射頻脈衝信號發射器、接收器及包含發射器的收發機設備的製作方法

2023-05-19 22:17:36 2

專利名稱：射頻脈衝信號發射器、接收器及包含發射器的收發機設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於發射RF(RadiC) Frequency，射頻)脈衝信號的發射器、包括 該發射器的收發機設備以及用於接收由RF脈衝信號發射器發射的信號的接收器。
背景技術：
已知有多種類型的發射器(例如用於雷達應用)，其包括具有多個天線元件的陣 列天線，其中RF脈衝信號以相應的單個發射信號被提供給天線元件，且預先確定單個發射 信號的相位分布(相位的組合)以便朝特定方向將RF脈衝信號作為調製的電磁波束髮射。 此處使用的術語「RF脈衝信號」表示由已知類型的脈衝調製器電路生成的信號(如圖12的波形圖 所示)。該信號包括被較低幅度RF信號(此處稱為「脈衝關」狀態)的時段(PofT)分開的 較高幅度RF信號(此處稱為「脈衝開」狀態)的時段(Pon)。對於用於在高RF頻率生成該信號的實際類型的脈衝調製器電路，不可能在「脈衝 關」狀態期間完全排除RF信號分量。「脈衝關」狀態中的較低幅度RF信號在以下被稱為洩
漏信號分量。期望「脈衝開」和「脈衝關」部分的幅度比(即「脈衝開」狀態的幅度與洩漏信號幅 度的比)應足夠高。然而迄今為止這難以實現。為了嘗試減小洩漏信號分量的相對幅度， 已提出(例如在國際專利公開No. 2006/059367)併入一種開關，該開關將被控制成使RF脈 衝信號的每個「脈衝開」部分通過和阻斷每個「脈衝關」部分。還提出了併入用於僅在每個「脈衝 開」時段期間放大RF脈衝信號的放大器。然而，通過減小洩漏信號分量的相對幅度來提高發射/接收性能的這種方法具有 需要昂貴的附加裝置(如開關和放大器等)的缺點。

發明內容
本發明的目的是克服以上問題，實現RF脈衝信號的洩漏信號分量的負面效果的 減小，而不需要使用額外的開關或放大器來實現該目的。為了實現該目的，根據第一方面，本發明提供了一種RF脈衝信號發射器，其具有 由以固定間距設置的天線元件的陣列形成的發射天線；以及RF脈衝信號提供電路，其提供 要由所述天線發射的(作為電磁波的)RF脈衝信號(為對應於相應的天線元件的多個單個 的發射信號)。如上所示，RF脈衝信號是高頻率信號，其在被稱為「脈衝開」狀態的高幅度 狀態的時段和被稱為「脈衝關」狀態的低幅度狀態的時段(包含洩漏信號分量的時段)之 間交變。在此「高頻」表示例如微波範圍內的頻率。 該設備進一步包括相位調節電路，其被控制成調節各個發射信號的相位分布。該 設備還包括方向控制電路，其控制相位調節電路以在「脈衝開」時段期間設置相位分布，使 得從陣列天線朝預定發射方向發射RF脈衝信號(即作為調製的電磁波)。
該設備特徵在於進一步包括相位改變電路，其控制相位調節電路以建立「脈衝關」 狀態期間的各個發射信號的相位分布，該相位分布不同於「脈衝開」狀態的每個時段期間的相位分布。更具體地，取決於發射器的應用，各個發射信號的相位分布可在多個相繼的「脈衝 開」時段中的每個時段期間保持不改變，或可在相繼的「脈衝開」時段中依次地改變(即用 於建立相繼不同的發射方向)。然而在任一情況下，本發明可確保在與RF脈衝信號的「脈 衝開」時段期間建立的發射方向(發射的束方向)相同的方向中，不會以最大強度輻射由 RF脈衝信號的洩漏信號分量導致的電磁波。以這種方式，與其中相位分布相對於「脈衝開」時段期間的相位分布保持不變的情 況相比，確保了在每個「脈衝關」時段期間在發射方向上來自天線的輻射功率的水平(即從 RF脈衝信號的洩漏信號分量導致的發射的噪聲)被顯著減小。因而，在每個「脈衝關」時段期間由RF脈衝信號的洩漏信號分量導致的從天線發 射的噪聲水平(即在與「脈衝開」時段期間發射的束相同的方向上作為電磁波發射的噪聲) 降低的情況下，可實現改進的性能。另一方面，本發明提供了一種包括上述發射器的收發機設備，其中陣列天線被共 用為發射天線和接收天線。當在天線處接收回從天線發射的RF脈衝信號(即從某物體反 射回的電磁波)時，在發射的RF脈衝信號的每個「脈衝關」狀態的時段期間，該信號作為分 別來自對應天線元件的多個單個的接收信號被接收。收發機設備包括多個循環器(即微波循環器)。每個循環器在將單個發射信號和 單個接收信號彼此隔離的同時，將對應的單個發射信號轉移到對應的天線元件，還轉移來 自對應天線元件的對應的單個接收信號。各個接收信號從循環器轉移到收發機設備的接收 器電路，這些信號被組合成單個接收信號。在現有技術中，通過這種類型的收發機設備，發射的RF脈衝信號的洩漏信號分量 (在該信號的每個「脈衝關」時段期間出現)通過與各個循環器內的單個接收信號相互作 用而造成對各個接收信號的幹擾。當接收信號和發射信號是相同相位時該幹擾特別強。然 而，如上所述，當在這樣的收發機設備中應用根據本發明的發射器時，每個「脈衝關」時段期 間各個發射信號的相位分布(即這些單個的發射信號的相應洩漏信號分量的相位分布)與 「脈衝開」時段中的相位分布不同。結果，可有效地減小由所發射的RF脈衝信號的洩漏信號分量造成的在循環器內 出現的幹擾。除了根據本發明的發射器的上述基本優點(即降低了每個「脈衝關」時段期間在發射的束方向上輻射的噪聲功率的水平)之外，還獲得了該優點。
另一方面，本發明提供了一種包括上述發射器的收發機設備，其具有由以固定間 距布置的天線元件的第二陣列形成的第二陣列天線。收發機設備進一步包括接收器電路， 其接收從第二陣列天線的對應天線元件分別提供的多個單獨的接收信號；以及接收側相位 調節電路，其被控制成調節各個接收信號的相位分布。收發機設備還包括用於選擇距離選 通時段的接收方向控制電路。距離選通時段是與所發射的RF脈衝信號的「脈衝開」時段的 持續時間近似相同的時段，其在「脈衝開」時段之後經過預定時間後開始。接收方向控制電 路還控制接收側相位調節電路以建立距離選通時段期間的各個接收信號的第一相位分布， 第一相位分布被預設成最大化對相應於發射方向的接收信號的接收靈敏度。
更具體地，在距離選通時段期間，確定第一相位分布，以便最大化對接收信號的接收靈敏度，該接收信號由沿特定方向(即在前的「脈衝開」時段期間所發射的束的方向)到 達的接收電磁波生成。收發機設備進一步包括距離選通時段掃描電路，用於在所發射的RF脈衝信號的 相繼「脈衝開」時段之間的時段內掃描距離選通時段的定時。該收發機設備特徵在於包括接收側相位改變電路，其控制接收側相位調節電路以 建立各個接收信號的第二相位分布，第二相位分布不同於第一相位分布。除了接收方向控 制電路施加控制以建立第一相位分布的每個時段(即距離選通時段)之外，連續地建立第 二相位分布。以這種方式，只在每個距離選通時段期間優化接收靈敏度，使得可以有效地增加 對於接收信號傳遞的噪聲的阻抗。


圖1是示出第一實施例的總體配置的框圖，示出的是RF脈衝信號發射器；圖2是通過第一實施例執行的束髮射處理的流程圖；圖3A是用於描述通過第一實施例生成的RF脈衝信號的時序圖；圖3B示出通過第一實施例生成的相繼發射的束的相應的方向圖；圖4示出緊接在從信號的「脈衝開」時段到「脈衝關」時段的轉變之後的RF脈衝 信號的波形圖；圖5是用於描述改變分別提供給第一實施例的天線元件的各個發射信號的相位 分布的效果的波形圖；圖6是示出對於各個天線元件的單獨的RF脈衝信號的相位不改變的情況和對於 各個相位被改變以減小洩漏信號(噪聲)分量的情況，所發射的RF脈衝信號的圖；圖7是示出第二實施例的總體配置的框圖，示出的是包括第一實施例的發射器的 RF脈衝信號收發機設備；圖8A和8B是用於描繪第二實施例中使用的循環器的操作原理的圖，圖9是示出第三實施例的總體配置的框圖，示出的是包括第一實施例的發射器的 RF脈衝信號收發機設備；圖10是通過第三實施例執行的處理的流程圖；圖11示出用於描繪第三實施例的操作的時序圖；以及圖12是示出RF脈衝信號的波形圖。
具體實施例方式第一實施例圖1是示出第一實施例的總體配置的框圖，所示出的是由附圖標記1表示的發射 器。如圖1所示，發射器1包括陣列天線11、發射器部12、信號分配器13、發射側相位調節 部14和信號處理部15。陣列天線11具有五個天線元件11a。發射器部12生成高頻信號 (RF信號)作為發射信號，該信號被所示的信號分配器13在五個路徑之間分割，以經由發射 側相位調節部14提供給各個天線元件11a。發射側相位調節部14具有五個移相器14a，通過從信號處理部15提供的命令信號來控制移相器14a以調節從信號分配器13輸出的各個 發射信號的相應相位。除了控制這些相位之外，信號處理部15生成用於控制發射器1的各 個部件的命令信號。因而應理解發射器1可發射電磁波束，所述電磁波束具有通過調節分別提供給天 線元件Ila的各個發射信號的相位而控制的方向圖。如以下所述，根據信號處理部15產生 的發射側束調節命令進行上述的調節。信號處理部15是由CPU、ROM、RAM、A/D轉換器等形成的一般類型的微型計算機， 其通過執行包括生成發射側束調節命令等的處理來控制高頻信號的發射。
以下參考圖2的流程圖和圖3A的時序圖來說明信號處理器部15執行的處理(以 下稱為束髮射處理)，該處理用於在所發射的RF脈衝信號的相繼的「脈衝開」時段期間以預 定順序從陣列天線11生成朝向相繼不同方向的電磁波束。在信號處理部15工作時，即在 負載功率被提供給信號處理部15時，該處理被信號處理部15重複執行。當開始執行處理時，首先(步驟S10)信號處理部15將發射方向命令值Kb設為發 射方向初始值θ ini，對於該實施例該值是-10° (例如是方位角)。接著在步驟S20，相位 差調節命令被提供給發射側相位調節部14。這些命令是(1) 「發射開」相位調節命令，其指定在圖3A所示的「發射開」時段TSon (即對應 於由發射器部12生成的RF脈衝信號的「脈衝開」時段)期間的多個單獨的發射信號的相 位分布，從而陣列天線11朝由發射方向命令值Kb指定的方向θ k發射電磁波束，以及(2) 「發射關」相位調節命令，其指定直到隨後的「發射開」時段TSon開始時要被 建立(即在RF脈衝信號的隨後的「脈衝關」時段期間建立)的多個單獨的發射信號的相位 分布，該相位分布不同於「發射開」時段TSon的相位分布。從而減小了朝著由發射方向命 令值Kb指定的方向自陣列天線11發射的作為噪聲的電磁波(由RF脈衝信號的洩漏信號 分量產生)的水平。在此，「相位分布」表示提供給陣列天線11的天線元件Ila的多個單獨的發射信號 的相位的特定組合。特別地，在此處說明的實施例的情況下，「相位分布」表示相鄰天線元件 的各個發射信號之間的預定的固定量的相移。由「發射開」相位調節命令所表達的相位分布使得相鄰的天線元件Ila的各個發 射信號之間的相位差Φ 遵從以下等式φ k = ( π · d · sin θ k) / λ ... (1)。在此，「d」表示天線元件Ila的陣列的間距，而λ表示所發射的電磁波的波長。由「發射關」相位調節命令所表達的相位分布使得相鄰天線元件Ila之間的相位 差Φ 遵從以下等式Φ = 2 π/N." (2)。在此，N表示構成天線元件Ila的元件的數目。在S20之後，執行S30，其中信號處理部15將下文中被稱作「脈衝開」命令的命令 發射到發射側相位調節部14。結果，發射側相位調節部14首先在「發射開」時段TSon (在 該實施例中是例如10納秒)期間將天線元件Ila的各個發射信號設為由「發射開」相位調 節命令指定的相位分布。當經過了「發射開」時段TSon時，發射側相位調節部14將各個發 射信號設為由「發射關」相位調節命令指定的相位分布。
在步驟S30之後，在步驟S40中，開始增加發射延續時段判斷定時器值TMl。使用 信號處理部15的RAM來實施該定時器，在本實施例中，每100納秒增加一次。在步驟S50，增加發射延續時段判斷定時器值TM1，並判斷定時器是否到達脈衝時 段判斷值JTl (在該實施例中，對應於例如500納秒)。如果還沒有到達該值，則重複步驟 S50。如果發現到達了值JTl (步驟S50中的是)，則停止增加發射延 續時段判斷定時器 值TM1，且定時器值被重置為零(步驟S60)。因此，在執行步驟S40之後第一次執行步驟 S50時，發射延續時段判斷定時器值TMl的增加總是從為零的初始定時器值開始。然後判斷(步驟S70)發射方向命令值Kb是否超過了發射方向上限值JKm(在該 實施例中為+10° )。如果判斷出沒有超過發射方向上限值JKm(步驟S70中的否)，則更新 發射方向命令值Kb (在該實施例中，將10°加到Kb的當前值上)，操作返回步驟S20。然後 重複步驟S20-S80的處理。如果到達了限制值JKm(步驟S70的是)，則結束對束髮射處理的這種執行。對於該實施例，當圖2的處理開始時所發射的束方向初始被設為10° (在步驟 S10)，且每次執行步驟S80時加10°。可理解在每次執行圖2的處理中，建立了三個相繼的 束方向(-10°，0°，10° )，分別對應於圖3A所示的三個相繼的「脈衝開」時段PN1、PN2和 PN3，對於該實施例每個「脈衝開」時段的持續時間為10納秒。此外如圖3A所示，利用等於 脈衝時段判斷值JTl的時段來分開相繼的「脈衝開」時段Pm、PN2和PN3。作為在每次執行步驟S20中(即對應於「脈衝開」時段Pm、PN2和PN3的三個相繼 的執行)由所提供的「發射開」相位調節命令表達的相應相位分布的結果，在天線元件Ila 的各個發射信號的相位被如上所述相應地調節的情況下，陣列天線11相繼地建立了圖3B 所示的束方向圖DP1、DP2、DP 3 (分別對應於「脈衝開」時段Pm、PN2和PN3)。也就是說，當 分別在「脈衝開」時段PN1，PN2和PN 3期間發射方向θ k分別變為-10°，0°和10°時， 出現來自陣列天線11的最大發射功率。下面參考圖4和5說明通過各個發射信號的相位調節來在每個「脈衝關」時段(圖 3A中的時段JT1、JT2)期間減小RF脈衝信號的洩漏信號分量朝著特定方向發射的強度的 原理。圖4示出了緊接在從「脈衝開」時段到「脈衝關」時段的改變之後的相應的各個發射 信號的相位，示出了每個信號從在「脈衝開」時段期間存在的相位狀態到針對「脈衝關」時段 建立的相位狀態的轉變。上述實施例的五個天線元件分別標記為AN1-AN5，且假定各個發射 信號在「脈衝開」時段期間具有相同的相位，即在「脈衝開」時段期間朝陣列天線11的視軸 (0° )方向發射波束。在隨後的「脈衝關」時段期間，如果使各個發射信號的相位分布不改 變，則經組合的多個單獨的發射信號(所發射的RF脈衝信號)將如圖5的Wll所示。在這 種情況下，所發射的RF脈衝信號的洩漏信號分量將產生顯著的幹擾，即在與之前的「脈衝 開」時段期間相同的方向上具有最大強度。如果如圖4的波形W2所示，相鄰天線元件之間的相位差被設為45°，則在「脈衝 關」時段期間經組合的多個單獨的發射信號(即針對朝著在「脈衝開」時段中建立的方向的 發射)將具有如下的有效幅度，該有效幅度是相位分布不改變時的幅度的1/2。這在圖5中 以波形W12示出。相似地，如果在「脈衝關」時段期間的天線元件之間建立90°的相位差，如圖4的波形W3所示，則在「脈衝關」時段中經組合的多個單獨的發射信號的有效幅度將減小到1/5，如圖5的波形W13所示。因而，應理解在圖2的步驟S20中由「發射關」相位調節命令指定的相位分布用來 確保在「脈衝開」時段期間陣列天線11朝由命令值Kb指定的方向發射了束之後，在隨後 的「脈衝關」時段期間各個發射信號(洩漏信號)的相位分布被適當地改變，以建立陣列天 線11的與「脈衝開」時段期間的方向圖大為不同的方向圖。因而，可有效減小所發射的由RF脈衝信號的洩漏信號分量導致的噪聲的影響，即 在「脈衝開」時段期間朝方向θ k發射的信號功率與在「脈衝關」時段期間朝方向9 k發射 的(噪聲)信號功率的比有效地增加。圖6示出了針對上述方法獲得的結果。在圖6中，PS 11表示在「脈衝關」時段期 間的各個發射信號的相位分布相對於「脈衝開」時段期間保持不變的情況下，每個「脈衝關」 時段期間經組合的信號的相對幅度(例如作為所發射的電磁波的強度被檢測到的)。PS 12 表示如上所述在每個「脈衝關」時段期間適當地調整各個發射信號的相位分布的情況下的 對應幅度。如所示出的那樣，可實現在每個「脈衝關」時段期間由洩漏信號分量導致的噪聲 水平的顯著降低。上述實施例的基本優點在於在不需要使用額外的裝置(如開關或放大器等)的 情況下有效地實現了期望的目的。因而，在實現期望的結果的同時，可利用RF脈衝信號發 射器的現有系統硬體。除了上述洩漏信號分量(具有相位的信號分量)之外，在每個「脈衝關」時段期間， RF脈衝信號還包含隨機噪聲分量Nr。如果洩漏信號分量大於噪聲Nr，則如上所述可通過 降低Nc來實現發射器1的改進的發射性能。也就是說，使Nc小於Nr不能獲得進一步的改進。相對於所附權利要求而言，發射器部12、信號分配器13和圖2的流程圖的步驟 S30的處理結合起來對應於脈衝信號提供電路。發射側相位調節部14對應於發射側相位調 節電路。步驟S20的處理對應於發射方向控制電路以及發射側相位改變電路。第二實施例圖7是示出第二實施例的總體配置的框圖，所示出的是RF脈衝信號收發機設備2。 如圖所示，收發機設備2包括陣列天線21 (陣列天線21具有天線元件21a的陣列)、信號 分離器部22、發射器部23、信號分配器24、發射側相位調節部25、接收側相位調節部26、信 號組合器27、接收器部28和信號處理部29。信號分離器部22將各個發射信號分布(相位 調節)到天線元件21a中的相應天線元件，從天線元件21a中的相應天線元件接收各個接 收信號。發射器部23被信號處理部29控制，以生成針對在前實施例的發射器部12描述的 RF脈衝信號，其被提供給信號分配器24。信號分配器24和發射側相位調節部25的功能分 別與上述第一實施例的信號分配器13和發射側相位調節部14的功能相同(即發射側相位 調節部25的移相器25a的功能對應於發射側相位調節部14的移相器14a的功能)，因此省 略其詳細說明。從發射側相位調節部25產生的經相位調節的各個發射信號經由信號分離 器部22被傳送到天線元件21a中的相應天線元件。接收側相位調節部26由多個移相器26a形成，移相器26a分別對從信號分離器部 22提供的各個接收信號進行相位調節。信號組合器27組合來自接收側相位調節部26的所生成的經相位調節的各個接收信號，並將所生成的經組合的接收信號提供給接收器部28。接收器部28對經組合的接收信號進行頻率轉換、濾波和放大，並將結果提供給信號處理部 29。信號處理部29產生用於控制收發機設備2的各個部件的各種類型的命令，還基於從接 收器部28接收到的輸出進行各種形式的處理。對於該實施例，通過獨立地控制多個單獨的發射信號的相位和多個單獨的接收信 號的相位，彼此無關地控制從陣列天線21產生的發射束的方向圖和陣列天線21的接收束 的方向圖。各個發射信號和各個接收信號具有微波範圍內的頻率，信號分離器部22由如圖7 所示方式連接的五個微波循環器22a形成。該實施例的循環器的內部配置和操作如圖8A 和8B所示。使用微帶線形成循環器。由薄金屬膜形成的環狀帶PT連接到三個1/0(輸入 /輸出)端TNI、TN2、TN3,並被布置在鐵氧體襯底上。在薄膜PT上布置柱形永久磁體(由 坡莫合金形成，圖中未示出)，以對鐵氧體襯底施加單向磁場。如果沒有施加磁場，則如圖8A所示，當通過I/O端TN 1輸入電磁波(即微波)時， 將分別從I/O端TN2和TN3產生相同的輸出。然而，如果如圖8B所示施加磁場Hdc，則鐵氧 體中電子的自旋與磁場Hdc相互作用，導致電磁傳播模式的轉換。通過施加適當強度的磁 場Hdc (如該實施例的循環器22a那樣)，模式變為旋轉30°。因而，例如，通過I/O端TNl 輸入的電磁波被轉移到從I/O端TN2輸出，不從I/O端TN3產生輸出。信號處理部29是由CPU、ROM、RAM、A/D轉換器等形成的通常類型的微型計算機， 其進行處理以控制由發射器部23生成RF脈衝信號，且控制在RF脈衝信號的每個「脈衝開」 時段期間從陣列天線21發射高頻波的方向，如以上針對第一實施例所述。信號處理部29 進一步執行用於控制在每個「脈衝關」時段期間的陣列天線21的接收束方向圖的處理，如 以下所述。由於本實施例的發射操作(在信號處理部29的控制下由信號分配器24和發射側 相位調節部25進行)與針對第一實施例描述的發射操作相似，因此省略其詳細說明。對於該實施例，在每個「脈衝關」時段期間，對接收器部28提供來自信號組合器27 的接收信號(通過由接收側相位調節部26對天線元件21a的相應的各個接收信號進行相 位調節之後組合這些信號而產生該接收信號)。在每個「脈衝關」時段期間，存在如下危險 所發射的RF脈衝信號的上述洩漏信號分量將進入信號分離器部22的接收側，即幹擾循環 器22a的操作從而幹擾從天線元件21a提供的接收信號。從而可降低收發機設備2的接收 性能。特別地，如果來自天線元件21a的各個接收信號具有與天線元件21a的對應天線 元件的各個發射信號相同的相位，則該幹擾的影響特別大。然而，對於本實施例，由於以與參考圖2的流程圖針對第一實施例描述的發射操 作相同的方式控制發射操作，即在每個「脈衝開」時段之前發出「發射關」相位調節命令以 指定在隨後的「脈衝關」時段期間各個發射信號的適當相位分布(與「脈衝開」時段不同的 相位分布)，確保了由所發射的RF脈衝信號的洩漏信號分量造成的幹擾被有效地減小。特 別地，每個「脈衝關」時段期間在循環器22a內發生的幹擾被減小。因此，收發機設備2的 接收性能被提高了。對於上述第二實施例，發射器部23、信號分配器24以及步驟S30和S60的處理結合起來對應於所附權利要求中提及的脈衝信號提供電路，而發射側相位調節部25對應於 發射側相位調節電路，循環器22a和接收器部28結合起來對應於接收器電路。第三實施例將說明第三實施例，其是具有圖9的框圖所示的總體配置的雷達收發機設備3。收發機設備3與在前實施例基本不同之處在於分別分開地提供接收天線和發射天線，發射 信號的信號路徑與接收信號的信號路徑分開。如圖所示，收發機設備3包括陣列天線31 (該陣列天線31具有天線元件31a的陣 列)、發射器部32、信號分配器33、發射側相位調節部34、陣列天線35、接收側相位調節部 36、信號組合器37、接收器部38和信號處理部39。如針對第一實施例的發射器部12所述， 發射器部32在信號處理部39的控制下生成RF脈衝信號，RF脈衝信號被提供給信號分配 器33。發射器部32、信號分配器33、發射側相位調節部34和陣列天線31的功能分別與上 述第一實施例的發射器部12、信號分配器13、發射側相位調節部14和陣列天線11的功能 相同，且被信號處理部39控制(如針對第一實施例的信號處理部15執行的控制所描述的 那樣)，因此省略其詳細說明。另外，接收器部38、信號組合器37、接收側相位調節部36和陣列天線35的功能分 別對應於上述第二實施例的接收器部28、信號組合器27和接收側相位調節部26的功能，但 是由信號處理部39以如下所述的專用於本實施例的方式控制這些部件從陣列天線35的 天線元件35a產生的各個接收信號被分別直接提供給接收側移相器36a中的對應的接收側 移相器。信號處理部39是由CPU、ROM、RAM、A/D轉換器等形成的通常類型的微型計算機， 其進行處理以控制收發機設備3的各個部件，如下所述。以下參考圖10的流程圖和圖11的時序圖說明由信號處理部39執行的用於控制 發射和接收操作的處理。該處理在信號處理部39工作時由信號處理部39重複執行。首先(步驟S310)，信號處理部39將發射方向命令值Kb設為初始值θ ini，對於 本實施例為-10°。接著，在步驟S320，將距離選通時段開始定時值JT2設為初始距離選通時段開始 定時值Tini。這是接收距離選通時段RG開始的定時，如圖11所示。在步驟S330，將「發射開」相位調節命令和「發射關」相位調節命令提供給發射側相 位調節部34。如以上針對第一實施例所述，「發射開」相位差調節命令(對於提供給天線元 件31a的各個發射信號)指定預定的相位分布，從而陣列天線31在發射器部32生成的RF 脈衝信號的下一「脈衝開」時段期間(具有持續時間TSon，在本實施例中例如是10納秒) 生成在由發射方向命令值Kb指定的方向上具有最大強度的束，而「發射關」相位差調節命 令指定預定的相位分布，從而來自天線元件31a的束(沿發射方向命令值Kb指定的方向) 的強度在隨後的「脈衝關」時段期間被最小化。接著在步驟S340，距離選通時段開始定時值JT2、「接收開」相位差調節命令以及 「接收關」相位差調節命令被提供給接收側相位調節部36。「接收開」相位差調節命令指定 來自陣列天線35的各個接收信號的預定相位分布，從而對於由發射方向命令值Kb指定的 方向出現最大接收靈敏度(即對於沿該方向到達的接收波的最大接收靈敏度)。「接收關」 相位差調節命令指定各個接收信號的預定相位分布，從而對於由發射方向命令值Kb指定的方向出現最小(即零)接收靈敏度。結果，(如圖11的時序圖所示)，當在步驟S350 「脈衝開」時段開始時，在經過了對應於距離選通時段開始定時值JT2的時段之後，接收側相位調整部36調整各個相應接收 信號的相位分布，以變為如「接收開」相位差調整命令所指定的那樣，然後經相位調整的各 個接收信號被信號組合器37組合成單個的接收信號，其被提供給接收器部38。在距離選通時段RG的時段(對於本實施例具有持續時間TSon)期間持續這種情 況，然後接收側相位調整部36調整各個相應的接收信號的相位分布，以變為如「接收關」相 位差調整命令所指定的那樣。從下一「脈衝開」時段的開始重複上述操作，如以下所述那樣施加距離選通時段開 始定時值JT2的更新值。在步驟S340之後，執行步驟S350，其中信號處理部39向發射器部32和發射側相 位調節部34發射「脈衝開」命令。結果，發射側相位調節部34首先在上述「發射開」時段 (持續時間TSon，在本實施例中例如10納秒)期間將天線元件31a的各個發射信號設為由 「發射開」相位調節命令指定的相位分布。當經過了「發射開」時段時，發射側相位調節部34 將各個發射信號設為由「發射關」相位調節命令指定的相位分布。在步驟S350之後，在步驟S360中，開始增加發射持續時段判斷定時器TMl。使用 信號處理部39的RAM來實施該定時器，對於本實施例，例如每100納秒增加一次。接著，在步驟S370，判斷發射持續時段判斷定時器值TMl是否到達了脈衝時段判 斷值JTl (表示發射器部32生成的RF脈衝信號的一個周期的持續時間，例如對於本實施例 表示500納秒)。如果沒有到達該值，則增加定時器且重複步驟S370。如果發現到達了值JTl (步驟S37的是)，則停止增加發射持續時段判斷定時器值 TMl，定時器值被重置為零(步驟S380)。接著，在步驟S390，判斷距離選通時段開始定時值JT2是否超過了脈衝時段判斷 值JT1。如果沒有(即步驟S390的否判決)，則執行步驟S400，其中距離選通時段開始定時 值JT2通過增加預定的距離選通時段開始更新值而得以更新。然後操作返回步驟S330，從 步驟S330開始重複上述處理。對於本實施例，距離選通時段開始更新值與「發射開」時段 值TSon相同。然而，如果在步驟S390發現距離選通時段開始定時值JT2超過了脈衝時段判斷值 JT1，則執行步驟S410。在步驟S410，判斷發射方向命令值Kb是否超過了發射方向上限值 JKm(對於本實施例，例如是+10° )。如果沒有超過發射方向上限值JKm(步驟S410的否)， 則在步驟S420通過增加發射方向命令值Kb (例如以10° )來更新發射方向命令值Kb。然後執行步驟S430，其中距離選通時段開始定時值JT2被設為初始距離選通時段 開始定時值Tini。然後操作返回步驟S330，從步驟S330開始重複以上處理。如果達到了發射方向的上限值JKm(步驟S410的是)，則結束處理的執行。對於本實施例，從以上內容可理解到，控制在由發射器部32生成的RF脈衝信號的 「脈衝開」時段(具有持續時間TSon)，從而朝由發射方向命令值Kb指定的方向發射電磁波 束。該控制基於步驟S340的「發射開」相位調節命令。在開始「脈衝開」時段之後經過了距 離選通時段開始時段JT2之後，在接收距離選通時段的時段(也具有持續時間TSon)期間， 接收側相位調節部36被控制以提供針對接收波(該接收波從由發射方向命令值Kb指定的方向到達)的最大接收靈敏度(即信號組合器37得出的經組合的接收信號的最大幅度)。該控制基於步驟S340的「接收開」相位調節命令。在距離選通時段期間之外的時間，接收側相位調節部36被控制以建立來自天線 元件35a的各個接收信號的相位分布，其與在前的「脈衝開」時段期間的各個發射信號的相 位分布不同。從而降低了針對從由發射方向命令值Kb指定的方向到達的接收波的接收靈 敏度。該控制基於步驟S340的「發射關」相位調節命令。依據步驟S 390所確定的結果，該操作在固定的多次相繼RF脈衝信號時間段重 復，在循環期間束方向θ k保持不變而通過步驟S400的更新操作在相繼的「脈衝開」時段之 間的每個脈衝間時段內(即在每個「脈衝關」時段內)掃描距離選通時段的開始定時JT2。 每次發射方向9k被更新了時(S310或步驟S420)重複該操作序列，而距離選通時段的開 始定時JT2被重置為初始定時Tini (步驟S320或S430)。以這種方式，除了如上所述針對第一實施例描述的發射器部的優點之外，通過對 來自陣列天線35的各個接收信號的相位分布的適當調節，通過在每個距離選通時段之外 的時間降低收發機設備的接收靈敏度，實現了改進的接收性能(改進了接收噪聲阻抗)。應 理解該實施例可用作雷達設備，其接收反射的電磁波，該電磁波一般沿與所發射的電磁波 基本相同的方向返回。應注意到儘管針對收發機設備包括了根據第一實施例的發射器的情況說明了第 三實施例，同樣也可以結合現有技術類型的RF脈衝信號發射器(其不改變「脈衝關」時段 中各個發射信號的相位分布)來利用第三實施例的接收器部。因此應理解本發明不限於上述實施例，可想到所述實施例的落入本發明的要求保 護的範圍內的各種改型或替代配置。
權利要求
一種發射器，包括，第一陣列天線，包括以固定間距排列的多個第一天線元件，射頻脈衝信號提供電路，被配置成向所述多個第一天線元件中相應的天線元件提供作為多個單獨的發射信號的射頻脈衝信號，所述射頻脈衝信號在高幅度的「脈衝開」狀態和低幅度的「脈衝關」狀態之間交變，發射側相位調節電路，被控制以調節所述單獨的發射信號的相位分布，以及發射方向控制電路，被配置成在所述「脈衝開」狀態期間控制所述發射側相位調節電路，以建立所述單獨的發射信號的第一相位分布，從而從所述天線朝預定方向將所述射頻脈衝信號作為電磁波發射，其中所述發射器包括發射側相位改變電路，被配置成在所述「脈衝關」狀態期間控制所述發射側相位調節電路，以建立所述單獨的發射信號的第二相位分布，所述第二相位分布不同於所述第一相位分布。
2.一種包括根據權利要求1所述的發射器的收發機設備，其中所述第一陣列天線共用 為發射天線和接收天線，在所述射頻脈衝信號的所述「脈衝關」狀態期間從所述多個第一天 線元件中相應的天線元件產生多個單獨的接收信號，其中所述收發機設備包括多個循環器，被耦合成在隔離所述單獨的接收信號與所述單獨的發射信號的同時，向 所述多個第一天線元件提供所述單獨的發射信號和從所述多個第一天線元件接收所述單 獨的接收信號，以及接收器電路，被耦合成從所述循環器接收所述接收信號。
3.—種收發機設備，包括 根據權利要求1所述的發射器，第二陣列天線，包括以固定間距排列的多個第二天線元件，接收器電路，被耦合成接收從所述多個第二天線元件中相應的天線元件提供的多個單 獨的接收信號，接收側相位調節電路，被控制成調節所述單獨的接收信號的相位分布， 接收方向控制電路，被配置成在所述單獨的發射信號的所述「脈衝開」狀態的終止和 所述「脈衝開」狀態的下一發生之間的脈衝間時段內，選擇距離選通時段，所述距離選通時 段在所述「脈衝開」狀態的發生之後經過了預定的調節開始時段之後開始；以及控制所述接 收側相位調節電路以在所述距離選通時段期間建立所述單獨的接收信號的第一相位分布， 以便最大化關於對應於所述預定方向的接收信號的接收靈敏度，所述距離選通時段的持續 時間基本上等於所述「脈衝開」狀態的持續時間，以及距離選通時段掃描電路，被配置成在所述脈衝間時段內掃描所述距離選通時段， 接收側相位改變電路，被配置成在所述接收方向控制電路施加用於建立所述第一相位 分布的控制之外的時候，控制所述接收側相位調節電路，以建立所述單獨的接收信號的第 二相位分布，所述第二相位分布不同於所述第一相位分布。
4.根據權利要求3所述的收發機設備，其中所述單獨的接收信號的所述第二相位分布 被預先確定以最小化對相應於所述預定方向的接收信號的所述接收靈敏度。
5.一種結合發射器使用的接收器，用於接收由所述發射器朝預定方向作為電磁波發射 的射頻脈衝信號，所述接收的射頻脈衝信號在高幅度的「脈衝開」狀態和低幅度的「脈衝關」狀態之間交變，所述接收器包括陣列天線，包括以固定間距排列的多個天線元件，接收器電路，被配置成獲取作為從所述多個天線元件中的相應天線元件供給的多個單 獨的接收信號的所述接收的射頻脈衝信號，相位調節電路，被控制成調節所述單獨的接收信號的相位分布， 接收方向控制電路，被配置成在所述接收的射頻脈衝信號的所述「脈衝開」狀態的終 止和所述「脈衝開」狀態的下一次發生開始之間的脈衝間時段內選擇距離選通時段，所述距 離選通時段在所述「脈衝開」狀態的發生之後經過了預定的調節開始時段之後開始；以及控 制所述接收側相位調節電路以在所述距離選通時段期間建立所述單獨的接收信號的第一 相位分布，以便最大化對相應於所述預定方向的接收信號的接收靈敏度，所述距離選通時 段的持續時間基本上等於所述「脈衝開」狀態的持續時間，以及距離選通時段掃描電路，被配置成在所述脈衝間時段內掃描所述距離選通時段， 其中所述收發機設備包括相位改變電路，所述相位改變電路被配置成在所述接收方向 控制電路施加控制以建立所述第一相位分布之外的時間，控制所述相位調節電路，以建立 所述單獨的接收信號的第二相位分布，所述第二相位分布不同於所述第一相位分布。
6.根據權利要求5所述的接收器，其中所述單獨的接收信號的所述第二相位分布被預 先確定，以最小化對相應於所述預定方向的接收信號的所述接收靈敏度。
全文摘要
公開了射頻脈衝信號發射器、接收器及包含發射器的收發機設備。該發射器生成射頻脈衝信號，該射頻脈衝信號具有交變的高幅度「脈衝開」時段和低幅度「脈衝關」時段，並提供作為陣列天線的天線元件的相應的單獨的發射信號的射頻脈衝信號，這些單獨的發射信號在每個「脈衝開」時段期間具有一相位分布，從而從天線朝預定的發射方向發射束。在每個「脈衝關」時段期間，針對這些單獨的發射信號建立不同的相位分布，從而減小了在每個「脈衝關」時段期間朝發射方向輻射的噪聲的水平。
文檔編號G01S7/28GK101813766SQ201010004429
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月15日 優先權日2009年2月25日
發明者三宅康之, 大川邦彥 申請人:株式會社電裝