陣列天線裝置和雷達裝置的製作方法

2023-04-26 06:27:46

專利名稱：陣列天線裝置和雷達裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠抑制柵瓣的陣列天線裝置，並且涉及一種雷達裝置，其通 過使用該陣列天線裝置來檢測位於主瓣的掃描範圍內的目標。
背景技術：
例如，如在專利文獻JP-B-4147447中所公開的，提供這種陣列天線裝置以及雷 達裝置的技術是已知的。在專利文獻JP-B-4147447中公開的技術中，雷達裝置包括陣列 天線裝置，該陣列天線裝置配置為具有多個天線元件的發送陣列天線、連接到發送陣 列天線的發送處理單元、具有多個天線元件的接收陣列天線、以及連接到接收陣列天線 的接收處理單元。這個雷達裝置通過使用混合發送/接收方向性(compositetransmission/reception directivity),來檢測位於主瓣的掃描範圍內的目標，在混合發送/接收方向性中，發送陣 列天線的柵瓣的方向(即，光柵受抑制側)與接收陣列天線的零點的方向(即，光柵抑制 側)相一致。術語「混合發送/接收方向性」指代對光柵受抑制側上的方向性與光柵抑 制側上的方向性進行混合而產生的方向性。因而，混合發送/接收方向性能夠使得在光柵受抑制側上的柵瓣的方向與在光 柵抑制側上的零點的方向相一致。因此，可以抑制在光柵受抑制側上的柵瓣的方向上的 靈敏度，而同時可以檢測位於主瓣的掃描範圍內的目標。光柵受抑制側未必具有單一的柵瓣，而可具有多個柵瓣。類似地，光柵抑制側 不但具有主瓣，還具有多個柵瓣。此外，在光柵受抑制側上的波瓣以及在光柵抑制側上 的波瓣具有相同的方向間隔。以到主瓣的距離遞增的順序，可以將這些相應的柵瓣稱為 初級柵瓣，二級柵瓣，......N級柵瓣，或者稱為第一柵瓣，第二柵瓣，......第N柵瓣。根據在上面的專利文獻JP-B-4147447中描述的技術，在光柵受抑制側上的第一 柵瓣的方向，與在光柵抑制側上的主瓣與第一柵瓣之間的零點的方向相一致。因此，可 以使用混合發送/接收方向性來抑制在光柵受抑制側上的第一柵瓣的方向上的靈敏度。然而，儘管在上面的專利文獻JP-B-4147447中沒有公開，但是在光柵抑制側上 的波瓣之間的方向間隔，是在光柵受抑制側上的波瓣之間的方向間隔的「兩倍」(參照 JP-B-4147447的圖2)。因而，在光柵受抑制側上的第二柵瓣的方向將與在光柵抑制側上 的第一柵瓣的方向相一致。為此，隨同JP-B-4147447中描述的技術，不能使用混合發送 /接收方向性來抑制在光柵受抑制側上的第二柵瓣的方向上的靈敏度。因此，會產生以下 顧慮即，如果在可視區域中包括在光柵受抑制側上的第二柵瓣的方向，則可能會引起 目標檢測錯誤。為了消除這樣的顧慮，可以 減小在天線元件之間的間隔，從而在可視區域中， 在光柵受抑制側上的第二柵瓣的方向將與在光柵抑制側上的第一柵瓣的方向不相一致。 具體而言，例如可視區域展開至「士90° 」以內。為了在這個可視區域中柵瓣的方向 相互不一致，可以將在光柵抑制側上的天線元件的間隔設置為是使用的無線電波的波長λ的「一半」或更小。然而，將在光柵抑制側上的天線元件之間的間隔設置為這樣小的間隔在物理上 是困難的。由於這種困難性，可視區域本身需要變得更小以便不引起光柵。減小可視區 域本身可能導致目標檢測範圍的減小。因而，在專利文獻JP-B-4147447中公開的技術依 然具有改進的空間。

發明內容
根據上面描述的情形提出了本發明，本發明的一個目的是提供一種能夠擴寬可 視區域的陣列天線裝置，而同時增加天線元件之間的間隔，並且提供一種能夠通過使用 該陣列天線裝置來檢測目標的雷達裝置。為了實現該目的，作為一個方面，本發明提供陣列天線裝置，包括發送陣列 天線，其包括多個發送天線元件；發送側方向性控制單元，其通過控制多個發送天線元 件中的至少部分發送天線元件的相位來控制發送陣列天線的方向性；接收陣列天線，其 包括多個接收天線元件；以及接收側方向性控制單元，其通過控制多個接收天線元件中 的至少部分接收天線元件的相位來控制接收陣列天線的方向性，其中，陣列天線裝置具 有混合發送/接收方向性，在該混合發送/接收方向性中，發送陣列天線和接收陣列天線 之中的一個的柵瓣的方向，與發送陣列天線和接收陣列天線之中的另一個的零點或部分 旁瓣的方向相一致，並且發送陣列天線和接收陣列天線之中的另一個的柵瓣的方向，與 發送陣列天線和接收陣列天線之中的前述一個的零點或部分旁瓣的方向相一致，並且使 用該混合發送/接收方向性來在掃描範圍中進行掃描。


在附圖中圖1是示出根據一個實施例的包括陣列天線裝置的雷達裝置的總體配置的框 圖；圖2是示出陣列因數AF(U)的示例的圖示；圖3是示出在主瓣的方向為「45°，，時的情形下的陣列因數AF(e)的示例的圖 示；圖4是示出發送陣列天線的方向性的示例和接收陣列天線的方向性的用於解釋 柵瓣的出現原理的示例的圖示；圖5是示出對發送陣列天線的方向性和接收陣列天線的方向性進行混合而產生 的混合發送/接收方向性的用於解釋抑制柵瓣的方法的示例的圖示；圖6是示出根據實施例的分別具有虛線和實線的發送陣列天線的方向性的示例 和接收陣列天線的方向性的示例的圖示；圖7是示出根據實施例的對發送陣列天線的方向性和接收陣列天線的方向性進 行混合而產生的混合發送/接收方向性的圖示；圖8是示出根據修改實施例的雷達裝置的總體配置的框圖；
圖9是示出根據另一修改實施例的雷達裝置的總體配置的框圖；以及圖10是示出根據又一修改實施例的雷達裝置的總體配置的框圖。
具體實施例方式參照圖1至7，在下文中將會描述包括陣列天線裝置的雷達裝置的實施例。圖1 是示出根據本發明實施例的包括陣列天線裝置的雷達裝置1的總體配置的框圖。參考圖 1，首先描述雷達裝置1的配置和功能。如圖1中所示，雷達裝置1包括微型計算機10、振蕩器11、功率分解器12、發 送側移相器13、發送陣列天線14、接收陣列天線15、接收側移相器16、混頻器17以及 A/D轉換器18。 將微型計算機10連接到振蕩器11，使得微型計算機10位于振蕩器11的上遊， 而將功率分解器12連接到振蕩器11使得功率分解器12位于振蕩器11的下遊。振蕩器 11在由微型計算機10分配的頻段(例如，毫米波段)下提供振蕩。同時，振蕩器11產 生變換為三角波的高頻信號，並且將所產生的高頻信號輸出給功率分解器12。將發送陣列天線14經由發送側移相器13連接到功率分解器12，使得發送陣列 天線14位於功率分解器12的下遊。將混頻器17連接到功率分解器12。功率分解器12 將從振蕩器11輸入的高頻信號分成發送信號S和本地信號L。隨後，功率分解器12將 發送信號S經由發送側移相器13輸出給發送陣列天線14，並且將本地信號L輸出給混頻 器17。在發送陣列天線14與功率分解器12之間放置發送側移相器13，而同時將發送側 移相器13連接到微型計算機10。通過在(天線表面上的)平面(未示出)上以規則的間 隔排列的多個(例如，5個)發送天線元件14a至14e來配置發送陣列天線14。根據微 型計算機10的指令，發送側移相器13設置從功率分解器12輸入給發送天線元件14a至 的14e的每個發送信號S的一定量的相移。因而，經由發送側移相器13從功率分解器12輸入發送信號(電信號)S。發送 陣列天線14以發送波束(無線電波)的形式通過發送天線元件14a至14e將這些發送信 號S發射(radiate)到外面。每個發送波束的方向取決於輸入給發送天線元件14a至14e 的每個的發送信號S的相移量。基於發送陣列天線14的天線表面來決定每個發送波束的方向。具體而言，垂直 於天線表面的方向為「0°，，，而平行於天線表面的方向為「士90°，，針對發送天線元 件14a至14e的每個來控制發送信號的相位。因而，發送陣列天線14可以按所需的方向 範圍來對發送波束進行發射。換句話說，發送陣列天線14的方向性是變化的。另一方面，通過在平面(未示出)上以規則的間隔排列的多個(例如，3個)接 收天線元件15a至15c來配置接收陣列天線15。將接收天線元件15a至15c經由接收側 移相器16連接到混頻器17。當目標反射了從發送陣列天線14發射的發送波束(無線電 波)時，接收陣列天線15的接收天線元件15a至15c接收反射波束(無線電波)。隨後， 接收天線元件15a至15c以接收信號(電信號)R的形式將接收到的反射波束輸出給接收 側移相器16。根據微型計算機10的指令，接收側移相器16設置從接收天線元件15a至 15c輸入的每個接收信號R的一定量的相移，並且隨後將接收信號R輸出給混頻器17。因而，從連接在混頻器17上遊的接收側移相器16來將接收信號R輸入給混頻器 17。將微型計算機10經由A/D轉換器18連接到混頻器17，使得微型計算機10位於混頻器17的下遊。混頻器17將從接收側移相器16輸入的接收信號R和從功率分解器12 輸入的本地信號L進行混頻(進行同步檢測)，從而取出基帶信號。經由A/D轉換器18 將所取出的基帶信號轉換為數位訊號，並且隨後將轉換後的數位訊號輸出給微型計算機 10。在接收陣列天線15上的每個反射波束的入射的方向(下文稱為反射波束的「入 射方向」)取決於從接收天線元件15a至15c輸出的每個接收信號R的相移(相位差)的 量。基於接收陣列天線15的天線表面來決定反射波束的入射方向。具體而言，垂直於 天線表面的入射方向為「0°，，，而平行於天線表面的入射方向為「士90°，，。對於接 收天線元件15a至15c的每個來控制接收信號R的相位。因而，接收陣列天線15可以從 期望的方向範圍內接收反射波束。微型計算機10主要由包括CPU、ROM、RAM、備份RAM以及I/O (均未示
出)的微型計算機來配置。微型計算機10設置有處理單元(例如，DSP (數位訊號處理 器))，該處理單元對經由A/D轉換器18而從混頻器17獲取的基帶信號進行快速傅立葉 變換(FFT)處理。通過執行在ROM中存儲的各種控制程序，微型計算機10來進行各種處理。微型計算機10首先以從「-90°，，到「+90°，，的目標檢測範圍掃描主瓣的發射 角度，而同時允許發送陣列天線14發射發送波束。(因而，目標的檢測範圍對應於掃描 範圍。)當目標位於檢測範圍之內時，由目標來反射從發送陣列天線14發射的發送波。 隨後由接收陣列天線15接收反射波。微型計算機10判斷由接收陣列天線15接收的每個 接收信號R的強度是否等於或大於閥值。當它判斷出信號的強度等於或大於閥值時，微 型計算機10使用接收信號R的相位差(相移)來檢測目標的方向。以這種方式，雷達裝置1使用所謂的電子掃描法。微型計算機10對應於對象檢 測單元。在本實施例中，使發送陣列天線14的天線表面平行於接收陣列天線15的天線 表面，並且目標的檢測範圍為從「_90° 」到「+90° 」的範圍。下文描述柵瓣的出現原理。經由下面的表達式(1)來表示作為陣列天線的轉換 函數的陣列因數AF。在該表達式中，An是每個波源的振幅，d是天線元件的元件間隔， Θ。是主瓣的方向，並且N是天線元件的數量。
權利要求
1.一種陣列天線裝置，包括發送陣列天線，其包括多個發送天線元件；發送側方向性控制單元，其通過控制所述多個發送天線元件中的至少部分發送天線 元件的相位來控制所述發送陣列天線的方向性；接收陣列天線，其包括多個接收天線元件；以及接收側方向性控制單元，其通過控制所述多個接收天線元件中的至少部分接收天線 元件的相位來控制所述接收陣列天線的方向性，其中，所述陣列天線裝置具有混合發送/接收方向性，在所述混合發送/接收方向性中，所 述發送陣列天線和所述接收陣列天線之中的一個的柵瓣的方向與所述發送陣列天線和所 述接收陣列天線之中的另一個的零點或部分旁瓣的方向相一致，而所述發送陣列天線和 所述接收陣列天線之中的所述另一個的柵瓣的方向與所述發送陣列天線和所述接收陣列 天線之中的所述一個的零點或部分旁瓣的方向相一致，並且所述陣列天線裝置使用所述 混合發送/接收方向性來在掃描範圍中進行掃描。
2.根據權利要求1所述的陣列天線裝置，其中，所述發送天線元件和所述接收天線元件之中的一個的元件間隔Dt與所述發送天線元 件和所述接收天線元件之中的另一個的元件間隔Dr具有關係「Dt<Dr<DtX2」和「Dt < λ/Sin θ 」，其中λ是用於所述陣列天線裝置的無線電波的波長，並且「士 θ，，是所 述發送陣列天線和所述接收陣列天線的掃描範圍。
3.根據權利要求2所述的陣列天線裝置，其中，當所述掃描範圍是「士90°，，時，所述元件間隔Dt和所述元件間隔Dr具有關係 "Dr = DtX 1.5」 禾口 「Dt < λ 」。
4.根據權利要求1所述的陣列天線裝置，還包括移相器，所述移相器控制至少部分的 所述接收天線元件的相位，其中，所述接收側方向性控制單元使用所述移相器來控制所述接收陣列天線的方向性。
5.根據權利要求1所述的陣列天線裝置，還包括切換器，所述切換器控制至少部分的 所述接收天線元件的相位，其中，所述接收側方向性控制單元使用所述切換器來控制所述接收陣列天線的方向性。
6.—種雷達裝置，包括根據權利要求1所述的陣列天線裝置；以及基於接收信號來對對象進行檢測的對象檢測單元，所述接收信號是從所述發送陣列 天線發送的、由所述對象進行反射的、並且由所述接收陣列天線接收的無線電波。
全文摘要
本發明涉及陣列天線裝置和雷達裝置。陣列天線裝置包括發送陣列天線，其包括發送天線元件；發送側方向性控制單元，其通過控制至少部分的發送天線元件的相位來控制發送陣列天線的方向性；接收陣列天線，其包括接收天線元件；以及接收側方向性控制單元，通過控制接收天線元件的相位來控制接收陣列天線的方向性。陣列天線裝置具有混合發送/接收方向性，其中，發送陣列天線和接收陣列天線之中的一個的柵瓣的方向，與發送陣列天線和接收陣列天線之中的另一個的零點或部分旁瓣的方向相一致，並且之中的前述另一個的柵瓣的方向，與之中的前述一個的零點或部分旁瓣的方向相一致，並且使用該混合發送/接收方向性來在掃描範圍中進行掃描。
文檔編號G01S13/02GK102025026SQ20101028777
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者近藤旭 申請人:株式會社電裝