線陣列之聚焦元件401。以此方式，一個聚焦元件可經最佳化以將入射波聚焦於RX天線陣列上，且單獨地，可按需要最佳化另一聚焦元件以塑形發射信號。 VII. 多維成像
本發明人已進一步研發出用於在多個維度上使目標物件成像之系統及方法(其可結合本文中所描述之硬體實施方式中之任一者使用)。舉例而言，一些實施例係關於用於以二維(例如，沿著縱向軸及仰角軸或沿著縱向軸及方位角軸)或以三維(沿著縱向軸、仰角軸及方位角軸)使目標物件成像之系統及方法。多維影像相對於一維影像提供周圍區域之更完整圖像。
本文中所描述的類型之影像包括使反射波之特性(例如，反射波之振幅、功率或相位)與空間相關的資料集。舉例而言，一維影像可包括使反射波之功率與縱向軸相關的資料集。沿著縱向軸之各部位對應於表示反射波之特性的值。作為另一實例，二維影像可包括使反射波之功率與縱向軸及方位角軸相關的資料集(距離-交叉全距影像)，或使反射波之功率與縱向軸及仰角軸相關的資料集。距離/交叉全距影像之實例描繪於圖13中。此處，y軸表示縱向方向，且x軸表示方位角方向。兩個軸經離散化，藉此形成二維柵格。對於柵格之各要素對應於表示反射信號之功率的值。圖13之影像包括兩個特徵1301及1302。各特徵指示目標物件在空間中相對於傳輸器/接收器之特定位置的存在。作為另一實例，三維影像可包括將反射信號之功率與縱向軸、方位角軸及仰角軸相關的資料集。在一些實施例中，使物件成像涉及產生使反射波之特性(例如，反射波之振幅、功率或相位)與一個、兩個或三個維度中之空間相關的資料集。
相對於仰角軸之資訊可使用干涉合成隙孔RADAR (SAR)技術來獲得。此等系統產生各自對應於相對於仰角軸之不同視點的多個影像。各影像之特徵在於相位(接收器處之返回信號的相位)。返回信號之相位取決於至物件之距離，此係由於至物件及返回之路徑長度包括數個波長加上波長之一些部分。相對於仰角軸之成像可藉由判定不同影像之相位之間的差來獲得。
圖14A至圖14B為說明根據一些實施例的能夠使物件在多個維度上成像的系統的圖。在此配置中，仰角軸中之資訊係藉由在不同時間利用TX天線陣列102之不同子集發射THz信號而獲得。在時間t 1時，天線1、天線2及天線3發射(參見圖14A)。在時間t 2(在t 1之後)，天線4、5及6發射(參見圖14B)。由於子集沿著仰角軸彼此偏移，因此產生相對於彼軸之不同視點。在一些實施例中，TX天線陣列102可在多於兩個子集中分段。回應於來自TX天線陣列102之第一子集的發射而反射的信號及回應於來自TX天線陣列102之第二子集的發射而反射的信號藉由RX天線陣列104接收。因此，系統產生兩個影像。系統可判定此等影像之相位之間的差，且可使用相位差來獲得相對於仰角軸之資訊。
在圖14C之配置中，藉由提供沿著仰角軸彼此偏移之多個RX天線陣列而獲得不同視點。在此配置中，TX天線陣列之天線可同時發射，且反射信號藉由RX天線陣列中之各者接收。
另外或替代地，相對於仰角軸之資訊可使用時域多輸入多輸出(TD-MIMO)技術獲得。根據一些實施例，此類系統之一個實例描繪於圖14D中。在此序列中，TX天線陣列102之各天線在不同時間發射。在一些實施例中，使用TDMA-MIMO技術之成像可一次利用一個天線傳輸，同時於所有接收器上接收，直至收集到完整多維資料矩陣為止。在一些實施例中，系統可針對方位角使用例如SAR技術且針對仰角使用MIMO技術來計算三維影像。
一些實施例係關於一種使用裝置使目標物件成像之方法，該裝置包含射頻(RF)傳輸天線陣列及RF接收天線陣列，該RF傳輸天線陣列具有第一複數個傳輸天線及第二複數個傳輸天線。該方法可包含：使用該第一複數個天線傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號；使用該第二複數個天線傳輸具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號；至少部分地藉由使用該RF接收天線陣列接收由該第一RF信號自該目標物件之反射產生的第三RF信號而產生第一影像；至少部分地藉由使用該接收天線陣列接收由該第二RF信號自該目標物件之反射產生的第四RF信號而產生第二影像；及使用該第一影像及該第二影像判定該目標物件之狀態。在一些實施例中，第一RF信號具有在650 GHz至690 GHz之頻帶中之頻率成分。在一些實施例中，在傳輸第一RF信號之後執行傳輸第二RF信號。在一些實施例中，產生該第一影像包含判定該第三RF信號之相位；產生該第二影像包含判定該第四RF信號之相位；及判定該目標物件之該狀態包含判定該第三RF信號之該相位與該第四RF信號之該相位之間的差。在一些實施例中，傳輸天線陣列定向於第一方向上，且接收天線陣列定向於垂直於第一方向之第二方向上。在一些實施例中，判定目標物件之狀態包含判定目標物件相對於裝置之位置。
可使用各種方法相對於方位角使物件成像。舉例而言，一些實施例使用反向投影方法、範圍遷移演算法(例如Ω-k演算法)、極性格式化方法(例如極性格式演算法)或其任何組合。一些此等方法可能涉及波前內插單元、匹配濾波器(例如，每影像的整個資料組的距離及交叉全距之複雜倍增)及二維快速傅立葉變換(FFT) (例如，逆FFT或IFFT)。 VIII. 多通道成像
充分利用可在THz頻帶中達成之大頻寬，本發明人已研發出用於多通道成像之技術。考慮例如本文中所描述之類型且在660至680 GHz範圍內之頻率下操作的系統。本發明人已認識到，20 GHz頻寬可足以不僅產生一個高解析度影像，且亦產生多個高解析度影像。舉例而言，20 GHz頻寬可在各自具有6.66 GHz之頻寬的三個次頻帶中分段。各次頻帶具有足夠頻寬以產生低至若干公分之距離解析度。
在一些實施例中，影像係自各次頻帶產生，且影像可合併在一起以形成多通道影像。影像可相對於彼此包括不同內容，藉此增加資料之豐富度。實際上，物件可在不同次頻帶下以不同方式反射信號。取決於物件之形狀及/或材料，物件可在次頻帶中之一者中比在其他次頻帶中反射更多。
圖15為說明根據一些實施例之在多個次頻帶中分段之THz頻帶的圖。在此實例中，信號之頻寬BW在三個次頻帶中分段(但其可在任何合適數目個次頻帶中分段，諸如2、4、6、7、8、9、10等)。在一些實施例中，基於第一次頻帶產生第一影像，基於第二次頻帶產生第二影像，且基於第三次頻帶產生第三影像。在自目標物件反射之後，信號之各次頻帶可擷取關於目標物件相對於其他次頻帶稍微不同的資訊。因此，各影像可具有稍微不同的內容。在一些實施例中，自不同次頻帶獲得之影像經合併以產生多通道影像。在一些實施例中，可提供多通道影像作為輸入以訓練機器學習模型。在一些實施例中，多通道影像可作為輸入提供至先前經訓練機器學習模型以識別物件之存在及/或特性(例如性質、組成)。
在一些實施例中，各影像可使用特定色彩來著色。舉例而言，可向各影像指派特定色彩，且可根據經指派色彩顯示各影像。舉例而言，對應於圖15之第一次頻帶之影像可以紅色顯示，對應於圖15之第二次頻帶之影像可以綠色顯示，且對應於圖15之第三次頻帶之影像可以藍色顯示。在一些實施例中，合併由此獲得之影像以產生多色影像(多通道影像，其中各通道對應於不同色彩)。以此方式產生之複合影像之實例展示於圖18E及圖19E中，其描述於本申請案之章節X中。
一些實施例係關於一種使用裝置使目標物件成像之方法，該方法包含：傳輸第一RF信號，該第一RF信號之頻帶具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分，該頻帶具有至少第一次頻帶及第二次頻帶；接收由第一RF信號自目標物件之反射產生的第二RF信號；及產生具有第一通道及第二通道之多通道影像，其中使用第一次頻帶中之第一RF信號的頻率成分判定第一通道中之資料，其中使用第二次頻帶中之第二RF波形的頻率成分判定第二通道中之資料。在一些實施例中，頻帶具有10 GHz至60 GHz之頻寬。在一些實施例中，第一次頻帶具有2 GHz至20 GHz (例如4 GHz至8 GHz)之頻寬。在一些實施例中，方法進一步包含使用多通道影像判定目標物件之狀態(例如位置)。在一些實施例中，方法進一步包含：將第一色彩指派給第一通道中之資料；及將第二色彩指派給第二通道中之資料。其產生多通道影像可包含將具有指派給其之第一色彩的第一通道中之資料與具有指派給其之第二色彩的第二通道中之資料合併。 IX. 距離相依性積分
本發明人已研發出用於以距離相依之方式進行脈衝積分的技術。脈波積分為用於改良RADAR系統中之SNR的技術。同調積分涉及對來自各脈衝之返回進行取樣且將返回彼此同相相加。非同調積分涉及在不考慮相位差的情況下對來自各脈衝之返回進行取樣且將返回彼此相加。
本發明人已瞭解，相比於距傳輸器較遠定位之物件，相對接近於傳輸器定位之物件產生更高SNR。由來自更接近物件之反射產生的信號行進更短距離，且因此經歷低傳播損耗。相比之下，藉由自更遠物件之反射產生之信號行進較長距離，且因此經歷大傳播損耗。由本發明人研發之積分技術涉及在比整合對應於較接近物件之脈衝的速率更高的速率下整合對應於較遠物件之脈衝。由本發明人研發且本文中所描述的距離相依性積分技術涉及SNR與時間解析度之間的權衡。使用較高整合速率使較遠物件成像，從而導致每秒較少框數。對於此等物件，SNR得以改良，但時間解析度得以減小。然而，時間解析度之損耗可能不會太不利，此係因為位於遠離傳輸器之物件往往會以緩慢移動出現。相比之下，更接近於傳輸器定位之物件以較快移動出現，且對於此等物件，時間解析度更重要。因此，使用較低整合速率使更接近之物件成像，從而導致每秒更多框數。
根據一些實施例，圖16A至圖16F中描繪用於執行距離相依性積分之系統的實例。圖16A說明具有TX天線陣列102及RX天線陣列104的基於THz之感測系統。TX天線陣列102傳輸複數個脈衝。根據一些實施例，圖16B中說明脈衝之一個實例。在此實例中，將脈衝啁啾調頻——利用具有時變頻率之載波來調變脈衝。在其他實施例中，可傳輸其他類型之脈衝。在自目標物件500反射傳輸脈衝後，產生回應脈衝。RX天線陣列104接收回應脈衝。各回應脈衝在各範圍下攜帶關於反射功率之資訊。圖16C為說明回應於第一脈衝之傳輸而在接收器處接收到之功率的繪圖。將功率繪製為隨距離而變化。x軸在距離筐中離散化，且各距離筐表示距離區間。在此實例中，接收到之功率峰值與20 m至40 m距離筐相對應，且同樣，與140 m至160 m距離筐相對應。此行為指示可能存在位於距傳輸器20 m與40 m之間的物件，且可能存在位於距傳輸器140 m與160 m之間的另一物件。
圖16D為說明回應於第二脈衝之傳輸而在接收器處接收到之功率的繪圖，且16E為說明回應於第三脈衝之傳輸而在接收器處接收到之功率的繪圖。在此等實例中，回應保持實質上不變，此意謂物件在三個脈衝之傳輸中顯著移動。
認識到傳播損耗隨著距離增加而增加，對應於不同回應脈衝之資料可以隨距離筐而變化來判定之速率彼此相加。圖16F說明根據一些實施例之整合速率可如何隨距離變化。在此實例中，各距離筐經指派不同整合速率(但在其他實例中，可將整合速率指配給多於一個距離)。舉例而言，對應於20 m至40 m區間之距離的距離筐經指派每秒2個整合之速率，且對應於140 m至160 m區間之距離的距離筐經指派每秒500個整合之速率。結果為：成像資料所處於之圖框率亦隨該距離而變化。圖16G說明根據一些實施例之圖框率可隨距離變化。在此實例中，對應於20 m至40 m區間之距離的距離筐與每秒500框(FPS)之圖框率相關聯，且對應於140 m至160 m區間之距離的距離筐與2 FPS之圖框率相關聯。在一些實施例中，可以同調方式執行積分，藉此將SNR增大等於整合速率之因數。
圖16C至圖16G之距離筐具有20 m之寬度。然而，在其他實施例中，距離筐可具有任何合適寬度。此外，距離筐之寬度可為恆定的或可在距離筐而變化。在一個實例中，一個距離筐跨越0至25 m區間，一個距離筐跨越25至50 m區間，一個距離筐跨越50至100 m區間，一個距離筐跨越100至200 m區間，一個距離筐跨越200至300 m區間，且一個距離筐跨越超過300 m之值。
一些實施例係關於一種使用裝置使目標物件成像之方法，該方法包含：傳輸第一複數個射頻(RF)脈衝；接收由第一複數個脈衝自目標物件之反射產生的第二複數個RF脈衝；及藉由整合自第二複數個RF脈衝獲得之資料而產生複數個影像，其中整合資料包含使用不同整合速率整合不同距離筐中之資料，不同距離筐中之距離筐之整合速率係基於與距離筐相關聯之距離而設定。在一些實施例中，方法進一步包含設定對應於第一距離筐之第一速率及對應於第二距離筐之第二速率，其中第一距離筐表示至少第一距離且第二距離筐表示小於第一距離之至少第二距離，且其中第一速率小於第二速率，且方法進一步包含使用第一速率整合第一距離筐中之資料及使用第二速率整合第二距離筐中之資料。在一些實施例中，整合不同距離筐中之資料包含同調地整合不同距離筐中之資料。在一些實施例中，第一複數個脈衝中之至少一個脈衝具有10 GHz至60 GHz之頻寬。在一些實施例中，第一複數個脈衝中之至少一個脈衝具有0.1 ms至10 ms (例如0.5 ms至2 ms)之持續時間。 X. 量測結果
本發明人已使用本文中所描述之裝置及技術來執行多種量測。圖17A至圖17B為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的結合兩個測距量測結果之信號雜訊比與距離的繪圖。使用經定位成距THz測距系統1 24 cm及距TX天線陣列之視軸30度之目標物件執行對應於圖17A之繪圖的量測。信號具有660 GHz與680 GHz之間之載波頻率且根據1 ms啁啾調頻而調變。此外，藉由1000個平均值應用同調積分。如圖中所示，量測光譜呈現對應於24 cm之距離大致43 dB之SNR峰值。此意謂THz測距系統1恰當地判定目標物件之部位。在此實例中，接收器具有47.4 dB之雜訊指數。
亦使用經定位成距THz測距系統1 24 cm之目標物件執行對應於圖17B之繪圖的量測，但目標物件距TX天線陣列之視軸55度。信號具有700 GHz與720 GHz之間之載波頻率且根據1 ms啁啾調頻而調變。此外，藉由1000個平均值應用同調積分。如圖中所示，量測光譜呈現對應於24 cm之距離大致48 dB之SNR峰值，從而指示THz測距系統1恰當地判定目標物件之部位。在此實例中，接收器具有42 dB之雜訊指數。
本發明人使用本文中所描述之多維成像技術及多通道成像技術進一步執行測距-交叉全距量測。圖18A為用於執行距離-交叉全距量測之設置的相片。設置包括THz測距系統1及多個目標物件(1800、1802及1804)。物件1800成形為圓柱體，物件1802成形為桿，且物件1804成形為基座，該基座具有自其延伸之桿梳。所有物件皆由金屬製成。圖18B至圖18D為說明結合圖18A之設置且根據結合圖15描述之多通道成像技術在不同頻率範圍下執行之距離-交叉全距量測的繪圖。因此，可用頻帶分段成三個次頻帶。如自圖18B至圖18D可瞭解，所有物件在各次頻帶下呈現基本上相同回應，從而指示此等物件具有白色回應(所關注頻帶中之非頻率相依回應)。此與所有物件由相同材料(金屬)製成之事實一致。圖18E為說明藉由將色彩指派給圖18B至圖18D之量測結果(分別為紅色、綠色及藍色)且藉由將該等量測結果相加在一起而獲得的距離-交叉全距量測之繪圖。如自圖18E可瞭解，THz測距系統1能夠恰當地使目標物件成像。
在其他情形中，不同目標物件可在次頻帶中呈現不同回應，尤其對於由不同材料製成之目標物件。為了測試此提議，本發明人已使用例如可在道路上遇到之類型的複雜目標物件來執行量測。圖19A為用於執行距離-交叉全距量測之設置之相片。此設置包括THz測距系統1 (圖19A中未示出)、載具1900、腳踏車1902及假人1904。此等物件中之各者為複雜的，因為其包括以不同形狀配置之各種材料。本發明人已認識到，此等類型之目標物件可受益於使用本文中所描述之類型的多通道成像技術。考慮例如載具之邊緣由鋁製成，底盤用漆料覆蓋，輪胎由橡膠製成，頭燈由塑料製成，擋風玻璃由玻璃製成等。雖然金屬呈現基本上白色回應，但其他材料可根據不同頻率回應反映THz信號。
圖19B至圖19D為說明結合圖19A之設置且根據結合圖15描述之多通道成像技術在不同頻率範圍下執行之距離-交叉全距量測的繪圖。如自此等圖可瞭解，各次頻帶突出顯示目標物件之不同特徵。圖19E為說明藉由將色彩指派給圖19B至圖19D之量測結果(分別為紅色、綠色及藍色)且藉由將量測結果相加在一起而獲得的距離-交叉全距量測之繪圖。如自圖19E可瞭解，合併影像比對應於個別次頻帶之影像豐富得多。 XI. 實例概念
1. 一種裝置，其包含：基板，其界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面；第一射頻(RF)天線陣列，其安裝於基板上且具有第一孔徑，該第一孔徑具有在第一方向上延伸之第一寬度及在第二方向上延伸之第一長度，該第一長度大於該第一寬度；及第二RF天線陣列，其安裝於基板上且具有第二孔徑，該第二孔徑具有在第一方向上延伸之第二寬度及在第二方向上延伸之第二長度，該第二長度小於該第二寬度。
2. 如概念1之裝置，其進一步包含：RF傳輸電路系統，其耦接至第一RF天線陣列且經組態以使得第一RF天線陣列傳輸用於判定至目標物件之距離的第一RF信號；RF接收電路系統，其耦接至第二RF天線陣列且經組態以自第二RF天線陣列接收第二RF信號，該第二RF信號由於第一RF信號由目標物件反射而產生；及處理電路系統，其耦接至RF接收電路系統，該處理電路系統經組態以判定裝置與目標物件之間之距離。
3. 如概念2之裝置，其中處理電路系統進一步耦接至RF傳輸電路系統。
4. 如概念1至3中任一項之裝置，其中第一RF天線陣列包含經大小設定以傳輸兆赫RF信號之第一複數個天線，其中兆赫RF信號具有300 GHz至3 THz之頻帶中的頻率成分，且其中第二RF天線陣列包含經大小設定以接收兆赫RF信號之第二複數個天線。
5. 如概念3之裝置，其中兆赫RF信號具有10 GHz至60 GHz範圍內之頻寬。
6. 如概念3至4中任一項之裝置，其中第一複數個天線包含4至128個天線。
7. 如概念3至6中任一項之裝置，其中第二複數個天線包含32至1024個天線。
8. 如概念3至7中任一項之裝置，其進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於基板上，該第一半導體晶粒包含第一RF天線陣列，其中第一複數個天線整合在第一半導體晶粒上。
9. 如概念8之裝置，其進一步包含：第二半導體晶粒，其安裝於基板上，該第二半導體晶粒包含第二RF天線陣列，第二複數個天線整合在第二半導體晶粒上。
10.     如概念1之裝置，其進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於基板上，該第一半導體晶粒包含第一RF天線陣列，該第一RF天線陣列包含整合在第一半導體晶粒上之第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在該300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號；及第二半導體晶粒，其安裝於基板上，該第二半導體晶粒包含第二RF天線陣列，該第二RF天線陣列包含整合在第二半導體晶粒上之第二複數個天線，該第二複數個天線經大小設定以接收具有在300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號。
11.     如概念9之裝置，其中第一半導體晶粒進一步包含：傳輸電路系統；及第一重佈層，其將第一複數個天線耦接至傳輸電路系統。
12.     如概念11之裝置，其中第二半導體晶粒進一步包含：接收電路系統；及第二重佈層，其將第二複數個天線耦接至接收電路系統。
13.     如概念10至12中任一項之裝置，其中第一半導體晶粒包含第一半導體類型，且第二半導體晶粒包含不同於該第一半導體類型之第二半導體類型。
14.     如概念13之裝置，其中第一半導體晶粒包含III-V半導體。
15.     如概念14之裝置，其中第一半導體晶粒包含磷化銦。
16.     如概念13至15中任一項之裝置，其中第二半導體晶粒包含矽。
17.     如概念13之裝置，其中第一半導體晶粒包含磷化銦，且第二半導體晶粒包含矽。
18.     如概念1至17中任一項之裝置，其中第一孔徑之長度在5 mm與5 cm之間，且第一孔徑之寬度在0.1 mm與5 mm之間。
19.     如概念1至18中任一項之裝置，其中第二孔徑之長度在0.1 mm與5 mm之間，且第二孔徑之寬度在1 cm與18 cm之間。
20.     如概念1至19中任一項之裝置，其中第一RF天線陣列具有準線性配置。
21.     如概念1至20中任一項之裝置，其中第二RF天線陣列具有準線性配置。
22.     如概念1至21中任一項之裝置，其中第一RF天線陣列具有線性配置。
23.     如概念1至22中任一項之裝置，其中第二RF天線陣列具有線性配置。
24.     如概念1至23中任一項之裝置，其中：第一RF天線陣列包含第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的RF信號，且第一孔徑經大小設定以使得第一RF天線陣列在650至690 GHz之頻帶中具有介於50與150之間的在第一方向上之角視場。
25.     如概念1至24中任一項之裝置，其中：第一RF天線陣列包含第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的RF信號，且第一孔徑經大小設定以使得第一RF天線陣列在650至690 GHz之頻帶中具有介於200與900之間的在第二向上之角視場。
26.     如概念2至25中任一項之裝置，其進一步包含信號產生電路系統，該信號產生電路系統經組態以產生參考信號且將參考信號提供至第一RF天線陣列且提供至RF接收電路系統。
27.     如概念26之裝置，其中信號產生電路系統包含：信號產生器，其經組態以產生初始RF信號；及升頻率轉換電路系統，其耦接至信號產生器，該升頻率轉換電路系統經組態以藉由升頻轉換初始RF信號而產生參考信號。
28.     如概念27之裝置，其中升頻率轉換電路系統包含用於分級升頻轉換初始RF信號之複數個頻率倍增器。
29.     如概念27之裝置，其進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於基板上，其中第一半導體晶粒包含第一RF天線陣列及升頻率轉換電路系統之至少一部分，且其中信號產生器安裝於基板上。
30.     如概念27之裝置，其中信號產生器安裝於基板上，且升頻率轉換電路系統安裝於基板上。
31.     如概念27至30中任一項之裝置，其中初始RF信號具有時變中心頻率。
32.     如概念30之裝置，其中初始RF信號之時變中心頻率隨時間推移而線性地改變。
33.     如概念30之裝置，其中初始RF信號之時變中心頻率隨時間推移而非線性地改變。
34.     一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列；第二半導體晶粒，其安裝於基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及信號產生電路系統，其至少部分地安裝於基板上，該信號產生電路系統耦接至第一半導體晶粒且耦接至第二半導體晶粒。
35.     如概念34之裝置，其中信號產生電路系統包含：振盪器，其經組態以產生第一信號；信號產生器，其經組態以藉由頻率調變第一信號而產生具有時變中心頻率之第二信號；及升頻率轉換電路系統，其經組態以藉由升頻轉換第二信號而產生第三信號。
36.     如概念35之裝置，其中第一信號具有在1 GHz至20 GHz範圍內之中心頻率，且其中升頻率轉換電路系統經組態以將第二信號升頻轉換介於30與80之間之一因數。
37.     如概念35之裝置，其中第二信號之時變中心頻率隨時間推移而線性地改變。
38.     如概念35之裝置，其中第二信號之時變中心頻率隨時間推移而非線性地改變。
39.     如概念35之裝置，其中振盪器及信號產生器安裝於基板上，且升頻率轉換電路系統之第一部分整合在第一半導體晶粒上。
40.     如概念39之裝置，其中升頻率轉換電路系統之第二部分安裝於基板上。
41.     如概念35之裝置，其中升頻率轉換電路系統包含：第一複數個頻率倍增器，其耦接至RF傳輸天線陣列，其中第一複數個頻率倍增器經組態以將各別輸入信號升頻轉換一頻率倍增因數；及第二複數個頻率倍增器，其耦接至RF接收天線陣列，其中第二複數個倍增器經組態以將各別輸入信號升頻轉換該頻率倍增因數。
42.     如概念41之裝置，其中第一複數個頻率倍增器整合在第一半導體晶粒上，且第二複數個倍增器整合在第二半導體晶粒上。
43.     如概念42之裝置，其中第一複數個頻率倍增器及第二複數個頻率倍增器安裝於基板上。
44.     如概念35之裝置，其中信號產生電路系統進一步包含功率分配器，且升頻率轉換電路系統包含複數個頻率倍增器，其中該功率分配器經組態以將第二信號提供至複數個頻率倍增器中之至少一些。
45.     如概念44之裝置，其中頻率倍增器耦接至傳輸RF天線陣列中之各別天線，且其中功率分配器經組態以使得RF傳輸天線陣列中之天線相對於彼此同相傳輸RF信號。
46.     如概念35之裝置，其中頻率倍增器耦接至傳輸RF天線陣列中之各別天線，且其中信號產生電路系統進一步包含複數個移相器，該複數個移相器經組態以使得RF傳輸天線陣列中之天線相對於彼此同相傳輸RF信號。
47.     如概念44之裝置，其中複數個頻率倍增器包含複數個諧波頻率倍增器。
48.     如概念34至44中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列包含複數個RF天線，該複數個RF天線經組態以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的RF信號。
49.     一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列，該傳輸天線陣列包含經大小設定以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號的第一複數個RF天線；及第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列，該接收天線陣列包含經大小設定以接收具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號的第二複數個RF天線。
50.     如概念49之裝置，其中第一複數個RF天線中之天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號。
51.     如概念49至50中任一項之裝置，其進一步包含信號產生電路系統，該信號產生電路系統經組態以產生具有10 GHz至60 GHz之頻寬的參考信號且將該等信號提供至RF傳輸天線陣列，其中該RF傳輸天線陣列經組態以回應於自信號產生電路系統接收參考信號而傳輸第一RF信號。
52.     如概念49至50中任一項之裝置，其中第一RF天線陣列具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
53.     如概念49至52中任一項之裝置，其中第一半導體晶粒進一步包含：RF傳輸電路系統，其耦接至RF傳輸天線陣列且經組態以使得RF傳輸天線陣列傳輸第一RF信號；及重佈層，其將第一複數個RF天線耦接至傳輸電路系統。
54.     如概念49至53中任一項之裝置，其進一步包含處理電路系統，該處理電路系統耦接至RF接收天線陣列且經組態以使用第二RF信號判定裝置與目標物件之間的距離。
55.     如概念54之裝置，其中處理電路系統進一步耦接至RF傳輸天線陣列。
56.     如概念49至55中任一項之裝置，其中基板界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向延伸的平面，且其中RF傳輸天線陣列經組態以在平面外在第三方向上傳輸第一RF信號。
57.     如概念49至56中任一項之裝置，其中第三方向實質上垂直於平面。
58.     如概念49至57中任一項之裝置，其中第二複數個RF天線經配置以回應於接收第二RF信號而產生差分信號。
59.     如概念49至58中任一項之裝置，其中第二半導體晶粒進一步包含：複數個類比數位轉換器(ADC)，其耦接至第二複數個RF天線，該複數個ADC經組態以回應於接收第二RF信號而將由第二複數個RF天線產生的第三RF信號數位化。
60.     如概念51至59中任一項之裝置，其中第二半導體晶粒進一步包含耦接至第二複數個RF天線及複數個ADC之複數個次諧波混頻器，該等次諧波混頻器經組態以藉由將第二RF信號與由信號產生電路系統產生的參考信號混合而產生輸出信號且將該等輸出信號提供至該複數個ADC。
61.     如概念60之裝置，其中複數個次諧波混頻器包含複數個三次諧波混頻器，該複數個三次諧波混頻器經組態以將第二RF信號與複數個參考信號之三次諧波混合。
62.     如概念60之裝置，其中複數個次諧波混頻器包含耦接至第二複數個天線中之各別RF天線的差分輸入。
63.     如概念62之裝置，其中複數個次諧波混頻器進一步包含經組態以接收由信號產生電路系統產生的參考信號之單端輸入。
64.     如概念60之裝置，其中第二半導體晶粒進一步包含定位於複數個次諧波混頻器與複數個ADC之間之複數個降頻轉換混頻器，其中該等降頻轉換混頻器經組態以將輸出信號與由信號產生電路系統產生的參考信號混合。
65.     一種裝置，其包含：基板；第一半導體類型之第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒上具有射頻(RF)傳輸天線陣列；及第二半導體類型之第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒上具有RF接收天線陣列，其中該第二半導體類型不同於該第一半導體類型。
66.     如概念65之裝置，其中第二半導體類型為矽基半導體類型，且第一半導體類型並非矽基半導體類型。
67.     如概念66之裝置，其中第一半導體類型為III-V半導體類型。
68.     如概念66至67中任一項之裝置，其中第一半導體類型為磷化銦(InP)半導體類型。
69.     如概念65至68中任一項之裝置，其中第二類型為CMOS相容的。
70.     如概念65至69中任一項之裝置，其中第二半導體類型為矽/鍺基半導體類型。
71.     如概念65至70中任一項之裝置，其中第一半導體類型在300 K下具有3000 cm 2V -1s -1與5500 cm 2V -1s -1之間的電子遷移率。
72.     如概念65至71中任一項之裝置，其中第一半導體類型具有0.3 THz與1 THz之間的電流增益截止頻率(f t)。
73.     如概念65至72中任一項之裝置，其中第一半導體類型具有0.7 THz與1.5 THz之間的最大振盪頻率(f max)。
74.     如概念65至73中任一項之裝置，其中第一半導體類型具有4×10 5Vcm -1與6×10 5Vcm -1之間的崩潰電場(E bd)。
75.     如概念65至74中任一項之裝置，其進一步包含處理電路系統，該處理電路系統耦接至RF傳輸天線陣列且耦接至RF接收天線陣列且經組態以判定裝置與目標物件之間的距離。
76.     如概念65至75中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列包含複數個RF天線，且其中裝置進一步包含經組態以產生第一信號之信號產生電路系統以及經組態以將第一信號提供至第一複數個RF天線之功率分配器。
77.     如概念76之裝置，其中功率分配器經組態以將具有同一相位之第一信號提供至第一複數個RF天線。
78.     如概念65至75中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列包含複數個天線，且其中裝置進一步包含經組態以產生第一信號之信號產生電路系統以及經組態以將具有同一相位之第一信號提供至第一複數個RF天線之複數個移相器。
79.     如概念65至78中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列經大小設定以在300 GHz至3 THz之頻帶中傳輸RF信號。
80.     如概念79之裝置，其中RF傳輸天線陣列經組態以在該頻帶中以10 dBm至30 dBm範圍內之功率位準傳輸RF信號。
81.     一種裝置，其包含：基板；第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列；第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及聚焦元件，其安裝於該基板上且經組態以朝著該RF接收天線陣列聚焦RF信號。
82.     如概念81之裝置，其中聚焦元件在300 GHz至3 THz之頻帶中為透明的。
83.     如概念81至82中任一項之裝置，其中聚焦元件經組態以朝著RF接收天線陣列聚焦具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的RF信號。
84.     如概念81至83中任一項之裝置，其中聚焦元件至少部分地覆蓋RF接收天線陣列且至少部分地覆蓋RF傳輸天線陣列。
85.     如概念81至84中任一項之裝置，其中聚焦元件為至少部分地覆蓋RF接收天線陣列之第一聚焦元件，且其中裝置進一步包含至少部分地覆蓋RF傳輸天線陣列之第二聚焦元件。
86.     如概念81至85中任一項之裝置，其中聚焦元件包含柱面透鏡，該柱面透鏡具有平行於第一軸延伸之主軸。
87.     如概念86之裝置，其中RF接收天線陣列具有孔徑，該孔徑具有平行於第一軸延伸之寬度及平行於實質上正交於第一軸的第二軸延伸之長度，該寬度大於該長度。
88.     如概念81至87中任一項之裝置，其中聚焦元件由矽形成。
89.     如概念81至85中任一項之裝置，其中聚焦元件包含球面或橢圓形透鏡。
90.     一種裝置，其包含：基板；射頻(RF)傳輸天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以傳輸具有10 dBm與30 dBm之間之功率位準的第一RF信號，該第一RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分；RF接收天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以接收由該第一RF信號自目標物件之反射產生的第二RF信號；及處理電路系統，其耦接至該RF傳輸天線陣列且耦接至該RF接收天線陣列，該處理電路系統經組態以使用該第二RF信號判定該目標物件相對於該裝置之距離，其中該處理電路系統具有10 dB與40 dB之間的雜訊指數(NF)。
91.     如概念90之裝置，其中處理電路系統經組態以在60%之濕度下判定1 m與200 m之間的距離。
92.     如概念90之裝置，其中RF傳輸陣列具有15 GHz至25 GHz之頻寬及6 mm與10 mm之間之距離解析度。
93.     如概念90至92中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列具有1 cm 2與5 cm 2之間之孔徑及頻帶中之0.4°與1°之間之角解析度。
94.     如概念90至93中任一項之裝置，其中基板具有10 cm 2與60 cm 2之間之面積。
95.     如概念90至94中任一項之裝置，其中處理電路系統經組態以在0.1Hz與100Hz之間的再新率下更新對距離之判定。
96.     如概念90至95中任一項之裝置，其進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該RF傳輸天線陣列，該RF傳輸天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線。
97.     如概念90至96中任一項之裝置，其進一步包含：第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該RF接收天線陣列，該RF接收天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線。
98.     如概念90至97中任一項之裝置，其進一步包含：第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含RF傳輸天線陣列，該RF傳輸天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線；及第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含RF接收天線陣列，該RF接收天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線。
99.     如概念98之裝置，其中第一半導體晶粒包含磷化銦，且第二半導體晶粒包含矽。
100.   如概念90至99中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列包含第一線性天線陣列。
101.   如概念100之裝置，其中第一線性天線陣列包含4至128個天線。
102.   如概念90至101中任一項之裝置，其中RF接收天線陣列包含第二線性天線陣列。
103.   如概念102之裝置，其中第二線性天線陣列包含32至1024個天線。
104.   如概念90至103中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列包含複數個傳輸天線，各傳輸天線經組態以傳輸在該頻帶中具有1 dBm與2 dBm之間之功率位準的電磁能。
105.   如概念90至104中任一項之裝置，其進一步包含聚焦元件，該聚焦元件安裝於基板上且經組態以將第二RF信號之一部分聚焦至RF接收天線陣列。
106.   如概念90至105中任一項之裝置，其中第一RF信號包含具有在0.1 ms與10 ms之間之持續時間的脈衝。
107.   如概念90至106中任一項之裝置，其中RF傳輸天線陣列具有3與20 dB之間之增益。
108.   一種使用裝置使目標物件成像之方法，該裝置包含射頻(RF)傳輸天線陣列及RF接收天線陣列，該RF傳輸天線陣列具有第一複數個傳輸天線及第二複數個傳輸天線，該方法包含：使用第一複數個天線傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號；使用第二複數個天線傳輸具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號；至少部分地藉由使用RF接收天線陣列接收由第一RF信號自目標物件之反射產生的第三RF信號來產生第一影像；至少部分地藉由使用接收天線陣列接收由第二RF信號自目標物件之反射產生的第四RF信號來產生第二影像；及使用第一影像及第二影像判定目標物件之狀態。
109.   如概念108之方法，其中第一RF信號具有在650 GHz至690 GHz之頻帶中之頻率成分。
110.   如概念108至109中任一項之方法，其中在傳輸第一RF信號之後執行傳輸第二RF信號。
111.   如概念108至110中任一項之方法，其中：產生第一影像包含判定第三RF信號之相位；產生第二影像包含判定第四RF信號之相位；及判定目標物件之狀態包含判定第三RF信號之相位與第四RF信號之相位之間的差。
112.   如概念108至111中任一項之方法，其中傳輸天線陣列定向於第一方向上，且接收天線陣列定向於垂直於第一方向之第二方向上。
113.   如概念108至112中任一項之方法，其中判定目標物件之狀態包含判定目標物件相對於裝置之位置。
114.   一種使用裝置使目標物件成像之方法，該方法包含：傳輸第一複數個射頻(RF)脈衝；接收由第一複數個脈衝自目標物件之反射產生的第二複數個RF脈衝；及藉由整合自第二複數個RF脈衝獲得之資料而產生複數個影像，其中整合資料包含使用不同整合速率整合不同距離筐中之資料，不同距離筐中之距離筐的整合速率係基於與距離筐相關聯之距離而設定。
115.   如概念114之方法，其進一步包含設定對應於第一距離筐之第一速率及對應於第二距離筐之第二速率，其中第一距離筐表示至少第一距離且第二距離筐表示小於第一距離之至少第二距離，且其中第一速率小於第二速率，且方法進一步包含使用第一速率整合第一距離筐中之資料及使用第二速率整合第二距離筐中之資料。
116.   如概念114至115中任一項之方法，其中整合不同距離筐中之資料包含同調地整合不同距離筐中之資料。
117.   如概念114至116中任一項之方法，其中第一複數個脈衝中之至少一個脈衝具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
118.   如概念114至117中任一項之方法，其中第一複數個脈衝中之至少一個脈衝具有0.1 ms至10 ms之持續時間。
119.   一種使用裝置使目標物件成像之方法，該方法包含： 傳輸第一射頻(RF)信號，該第一射頻信號之頻帶具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分，該頻帶具有至少第一次頻帶及第二次頻帶；接收由第一RF信號自目標物件之反射產生的第二RF信號；及產生具有第一通道及第二通道之多通道影像，其中使用第一次頻帶中之第一RF信號的頻率成分判定第一通道中之資料，其中使用第二次頻帶中之第二RF波形的頻率成分判定第二通道中之資料。
120.   如概念119之方法，其中頻帶具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
121.   如概念119至120中任一項之方法，其中第一次頻帶具有2 GHz至20 GHz之頻寬。
122.   如概念119至121中任一項之方法，其進一步包含使用多通道影像判定目標物件之狀態。
123.   如概念119至122中任一項之方法，其進一步包含：將第一色彩指派給第一通道中之資料；及將第二色彩指派給第二通道中之資料，其中產生多通道影像包含將具有指派給其之第一色彩的第一通道中之資料與具有指派給其之第二色彩的第二通道中之資料合併。
124.   一種判定裝置與目標物件之間之距離的方法，該裝置包含耦接至第一射頻(RF)天線陣列之RF傳輸電路系統及耦接至第二RF天線陣列之RF接收電路系統，該裝置界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面，該方法包含：控制RF傳輸電路系統以使得第一RF天線陣列在裝置之平面外在一方向上傳輸第一RF信號，其中第一RF天線陣列具有第一孔徑，該第一孔徑具有在第一方向上延伸之第一寬度及在第二方向上延伸之第一長度，該第一長度大於該第一寬度；使用第二RF天線陣列接收第二RF信號，該第二RF信號由於第一RF信號由目標物件反射而產生，其中第二RF天線陣列具有第二孔徑，該第二孔徑具有在第一方向上延伸之第二寬度及在第二方向上延伸之第二長度，該第二長度小於該第二寬度；及控制耦接至RF接收電路系統之處理電路系統以判定裝置與目標物件之間的距離。
125.   如概念124之方法，其中RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分。
126.   如概念124之方法，其中控制RF傳輸電路系統以使得第一RF天線陣列傳輸第一RF信號包含產生參考信號，且其中使用第二RF天線陣列接收第二RF信號包含將參考信號提供至第二RF天線陣列。
127.   一種製造裝置之方法，其包含：獲得屬於第一半導體類型且藉由射頻(RF)傳輸天線陣列圖案化之第一半導體晶粒；獲得屬於第二半導體類型且藉由RF接收天線陣列圖案化之第二半導體晶粒，該第二半導體類型不同於該第一半導體類型；及至少部分地將第一半導體晶粒及第二半導體晶粒置放於基板上而製造裝置。
128.   如概念127之方法，其中第二半導體類型為矽基半導體類型，且第一半導體類型為III-V半導體類型。
129.   如概念127之方法，其進一步包含將聚焦元件附接至基板以使得該聚焦元件覆蓋RF接收天線陣列之至少一部分。
130.   如概念127之方法，其進一步包含：在將第一半導體晶粒置放在基板上之前，利用具有輸入端及複數個輸出端之RF功率分配器圖案化基板；及在將第一半導體晶粒置放在基板上之後，經由線接合將RF功率分配器之輸出端耦接至RF傳輸天線中之各別天線。
131.   一種裝置，其包含：基板；磷化銦(InP)基晶粒，其安裝於基板上，該磷化銦基晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列，其中RF傳輸天線陣列經大小設定以在300 GHz至3 THz之頻帶中傳輸RF信號；矽基晶粒，其安裝於基板上，該矽基晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及處理電路系統，其耦接至RF傳輸天線陣列且耦接至RF接收天線陣列，且經組態以判定裝置與目標物件之間的距離。
132.   如概念131之裝置，其進一步包含傳輸電路系統，該傳輸電路系統耦接至RF傳輸天線陣列且經組態以使得RF傳輸天線陣列在頻帶中以10 dBm至30 dBm範圍內之功率位準傳輸RF信號。
133.   如概念131之裝置，其中RF傳輸天線陣列經大小設定以在650 GHz至690 GHz之頻帶中傳輸RF信號。
134.   如概念131之裝置，其進一步包含：信號產生電路系統，其耦接至傳輸天線陣列，該信號產生電路系統包含升頻率轉換電路系統，該升頻率轉換電路系統經組態以接收具有第一頻率之輸入信號且產生具有為第一頻率之倍數之第二頻率的輸出信號；及接收電路系統，其耦接至接收天線陣列且耦接至信號產生電路系統。
135.   如概念134之裝置，其中升頻率轉換電路系統包含一或多個二極體。
136.   如概念134之裝置，其中接收電路系統包含諧波混頻器，該諧波混頻器包含矽-鍺(SiGe)異質接面雙極電晶體(HBT)。
137.   如概念131之裝置，其中RF傳輸天線陣列包含4至128個天線，且接收天線陣列包含32至1024個天線。
138.   一種使目標物件成像之裝置，其包含：射頻(RF)傳輸天線，其經組態以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號，該頻帶具有至少第一次頻帶及第二次頻帶；RF接收天線，其經組態以接收由第一RF信號自目標物件之反射產生的第二RF信號；及處理電路系統，其經組態以產生具有第一通道及第二通道之多通道影像，其中處理電路系統經組態以使用第一次頻帶中之第二RF信號的頻率成分判定第一通道中之資料，且經組態以使用第二次頻帶中之第二RF信號的頻率成分判定第二通道中之資料。
139.   如概念138之裝置，其中頻帶具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
140.   如概念138之裝置，其中頻率成分處於650 GHz至690 GHz之頻帶中。
141.   如概念138之裝置，其中處理電路系統進一步經組態以使用多通道影像判定目標物件相對於裝置之位置。
142.   如概念138之裝置，其中處理電路系統進一步經組態以：將第一色彩指派給第一通道中之資料；及將第二色彩指派給第二通道中之資料，其中產生多通道影像包含將具有指派給其之第一色彩的第一通道中之資料與具有指派給其之第二色彩的第二通道中之資料合併。
143.   如概念138之裝置，其進一步包含：信號產生器，其經組態以產生RF參考信號；及升頻率轉換電路系統，其經組態以升頻轉換RF參考信號，其中處理電路系統經組態以藉由將第二RF信號與經升頻轉換RF參考信號混合來產生多通道影像。
144.   如概念143之裝置，其中升頻率轉換電路系統經組態以將RF參考信號升頻轉換介於30與80之間之一因數。
145.   如概念143之裝置，其中信號產生器經組態以產生待啁啾調頻之RF參考信號。
146.   如概念138之裝置，其中頻帶進一步包含第三次頻帶，其中多通道影像進一步包含第三通道，且其中處理電路系統進一步經組態以使用第三次頻帶中之第二RF信號的頻率成分判定第三通道中之資料。
在已因此描述此技術之至少一個實施例之若干態樣後，應瞭解，熟習此項技術者將易於想到各種更改、修改及改良。
本文中所描述的技術之上述實施例可以任何眾多方式實施。舉例而言，可使用硬體、軟體或其組合實施實施例。當以軟體實施時，軟體程式碼可執行於任何合適之處理器或處理器之集合上，無論是提供於單個電腦抑或分佈於多個電腦中。此類處理器可經實施為積體電路，積體電路組件中之一或多個處理器，包括可市面上購得的此項技術中已知之稱為諸如CPU晶片、GPU晶片、微處理器、微控制器或共同處理器之積體電路組件。替代地，處理器可實施於定製電路系統(諸如ASIC)或由組態可程式化邏輯裝置產生的半定製電路系統中。作為又一替代例，處理器可為較大電路或半導體裝置的一部分，不論可市面上購得、半定製或定製。作為一特定實例，一些可市面上購得之微處理器具有多個核心，使得彼等核心之一者或一子集可構成處理器。然而，可使用呈任何合適格式的電路系統實施處理器。
並且，本文中所概述之各種方法或製程可經寫碼為可執行於一或多個處理器上運行各種操作系統或平台中之任一者之軟體。此類軟體可使用包括指令碼處理語言及/或指令碼處理工具之數種合適的程式設計語言及/或程式設計工具中之任一者編寫。在一些情況下，此類軟體可編譯為在架構或虛擬機上執行之可執行機器語言程式碼或中間程式碼。另外或替代地，此類軟體可經解譯。
本文中所揭示之技術可實施為編碼有一或多個程式之非暫時性電腦可讀媒體(或多個電腦可讀媒體) (例如，電腦記憶體、一或多個軟碟、緊密光碟、光碟、磁帶、快閃記憶體，場可程式化閘陣列或其他半導體裝置中之電路組態，或其他非暫時性有形電腦儲存媒體)，該一或多個程式在執行於一或多個處理器上時執行實施上文所描述的本發明之各種實施例之方法。一或多個電腦可讀媒體可為可傳輸的，使得其上儲存之一或多個程式可載入至一或多個不同電腦或其他處理器上以實施如上文所描述之本發明之各個態樣。
術語「程式」或「軟體」在本文中用於指可用以程式化一或多個處理器以實施如上文所描述之本發明之各個態樣的任何類型之電腦程式碼或電腦可執行指令集。此外，應瞭解，根據此實施例之一個態樣，在經執行時執行本發明之方法的一或多個電腦程式無需駐存於單個電腦或處理器上，但可以模組化方式分佈於數個不同電腦或處理器當中以實施本發明之各個態樣。
本文中所描述之技術之各個態樣可單獨使用、組合地使用或在前述內容中所描述之實施例中未特定地描述之各種配置中使用，且因此在其應用上不受限於前述描述中所闡述或圖式中所說明之組件的細節及配置。舉例而言，一個實施例中所描述之態樣可按任何方式與其他實施例中所描述之態樣合併。
此外，本文中所描述之技術可體現為一種方法。作為方法之部分執行之動作可以任何合適的方式排序。因此，可建構如下實施例：其中動作以不同於所說明之次序的次序執行，亦即，可包括同時執行一些動作，即使此等動作在說明性實施例中展示為連續動作。
如本說明書及申請專利範圍中所使用，關於一或多個要素之清單的片語「至少一個」應理解為意謂由要素之清單中之要素之任何一或多個中選出的至少一個要素，但未必包括要素之清單內具體列出的每一及每個要素中之至少一者，且未必排除要素之清單中之要素的任何組合。此定義亦允許可視情況存在除片語「至少一個」所指的要素之清單內具體鑑別的要素以外的要素，而無論與具體鑑別的彼等要素相關抑或不相關。因此，作為非限制性實例，「A及B中之至少一者」(或等效地「A或B中之至少一者」或等效地「A及/或B中之至少一者」)在一個實施例中可指至少一個(視情況包括多於一個) A而不存在B (且視情況包括除了B以外的要素)；在另一實施例中，指至少一個(視情況包括多於一個) B而不存在A (且視情況包括除了A以外的要素)；在又一實施例中，指至少一個(視情況包括多於一個) A及至少一個(視情況包括多於一個) B (且視情況包括其他要素)；等。
如本說明書及申請專利範圍中所使用，片語「及/或」應理解為意謂如此結合之要素中的「任一者或兩者」，亦即在一些情況下結合地存在且在其他情況下未結合地存在的要素。使用「及/或」列出的多個要素應以相同方式解釋，亦即，如此結合之「一或多個」要素。可視情況存在除了藉由「及/或」短語具體鑑別之要素外之其他要素，無論與具體鑑別之彼等要素相關抑或不相關。因此，作為非限制性實例，提及「A及/或B」，在結合諸如「包含」之開放式措辭使用時，在一個實施例中，可僅指A (視情況包括除B外之要素)；在另一實施例中，可僅指B (視情況包括除A外之要素)；在另一實施例中，可指A與B (視情況包括其他要素)；等。
在申請專利範圍中使用諸如「第一」、「第二」、「第三」等序數術語修飾申請專利範圍要素本身不意味著一個申請專利範圍要素相對於另一申請專利範圍要素的任何優先權、優先性或次序或執行方法動作之時間次序，而是僅用作標籤以區分具有某一名稱之一個申請專利範圍要素與具有相同名稱(但使用序數術語)之另一要素，以區分該等申請專利範圍要素。
此外，本文中所使用之措詞及術語出於描述之目的且不應視為限制性。本文中對「包括」、「包含」或「具有」、「含有」、「涉及」及其變體的使用意謂涵蓋在其之後所列舉的項目及其等效物以及額外項目。
除非另外指定，否則術語「大致」、「實質上」及「約」可用於意指在一些實施例中在目標值之±10%內。術語「大致」、「實質上」及「約」可包括目標值。
1:兆赫主動感測系統 10:基板 12:TX晶粒 14:RX晶粒 16:信號產生電路系統 18:處理電路系統 102:傳輸器天線陣列 104:接收器天線陣列 107:重佈層 109:重佈層 111:功率分配器 112:TX天線 113:傳輸電路系統 114:RX天線 115:導電跡線 116:線接合 117:導電凸塊 118:襯墊 122:頻率倍增器 124:驅動器 126:功率放大器 127:聚合物層 128:移相器 160:振盪器 162:信號產生器 164:升頻率轉換電路系統 165:RX接收電路系統 201~208:TX通道 222:二極體 223:帶通濾波器 300:讀出ADC及串列器單元 301:RX通道 310:次諧波混頻器 312:低雜訊放大器單元 314:降頻轉換混頻器 318:層級1倍增單元 320:層級2倍增單元 325:功率分割器 350:1:N分配網路 400:聚焦元件 401:柱面透鏡/阻抗 402:主軸/阻抗 411:阻抗 412:阻抗 500:目標物件 1301:特徵 1302:特徵 1800:目標物件 1802:目標物件 1804:目標物件 1900:載具 1902:腳踏車 1904:假人 BW:頻寬 f 0:中心頻率 f 1:頻率 f 2:頻率 L RX:長度 L S:長度 L TX:長度 t 0:時間 T1:電晶體 t 1:時間 T2:電晶體 t 2:時間 W RX:寬度 W S:寬度 W TX:寬度 Δf:頻率 Δt:延遲 Δt 1:第一量測結果 Δt 2:第二量測結果
將參考以下圖式描述各種態樣及實施例。應瞭解，該等圖式未必按比例繪製。
圖1A為說明沿著電磁波譜之兆赫頻帶之部位的圖。
圖1B為說明包括不同類型之感測器之自主載具的示意圖。
圖2A為說明在不同頻率下隨降雨率而變化之射頻(RF)衰減的繪圖。
圖2B為使沈澱之類型及強度與降雨率(R)相關的表。
圖2C為說明太陽光譜輻照度之繪圖。
圖3A為說明隨載波頻率而變化之RF大氣衰減的繪圖。
圖3B為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的適合於執行測距之兆赫次頻帶的繪圖。
圖4為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的實例系統規格的表。
圖5A說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於基於兆赫之主動感測的系統。
圖5B至圖5C分別為根據本文中所描述之技術之一些實施例的基於兆赫之主動感測器的側視圖及俯視圖。
圖5D為根據本文中所描述之技術之一些實施例的傳輸天線陣列之透視圖。
圖5E-1為根據本文中所描述之技術之一些實施例的接收天線陣列之透視圖。
圖5E-2為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括傳輸天線陣列及接收天線陣列之基板的俯視圖。
圖5F為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括複數個傳輸天線陣列及複數個接收天線陣列之基板的俯視圖。
圖5G為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於製造兆赫主動感測器之製程的流程圖。
圖5H為根據本文中所描述之技術之一些實施例的傳輸器天線晶粒之截面圖。
圖5I為根據本文中所描述之技術之一些實施例的另一傳輸器天線晶粒之截面圖。
圖5J為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括一對TX天線陣列之另一傳輸器天線晶粒的截面圖。
圖6A為說明根據一些實施例之信號產生電路系統的方塊圖。
圖6B為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的隨時間而變化之信號之頻率的繪圖。
圖6C為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的隨時間而變化之另一信號之頻率的繪圖。
圖6D為說明根據一些實施例之升頻率轉換電路系統的方塊圖。
圖7A至圖7F為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的隨距離而變化之信號雜訊比(SNR)的繪圖。
圖8A為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括複數個傳輸通道之基板的示意圖。
圖8B至圖8E為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於圖8A之傳輸通道之各種實施方式的方塊圖。
圖9為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的頻率倍增器的方塊圖。
圖10A為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括複數個接收天線陣列之基板的示意圖。
圖10B至圖10D為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括分配網路之接收天線晶粒的示意圖。
圖10E為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的接收通道的方塊圖。
圖11A至圖11B為根據本文中所描述之技術之一些實施例的信號混頻器之示意圖。
圖12A為根據本文中所描述之技術之一些實施例的兆赫主動感測器之側視圖。
圖12B為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括聚焦元件之兆赫主動感測器的側視圖。
圖12C為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的柱面透鏡的示意圖。
圖12D為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括聚焦元件之兆赫主動感測器的俯視圖。
圖12E為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括兩個聚焦元件之兆赫主動感測器的側視圖。
圖13說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的距離/交叉全距影像的實例。
圖14A至圖14B為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於多維成像之系統的圖。
圖14C為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於多維成像之另一系統的圖。
圖14D至圖14I為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於多維成像之又一系統的圖。
圖15為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的用以產生多通道成像系統之THz頻帶之分段的圖。
圖16A為根據本文中所描述之技術之一些實施例的包括經組態以傳輸複數個脈衝之TX天線陣列的系統的圖。
圖16B說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的脈衝之實例。
圖16C至圖16E為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的隨距離而變化之接收到的信號之功率之繪圖。
圖16F為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的隨距離而變化之整合速率的繪圖。
圖16G為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的隨距離而變化之圖框率的繪圖。
圖17A為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的結合第一測距量測結果之信號雜訊比與距離的繪圖。
圖17B為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的結合第二測距量測結果之信號雜訊比與距離的繪圖。
圖18A為根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於執行包括THz測距系統及多個物件之測距量測的設置的相片。
圖18B至圖18D為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的結合圖18A之設置的在不同頻率範圍下執行的距離-交叉全距量測的繪圖。
圖18E為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的藉由合併圖18B至圖18D之量測而獲得的距離-交叉全距量測的繪圖。
圖19A為根據本文中所描述之技術之一些實施例的用於執行包括載具、腳踏車及假人之測距量測的另一設置的相片。
圖19B至圖19D為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的結合圖19A之設置的在不同頻率範圍下執行的距離-交叉全距量測的繪圖。
圖19E為說明根據本文中所描述之技術之一些實施例的藉由合併圖19B至圖19D之量測而獲得的距離-交叉全距量測的繪圖。
10:基板
102:傳輸器天線陣列
104:接收器天線陣列
LRX:長度
LS:長度
LTX:長度
WRX:寬度
WS:寬度
WTX:寬度

Claims (146)

  1. 一種裝置，其包含： 基板，其界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面； 第一射頻(RF)天線陣列，其安裝於該基板上且具有第一孔徑，該第一孔徑具有在該第一方向上延伸之第一寬度及在該第二方向上延伸之第一長度，該第一長度大於該第一寬度；及 第二RF天線陣列，其安裝於該基板上且具有第二孔徑，該第二孔徑具有在該第一方向上延伸之第二寬度及在該第二方向上延伸之第二長度，該第二長度小於該第二寬度。
  2. 如請求項1之裝置，其進一步包含： RF傳輸電路系統，其耦接至該第一RF天線陣列且經組態以使得該第一RF天線陣列傳輸用於判定至目標物件之距離的第一RF信號； RF接收電路系統，其耦接至該第二RF天線陣列且經組態以自該第二RF天線陣列接收第二RF信號，該等第二RF信號由於該等第一RF信號經該目標物件反射而產生；及 處理電路系統，其耦接至該RF接收電路系統，該處理電路系統經組態以判定該裝置與目標物件之間之距離。
  3. 如請求項2之裝置，其中該處理電路系統進一步耦接至該RF傳輸電路系統。
  4. 如請求項1至3中任一項之裝置， 其中該第一RF天線陣列包含經大小設定以傳輸兆赫RF信號之第一複數個天線，其中該等兆赫RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中的頻率成分，且 其中該第二RF天線陣列包含經大小設定以接收兆赫RF信號之第二複數個天線。
  5. 如請求項3之裝置，其中該等兆赫RF信號具有在10 GHz至60 GHz範圍內之頻寬。
  6. 如請求項3至4中任一項之裝置，其中該第一複數個天線包含4至128個天線。
  7. 如請求項3至6中任一項之裝置，其中該第二複數個天線包含32至1024個天線。
  8. 如請求項3至7中任一項之裝置，其進一步包含： 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該第一RF天線陣列，其中該第一複數個天線整合在該第一半導體晶粒上。
  9. 如請求項8之裝置，其進一步包含： 第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該第二RF天線陣列，該第二複數個天線整合在該第二半導體晶粒上。
  10. 如請求項1之裝置，其進一步包含： 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該第一RF天線陣列，該第一RF天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在該300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號；及 第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該第二RF天線陣列，該第二RF天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線，該第二複數個天線經大小設定以接收具有在該300 GHz至3 THz頻帶中之頻率成分的兆赫RF信號。
  11. 如請求項9之裝置，其中該第一半導體晶粒進一步包含： 該傳輸電路系統，及 第一重佈層，其將該第一複數個天線耦接至該傳輸電路系統。
  12. 如請求項11之裝置，其中該第二半導體晶粒進一步包含： 該接收電路系統；及 第二重佈層，其將該第二複數個天線耦接至該接收電路系統。
  13. 如請求項10至12中任一項之裝置，其中該第一半導體晶粒包含第一半導體類型，且該第二半導體晶粒包含不同於該第一半導體類型之第二半導體類型。
  14. 如請求項13之裝置，其中該第一半導體晶粒包含III-V半導體。
  15. 如請求項14之裝置，其中該第一半導體晶粒包含磷化銦。
  16. 如請求項13至15中任一項之裝置，其中該第二半導體晶粒包含矽。
  17. 如請求項13之裝置，其中該第一半導體晶粒包含磷化銦，且該第二半導體晶粒包含矽。
  18. 如請求項1至17中任一項之裝置，其中該第一孔徑之長度在5 mm與5 cm之間，且該第一孔徑之寬度在0.1 mm與5 mm之間。
  19. 如請求項1至18中任一項之裝置，其中該第二孔徑之長度在0.1 mm與5 mm之間，且該第二孔徑之寬度在1 cm與18 cm之間。
  20. 如請求項1至19中任一項之裝置，其中該第一RF天線陣列具有準線性配置。
  21. 如請求項1至20中任一項之裝置，其中該第二RF天線陣列具有準線性配置。
  22. 如請求項1至21中任一項之裝置，其中該第一RF天線陣列具有線性配置。
  23. 如請求項1至22中任一項之裝置，其中該第二RF天線陣列具有線性配置。
  24. 如請求項1至23中任一項之裝置，其中： 該第一RF天線陣列包含第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的RF信號，且 該第一孔徑經大小設定以使得該第一RF天線陣列在650至690 GHz之頻帶中具有介於5 0與15 0之間的在該第一方向上之角視場。
  25. 如請求項1至24中任一項之裝置，其中： 該第一RF天線陣列包含第一複數個天線，該第一複數個天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的RF信號，且 該第一孔徑經大小設定以使得該第一RF天線陣列在650至690 GHz之頻帶中具有介於20 0與90 0之間的在該第二方向上之角視場。
  26. 如請求項2至25中任一項之裝置，其進一步包含信號產生電路系統，該信號產生電路系統經組態以產生參考信號且將該等參考信號提供至該第一RF天線陣列且提供至該RF接收電路系統。
  27. 如請求項26之裝置，其中該信號產生電路系統包含： 信號產生器，其經組態以產生初始RF信號；及 升頻率轉換電路系統，其耦接至該信號產生器，該升頻率轉換電路系統經組態以藉由升頻轉換該初始RF信號而產生該參考信號。
  28. 如請求項27之裝置，其中該升頻率轉換電路系統包含用於分級升頻轉換該初始RF信號之複數個頻率倍增器。
  29. 如請求項27之裝置，其進一步包含： 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上， 其中該第一半導體晶粒包含該第一RF天線陣列及該升頻率轉換電路系統之至少一部分，且 其中該信號產生器安裝於該基板上。
  30. 如請求項27之裝置，其中該信號產生器安裝於該基板上，且該升頻率轉換電路系統安裝於該基板上。
  31. 如請求項27至30中任一項之裝置，其中該初始RF信號具有時變中心頻率。
  32. 如請求項30之裝置，其中該初始RF信號之該時變中心頻率隨時間推移而線性地改變。
  33. 如請求項30之裝置，其中該初始RF信號之該時變中心頻率隨時間推移而非線性地改變。
  34. 一種裝置，其包含： 基板； 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列； 第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及 信號產生電路系統，其至少部分地安裝於該基板上，該信號產生電路系統耦接至該第一半導體晶粒且耦接至該第二半導體晶粒。
  35. 如請求項34之裝置，其中該信號產生電路系統包含： 振盪器，其經組態以產生第一信號； 信號產生器，其經組態以藉由頻率調變該第一信號而產生具有時變中心頻率的第二信號；及 升頻率轉換電路系統，其經組態以藉由升頻轉換該第二信號而產生第三信號。
  36. 如請求項35之裝置， 其中該第一信號具有在1 GHz至20 GHz範圍內之中心頻率，且 其中該升頻率轉換電路系統經組態以將該第二信號升頻轉換介於30與80之間之一因數。
  37. 如請求項35之裝置，其中該第二信號之該時變中心頻率隨時間推移而線性地改變。
  38. 如請求項35之裝置，其中該第二信號之該時變中心頻率隨時間推移而非線性地改變。
  39. 如請求項35之裝置，其中該振盪器及該信號產生器安裝於該基板上，且該升頻率轉換電路系統之第一部分整合在該第一半導體晶粒上。
  40. 如請求項39之裝置，其中該升頻率轉換電路系統之第二部分安裝於該基板上。
  41. 如請求項35之裝置，其中該升頻率轉換電路系統包含： 第一複數個頻率倍增器，其耦接至該RF傳輸天線陣列，其中該第一複數個頻率倍增器經組態以將各別輸入信號升頻轉換一頻率倍增因數；及 第二複數個頻率倍增器，其耦接至該RF接收天線陣列，其中該第二複數個倍增器經組態以將各別輸入信號升頻轉換該頻率倍增因數。
  42. 如請求項41之裝置，其中該第一複數個頻率倍增器整合在該第一半導體晶粒上，且該第二複數個倍增器整合在該第二半導體晶粒上。
  43. 如請求項42之裝置，其中該第一複數個頻率倍增器及該第二複數個頻率倍增器安裝於該基板上。
  44. 如請求項35之裝置，其中該信號產生電路系統進一步包含功率分配器，且該升頻率轉換電路系統包含複數個頻率倍增器，其中該功率分配器經組態以將該第二信號提供至該複數個頻率倍增器中之至少一些。
  45. 如請求項44之裝置，其中該等頻率倍增器耦接至該傳輸RF天線陣列中之各別天線，且其中該功率分配器經組態以使得該RF傳輸天線陣列中之該等天線相對於彼此同相傳輸RF信號。
  46. 如請求項35之裝置，其中該等頻率倍增器耦接至該傳輸RF天線陣列中之各別天線，且其中該信號產生電路系統進一步包含複數個移相器，該複數個移相器經組態以使得該RF傳輸天線陣列中之該等天線相對於彼此同相傳輸RF信號。
  47. 如請求項44之裝置，其中該複數個頻率倍增器包含複數個諧波頻率倍增器。
  48. 如請求項34至44中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列包含複數個RF天線，該複數個RF天線經組態以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的RF信號。
  49. 一種裝置，其包含： 基板； 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列，該傳輸天線陣列包含經大小設定以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號的第一複數個RF天線；及 第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列，該接收天線陣列包含經大小設定以接收具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號的第二複數個RF天線。
  50. 如請求項49之裝置，其中該第一複數個RF天線中之該等天線經大小設定以傳輸具有在650至690 GHz之頻帶中之頻率成分的該等第一RF信號。
  51. 如請求項49至50中任一項之裝置，其進一步包含信號產生電路系統，該信號產生電路系統經組態以產生具有10 GHz至60 GHz之頻寬的參考信號且將該等信號提供至該RF傳輸天線陣列，其中該RF傳輸天線陣列經組態以回應於自該信號產生電路系統接收該等參考信號而傳輸該等第一RF信號。
  52. 如請求項49至50中任一項之裝置，其中該第一RF天線陣列具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
  53. 如請求項49至52中任一項之裝置，其中該第一半導體晶粒進一步包含： RF傳輸電路系統，其耦接至該RF傳輸天線陣列且經組態以使得該RF傳輸天線陣列傳輸該等第一RF信號；及 重佈層，其將該第一複數個RF天線耦接至該傳輸電路系統。
  54. 如請求項49至53中任一項之裝置，其進一步包含處理電路系統，該處理電路系統耦接至該RF接收天線陣列且經組態以使用該等第二RF信號判定該裝置與目標物件之間的距離。
  55. 如請求項54之裝置，其中該處理電路系統進一步耦接至該RF傳輸天線陣列。
  56. 如請求項49至55中任一項之裝置，其中該基板界定在彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面，且其中該RF傳輸天線陣列經組態以在該平面外在第三方向上傳輸該等第一RF信號。
  57. 如請求項49至56中任一項之裝置，其中該第三方向實質上垂直於該平面。
  58. 如請求項49至57中任一項之裝置，其中該第二複數個RF天線經配置以回應於接收該等第二RF信號而產生差分信號。
  59. 如請求項49至58中任一項之裝置，其中該第二半導體晶粒進一步包含： 複數個類比數位轉換器(ADC)，其耦接至該第二複數個RF天線，該複數個ADC經組態以回應於接收該等第二RF信號而將由該第二複數個RF天線產生的第三RF信號數位化。
  60. 如請求項51至59中任一項之裝置，其中該第二半導體晶粒進一步包含耦接至該第二複數個RF天線及該複數個ADC之複數個次諧波混頻器，該等次諧波混頻器經組態以藉由將該等第二RF信號與由該信號產生電路系統產生的該等參考信號混合而產生輸出信號且將該等輸出信號提供至該複數個ADC。
  61. 如請求項60之裝置，其中該複數個次諧波混頻器包含複數個三次諧波混頻器，該複數個三次諧波混頻器經組態以將該等第二RF信號與該複數個參考信號之三次諧波混合。
  62. 如請求項60之裝置，其中該複數個次諧波混頻器包含耦接至該第二複數個天線中之各別RF天線的差分輸入。
  63. 如請求項62之裝置，其中該複數個次諧波混頻器進一步包含經組態以接收由該信號產生電路系統產生的該等參考信號之單端輸入。
  64. 如請求項60之裝置，其中該第二半導體晶粒進一步包含定位於該複數個次諧波混頻器與該複數個ADC之間之複數個降頻轉換混頻器，其中該等降頻轉換混頻器經組態以將該等輸出信號與由該信號產生電路系統產生的該等參考信號混合。
  65. 一種裝置，其包含： 基板； 第一半導體類型之第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒上具有射頻(RF)傳輸天線陣列；及 第二半導體類型之第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒上具有RF接收天線陣列，其中該第二半導體類型不同於該第一半導體類型。
  66. 如請求項65之裝置，其中該第二半導體類型為矽基半導體類型，且該第一半導體類型不為矽基半導體類型。
  67. 如請求項66之裝置，其中該第一半導體類型為III-V半導體類型。
  68. 如請求項66至67中任一項之裝置，其中該第一半導體類型為磷化銦(InP)半導體類型。
  69. 如請求項65至68中任一項之裝置，其中第二半導體類型為CMOS相容的。
  70. 如請求項65至69中任一項之裝置，其中該第二半導體類型為矽/鍺基半導體類型。
  71. 如請求項65至70中任一項之裝置，其中該第一半導體類型在300 K下具有介於3000 cm 2V -1s -1與5500 cm 2V -1s -1之間的電子遷移率。
  72. 如請求項65至71中任一項之裝置，其中該第一半導體類型具有介於0.3 THz與1 THz之間的電流增益截止頻率(f t)。
  73. 如請求項65至72中任一項之裝置，其中該第一半導體類型具有介於0.7 THz與1.5 THz之間的最大振盪頻率(f max)。
  74. 如請求項65至73中任一項之裝置，其中該第一半導體類型具有介於4×10 5Vcm -1與6×10 5Vcm -1之間的崩潰電場(E bd)。
  75. 如請求項65至74中任一項之裝置，其進一步包含處理電路系統，該處理電路系統耦接至該RF傳輸天線陣列且耦接至該RF接收天線陣列且經組態以判定該裝置與目標物件之間的距離。
  76. 如請求項65至75中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列包含複數個RF天線，且其中該裝置進一步包含經組態以產生第一信號之信號產生電路系統以及經組態以將該第一信號提供至該第一複數個RF天線之功率分配器。
  77. 如請求項76之裝置，其中該功率分配器經組態以將具有同一相位之該第一信號提供至該第一複數個RF天線。
  78. 如請求項65至75中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列包含複數個天線，且其中該裝置進一步包含經組態以產生第一信號之信號產生電路系統以及經組態以將具有同一相位之該第一信號提供至該第一複數個RF天線之複數個移相器。
  79. 如請求項65至78中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列經大小設定以在300 GHz至3 THz之頻帶中傳輸RF信號。
  80. 如請求項79之裝置，其中該RF傳輸天線陣列經組態以在該頻帶中以10 dBm至30 dBm範圍內之功率位準傳輸該RF信號。
  81. 一種裝置，其包含： 基板； 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列； 第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及 聚焦元件，其安裝於該基板上且經組態以朝著該RF接收天線陣列聚焦RF信號。
  82. 如請求項81之裝置，其中該聚焦元件在300 GHz至3 THz之頻帶中為透明的。
  83. 如請求項81至82中任一項之裝置，其中該聚焦元件經組態以朝著該RF接收天線陣列聚焦具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的RF信號。
  84. 如請求項81至83中任一項之裝置，其中該聚焦元件至少部分地覆蓋該RF接收天線陣列且至少部分地覆蓋該RF傳輸天線陣列。
  85. 如請求項81至84中任一項之裝置，其中該聚焦元件為至少部分地覆蓋該RF接收天線陣列之第一聚焦元件，且其中該裝置進一步包含至少部分地覆蓋該RF傳輸天線陣列之第二聚焦元件。
  86. 如請求項81至85中任一項之裝置，其中該聚焦元件包含柱面透鏡，該柱面透鏡具有平行於第一軸延伸之主軸。
  87. 如請求項86之裝置，其中該RF接收天線陣列具有一孔徑，該孔徑具有平行於該第一軸延伸之寬度及平行於實質上正交於該第一軸的第二軸延伸之長度，該寬度大於該長度。
  88. 如請求項81至87中任一項之裝置，其中該聚焦元件由矽形成。
  89. 如請求項81至85中任一項之裝置，其中該聚焦元件包含球面或橢圓形透鏡。
  90. 一種裝置，其包含： 基板， 射頻(RF)傳輸天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以傳輸具有介於10 dBm與30 dBm之間之功率位準的第一RF信號，該第一RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中的頻率成分； RF接收天線陣列，其安裝於該基板上，且經組態以接收由該第一RF信號自目標物件之反射產生的第二RF信號；及 處理電路系統，其耦接至該RF傳輸天線陣列且耦接至該RF接收天線陣列，該處理電路系統經組態以使用該第二RF信號判定該目標物件相對於該裝置之距離，其中該處理電路系統具有介於10 dB與40 dB之間的雜訊指數(NF)。
  91. 如請求項90之裝置，其中該處理電路系統經組態以在60%之濕度下判定1 m與200 m之間的距離。
  92. 如請求項90至91中任一項之裝置，其中該RF傳輸陣列具有15 GHz至25 GHz之頻寬及介於6 mm與10 mm之間之距離解析度。
  93. 如請求項90至92中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列具有介於1 cm 2與5 cm 2之間之孔徑及在該頻帶中介於0.4°與1°之間之角解析度。
  94. 如請求項90至93中任一項之裝置，其中該基板具有介於10 cm 2與60 cm 2之間之面積。
  95. 如請求項90至94中任一項之裝置，其中該處理電路系統經組態以在介於0.1 Hz與100 Hz之間的再新率下更新對該距離之該判定。
  96. 如請求項90至95中任一項之裝置，其進一步包含： 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該RF傳輸天線陣列，該RF傳輸天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線。
  97. 如請求項90至96中任一項之裝置，其進一步包含： 第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該RF接收天線陣列，該RF接收天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線。
  98. 如請求項90至97中任一項之裝置，其進一步包含： 第一半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第一半導體晶粒包含該RF傳輸天線陣列，該RF傳輸天線陣列包含整合在該第一半導體晶粒上之第一複數個天線；及 第二半導體晶粒，其安裝於該基板上，該第二半導體晶粒包含該RF接收天線陣列，該RF接收天線陣列包含整合在該第二半導體晶粒上之第二複數個天線。
  99. 如請求項98之裝置，其中該第一半導體晶粒包含磷化銦，且該第二半導體晶粒包含矽。
  100. 如請求項90至99中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列包含第一線性天線陣列。
  101. 如請求項100之裝置，其中該第一線性天線陣列包含4至128個天線。
  102. 如請求項90至101中任一項之裝置，其中該RF接收天線陣列包含第二線性天線陣列。
  103. 如請求項102之裝置，其中該第二線性天線陣列包含32至1024個天線。
  104. 如請求項90至103中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列包含複數個傳輸天線，各傳輸天線經組態以傳輸在該頻帶中具有介於1 dBm與2 dBm之間之功率位準的電磁能。
  105. 如請求項90至104中任一項之裝置，其進一步包含聚焦元件，該聚焦元件安裝於該基板上且經組態以將該第二RF信號之一部分聚焦至該RF接收天線陣列。
  106. 如請求項90至105中任一項之裝置，其中該第一RF信號包含具有在0.1 ms與10 ms之間之持續時間的脈衝。
  107. 如請求項90至106中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列具有介於3與20 dB之間之增益。
  108. 一種使用一裝置使目標物件成像之方法，該裝置包含射頻(RF)傳輸天線陣列及RF接收天線陣列，該RF傳輸天線陣列具有第一複數個傳輸天線及第二複數個傳輸天線，該方法包含： 使用該第一複數個天線傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號； 使用該第二複數個天線傳輸具有在該頻帶中之頻率成分的第二RF信號； 至少部分地藉由使用該RF接收天線陣列接收由該第一RF信號自該目標物件之反射產生的第三RF信號來產生第一影像； 至少部分地藉由使用該接收天線陣列接收由該第二RF信號自該目標物件之反射產生的第四RF信號來產生第二影像；及 使用該第一影像及該第二影像判定該目標物件之狀態。
  109. 如請求項108之方法，其中該第一RF信號具有在650 GHz至690 GHz之頻帶中之頻率成分。
  110. 如請求項108至109中任一項之方法，其中在傳輸該第一RF信號之後執行傳輸該第二RF信號。
  111. 如請求項108至110中任一項之方法，其中： 產生該第一影像包含判定該第三RF信號之相位； 產生該第二影像包含判定該第四RF信號之相位；及 判定該目標物件之該狀態包含判定該第三RF信號之該相位與該第四RF信號之該相位之間的差。
  112. 如請求項108至111中任一項之方法，其中該傳輸天線陣列定向於第一方向上，且該接收天線陣列定向於垂直於該第一方向之第二方向上。
  113. 如請求項108至112中任一項之方法，其中判定該目標物件之狀態包含判定該目標物件相對於該裝置之位置。
  114. 一種使用裝置使目標物件成像之方法，該方法包含： 傳輸第一射頻(RF)信號，該第一射頻信號之頻帶具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分，該頻帶具有至少第一次頻帶及第二次頻帶； 接收由該第一RF信號自該目標物件之反射產生的第二RF信號；及 產生具有第一通道及第二通道之多通道影像，其中使用該第一次頻帶中之該第一RF信號的頻率成分判定該第一通道中之資料，其中使用該第二次頻帶中之該第二RF波形的頻率成分判定該第二通道中之資料。
  115. 如請求項114之方法，其中該頻帶具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
  116. 如請求項114或115之方法，其中該第一次頻帶具有2 GHz至20 GHz之頻寬。
  117. 如請求項114之方法，其進一步包含使用該多通道影像判定該目標物件之狀態。
  118. 如請求項114之方法，其進一步包含： 將第一色彩指派給該第一通道中之該資料；及 將第二色彩指派給該第二通道中之該資料， 其中產生該多通道影像包含將具有指派給其之該第一色彩的該第一通道中之該資料與具有指派給其之該第二色彩的該第二通道中之該資料合併。
  119. 一種使用裝置使目標物件成像之方法，該方法包含： 傳輸第一複數個射頻(RF)脈衝； 接收由該第一複數個脈衝自該目標物件之反射產生的第二複數個RF脈衝；及 藉由整合自該第二複數個RF脈衝獲得之資料而產生複數個影像，其中整合該資料包含使用不同整合速率整合不同距離筐中之該資料，該不同距離筐中之距離筐之該整合速率係基於與該距離筐相關聯之距離而設定。
  120. 如請求項119之方法，其進一步包含設定對應於第一距離筐之第一速率及對應於第二距離筐之第二速率，其中該第一距離筐表示至少第一距離且該第二距離筐表示小於該第一距離之至少第二距離，且其中該第一速率小於該第二速率，且 其中該方法進一步包含使用該第一速率整合該第一距離筐中之該資料以及使用該第二速率整合該第二距離筐中之該資料。
  121. 如請求項119至120中任一項之方法，其中整合不同距離筐中之該資料包含同調地整合不同距離筐中之該資料。
  122. 如請求項119至121中任一項之方法，其中該第一複數個脈衝中之至少一個脈衝具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
  123. 如請求項119至122中任一項之方法，其中該第一複數個脈衝中之至少一個脈衝具有0.1 ms至10 ms之持續時間。
  124. 一種判定裝置與目標物件之間之距離的方法，該裝置包含耦接至第一射頻(RF)天線陣列之RF傳輸電路系統及耦接至第二RF天線陣列之RF接收電路系統，該裝置界定在實質上彼此正交之第一方向及第二方向上延伸的平面，該方法包含： 控制該RF傳輸電路系統以使得該第一RF天線陣列在該裝置之該平面外在一方向上傳輸第一RF信號，其中該第一RF天線陣列具有第一孔徑，該第一孔徑具有在該第一方向上延伸之第一寬度及在該第二方向上延伸之第一長度，該第一長度大於該第一寬度； 使用該第二RF天線陣列接收第二RF信號，該等第二RF信號由於該等第一RF信號經該目標物件反射而產生，其中該第二RF天線陣列具有第二孔徑，該第二孔徑具有在該第一方向上延伸之第二寬度及在該第二方向上延伸之第二長度，該第二長度小於該第二寬度；及 控制耦接至該RF接收電路系統之處理電路系統以判定該裝置與該目標物件之間的該距離。
  125. 如請求項124之方法，其中該等RF信號具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分。
  126. 如請求項124至125中任一項之方法，其中控制該RF傳輸電路系統以使得該第一RF天線陣列傳輸該等第一RF信號包含產生參考信號，且其中使用該第二RF天線陣列接收該等第二RF信號包含將該參考信號提供至該第二RF天線陣列。
  127. 一種製造裝置之方法，其包含： 獲得屬於第一半導體類型且藉由射頻(RF)傳輸天線陣列圖案化之第一半導體晶粒； 獲得屬於第二半導體類型且藉由RF接收天線陣列圖案化之第二半導體晶粒，該第二半導體類型不同於該第一半導體類型；及 至少部分地將該第一半導體晶粒及該第二半導體晶粒置放在基板上而製造該裝置。
  128. 如請求項127之方法，其中該第二半導體類型為矽基半導體類型，且該第一半導體類型為III-V半導體類型。
  129. 如請求項127至128中任一項之方法，其進一步包含將聚焦元件附接至該基板以使得該聚焦元件覆蓋該RF接收天線陣列之至少一部分。
  130. 如請求項127至129中任一項之方法，其進一步包含： 在將該第一半導體晶粒置放在該基板上之前，利用具有輸入端及複數個輸出端之RF功率分配器圖案化該基板；及 在將該第一半導體晶粒置放在該基板上之後，經由線接合將該RF功率分配器之該等輸出端耦接至該RF傳輸天線中之各別天線。
  131. 一種裝置，其包含： 基板； 磷化銦(InP)基晶粒，其安裝於該基板上，該磷化銦基晶粒具有整合於其上的射頻(RF)傳輸天線陣列，其中該RF傳輸天線陣列經大小設定以在300 GHz至3 THz之頻帶中傳輸RF信號； 矽基晶粒，其安裝於該基板上，該矽基晶粒具有整合於其上的RF接收天線陣列；及 處理電路系統，其耦接至該RF傳輸天線陣列且耦接至該RF接收天線陣列，且經組態以判定該裝置與目標物件之間的距離。
  132. 如請求項131之裝置，其進一步包含傳輸電路系統，該傳輸電路系統耦接至該RF傳輸天線陣列且經組態以使得該RF傳輸天線陣列在該頻帶中以10 dBm至30 dBm範圍內之功率位準傳輸該RF信號。
  133. 如請求項131至132中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列經大小設定以在650 GHz至690 GHz之頻帶中傳輸該RF信號。
  134. 如請求項131至133中任一項之裝置，其進一步包含： 信號產生電路系統，其耦接至該傳輸天線陣列，該信號產生電路系統包含升頻率轉換電路系統，該升頻率轉換電路系統經組態以接收具有第一頻率之輸入信號且產生具有為該第一頻率之倍數之第二頻率的輸出信號；及 接收電路系統，其耦接至該接收天線陣列且耦接至該信號產生電路系統。
  135. 如請求項134之裝置，其中該升頻率轉換電路系統包含一或多個二極體。
  136. 如請求項134之裝置，其中該接收電路系統包含諧波混頻器，該諧波混頻器包含矽-鍺(SiGe)異質接面雙極電晶體(HBT)。
  137. 如請求項131至136中任一項之裝置，其中該RF傳輸天線陣列包含4至128個天線，且該接收天線陣列包含32至1024個天線。
  138. 一種使目標物件成像之裝置，其包含： 射頻(RF)傳輸天線，其經組態以傳輸具有在300 GHz至3 THz之頻帶中之頻率成分的第一RF信號，該頻帶具有至少第一次頻帶及第二次頻帶； RF接收天線，其經組態以接收由該第一RF信號自該目標物件之反射產生的第二RF信號；及 處理電路系統，其經組態以產生具有第一通道及第二通道之多通道影像，其中該處理電路系統經組態以使用該第一次頻帶中之該第二RF信號的頻率成分判定該第一通道中之資料，且經組態以使用該第二次頻帶中之該第二RF信號的頻率成分判定該第二通道中之資料。
  139. 如請求項138之裝置，其中該頻帶具有10 GHz至60 GHz之頻寬。
  140. 如請求項138至139中任一項之裝置，其中該頻率成分處於650 GHz至690 GHz之頻帶中。
  141. 如請求項138至140中任一項之裝置，其中該處理電路系統進一步經組態以使用該多通道影像判定該目標物件相對於該裝置之位置。
  142. 如請求項138至141中任一項之裝置，其中該處理電路系統進一步經組態以： 將第一色彩指派給該第一通道中之該資料，及 將第二色彩指派給該第二通道中之該資料， 其中產生該多通道影像包含將具有指派給其之該第一色彩的該第一通道中之該資料與具有指派給其之該第二色彩的該第二通道中之該資料合併。
  143. 如請求項138至142中任一項之裝置，其進一步包含： 信號產生器，其經組態以產生RF參考信號；及 升頻率轉換電路系統，其經組態以升頻轉換該RF參考信號， 其中該處理電路系統經組態以藉由將該第二RF信號與該經升頻轉換RF參考信號混合來產生該多通道影像。
  144. 如請求項143之裝置，其中該升頻率轉換電路系統經組態以將該RF參考信號升頻轉換介於30與80之間之一因數。
  145. 如請求項143至144中任一項之裝置，其中該信號產生器經組態以產生待啁啾調頻(chirped)之該RF參考信號。
  146. 如請求項138至145中任一項之裝置，其中該頻帶進一步包含第三次頻帶，其中該多通道影像進一步包含第三通道，且其中該處理電路系統進一步經組態以使用該第三次頻帶中之該第二RF信號的頻率成分判定該第三通道中之資料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10852393B2 (en) * 2018-07-30 2020-12-01 GM Global Technology Operations LLC Method of calibrating a radar system
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