專利名稱：接收掃描反射波的雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了把連續(xù)波進(jìn)行頻率調(diào)制的發(fā)射波(FM-CW)的雷達(dá)裝置，特別是涉及通過數(shù)字多波束形成(DBF)接收掃描與發(fā)射的電波有關(guān)的反射波的雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
以往使用DBF進(jìn)行接收掃描的雷達(dá)裝置已知開發(fā)了種種裝置。一般這種雷達(dá)裝置的基本結(jié)構(gòu)是準(zhǔn)備一個發(fā)射天線和多個接收天線，從該發(fā)射天線發(fā)射電波，用多個接收天線接收與發(fā)射的電波有關(guān)的反射波。
但是，在該結(jié)構(gòu)的雷達(dá)裝置中，需要與接收天線數(shù)一致數(shù)量的接收機，為了提高掃描精度，必須具備多臺接收機。因此，具有隨著接收機數(shù)量增加，其重量以及尺寸加大，而且需要大量的電力這樣的問題。
為了消除這樣的問題，例如在特公平6-68542號公報，特開平11-311668號公報，特開平11-160423號公報等中公開了謀求體積小而且重量輕的雷達(dá)裝置。在這些雷達(dá)裝置中，構(gòu)成為使得多個接收天線經(jīng)過開關(guān)連接到一臺接收機上。或者，把多個接收天線分為數(shù)組，例如把由多個接收天線構(gòu)成的接收天線陣列分開為每4個接收天線的組，對于該4個接收天線設(shè)置一臺接收機，使得該組的天線經(jīng)過開關(guān)連接到該接收機上。因此，在接收發(fā)射的電波的反射波時，順序切換多個接收天線與接收機連接。這樣做能夠時分地獲得在各個接收天線中得到的雷達(dá)信號。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠把與多個接收天線相對應(yīng)的數(shù)量的接收機減少為一個或者比天線數(shù)少，能夠謀求裝置的小型化和低成本化。
這里，在雷達(dá)裝置中使用的電波例如是76GHz頻帶等的高頻帶電波。從而，在從接收天線到接收機的信道中處理的信號成為高頻帶信號。能夠切換這種高頻信號的開關(guān)的輸入數(shù)一般是2或者3。
因此，在切換4個以上接收天線的情況下，利用多個開關(guān)。例如，以巡回形式把單輸入雙切換輸出(SPDT)或者單輸入3切換輸出(SP3T)的單位開關(guān)組合起來能夠?qū)崿F(xiàn)多切換。這里，作為單位開關(guān)，能夠使用MMIC(微波單片集成電路)，HIC(混合集成電路)等平面電路型的高頻開關(guān)。
但是，如果開關(guān)連接成多級使用，則在所通過的開關(guān)的每一個中信號的衰減加大，隨著減少接收機數(shù)量增加開關(guān)的級數(shù)，將發(fā)生接收靈敏度惡化這樣的問題。
因此，采用比較簡單的結(jié)構(gòu)能夠防止接收靈敏度惡化的雷達(dá)裝置例如公開在特開2000-155171號公報中。在之前所說明的雷達(dá)裝置中，對于多個接收天線，準(zhǔn)備一個發(fā)射天線。與此不同，在特開2000-155171號公報中所示的雷達(dá)裝置中，切換使用多個發(fā)射天線，減少接收天線的數(shù)量，使切換接收天線的開關(guān)數(shù)量減少。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠提高接收靈敏度，另外還能夠減少天線以及開關(guān)的數(shù)量，能夠謀求降低裝置的成本。
在該雷達(dá)裝置中，3個發(fā)射天線和2個接收天線連接到切換單元上，在該切換單元中，連接具有輸出高頻信號的振蕩器的發(fā)射機和接收機。接收機與來自振蕩器的振蕩信號同步，把來自接收天線的接收信號傳送到信號處理控制裝置中。而且，信號處理控制裝置根據(jù)接收信號進(jìn)行數(shù)字多波束形成(DBF)的信號處理的同時，進(jìn)行切換單元中的發(fā)射天線以及接收天線的切換控制。
這些發(fā)射天線以及接收天線排列在同一個平面上而且同一條直線上，配置比以往雷達(dá)裝置中的天線數(shù)少的天線。通過采用這種雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)，容易制作雷達(dá)裝置，能夠謀求降低成本，進(jìn)而，在適用于汽車?yán)走_(dá)等時，還能夠把雷達(dá)整體形狀做成適于搭載到車輛上的形狀。
在特開2000-155171號公報中所示的雷達(dá)裝置中，在把接收天線與接收天線的配置間隔取為L時，3個發(fā)射天線配置成使得各個相鄰的發(fā)射天線之間的間隔成為2L。
這里，在以往的其它雷達(dá)裝置中，在要設(shè)置6個接收天線，采用一臺接收機的情況下，切換開關(guān)必須采用2個單輸入3切換輸出開關(guān)和1個單輸入雙切換輸出開關(guān)的2級結(jié)構(gòu)。與此不同，在特開2000-155171號公報中所示的雷達(dá)裝置中，雖然在發(fā)射一側(cè)也需要開關(guān)，但是由于切換2個接收天線，因此可以只設(shè)置一級開關(guān)。
另外，在該雷達(dá)裝置中，在為了使所得到的波束的方向性狹窄，希望進(jìn)一步增加信道數(shù)的情況下，以間隔L添加配置與接收天線相同天線特性的接收天線。而且，把3個發(fā)射天線的每一個的間隔取為3L。如果依據(jù)采用了這種天線結(jié)構(gòu)的雷達(dá)裝置，則在6個天線中添加3個信道，可以得到9個信道的波束。
如以上那樣，如果依據(jù)該雷達(dá)裝置，則可減少開關(guān)中的接收信號的衰減，能夠以較少的天線數(shù)實現(xiàn)天線數(shù)以上的信道數(shù)。
如果依據(jù)該雷達(dá)裝置，則能夠?qū)崿F(xiàn)天線數(shù)以上的信道數(shù)，能夠得到使方向性狹窄的波束。例如，在成為9個信道的情況下，相對于需要10個天線，能夠使天線數(shù)減少到6個。但是，作為雷達(dá)裝置裝入了各個天線的情況下，配置成橫向一列。該6個天線由于配置成使得發(fā)射天線之間的間隔成為2L，因此需要配置在10個部分的空間中。
另一方面，這樣的雷達(dá)裝置在作為電子設(shè)備例如搭載到汽車等中的情況下，為了把電波發(fā)送到汽車的前方，僅有所限制的位置，而且僅有狹窄的安裝空間。在這樣環(huán)境下使用的雷達(dá)裝置需要謀求盡可能小型化。因此，即使依據(jù)上述的雷達(dá)裝置，減少天線數(shù)，在小型化方面仍然不充分。進(jìn)而，對于汽車前方的目標(biāo)物識別，從汽車運行的安全方面也希望更高的性能，要求廉價的雷達(dá)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供盡可能減少用于通過數(shù)字多波束形成(DBF)進(jìn)行與發(fā)射的電波有關(guān)的反射波的接收掃描的天線數(shù)，實現(xiàn)多信道的同時，謀求小型化、高性能化，而且能夠?qū)崿F(xiàn)降低成本的雷達(dá)裝置。
為解決以上的課題，在本發(fā)明中，在具備具有多個天線，接收基于發(fā)射的電波的反射波，根據(jù)該接收信號進(jìn)行數(shù)字多波束形成的信號處理裝置的雷達(dá)裝置中，具備從上述多個天線中選擇的至少一個以上的天線發(fā)射上述電波的發(fā)射機和由上述各天線接收上述反射波的接收機。
而且，具備為了切換上述多個天線的收發(fā)，把來自上述發(fā)射機的上述電波的發(fā)射信號供給到所選擇的上述天線的第1切換開關(guān)，以及把從上述各天線接收的與上述電波的反射波有關(guān)的接收信號順序切換輸入到上述接收機中的第2切換開關(guān)，上述各天線全部是收發(fā)共用。進(jìn)而，上述第1切換開關(guān)順序切換上述各天線，特別是，在上述發(fā)射信號的每個周期切換上述天線。
另外，上述各天線的每一個具有相同的天線特性，上述各天線排列在同一條直線上。
當(dāng)由上述第1切換開關(guān)選擇該天線，從該天線發(fā)射電波時，上述第2切換開關(guān)從上述各天線選擇接收該電波的反射波的天線，把上述接收信號輸入到上述接收機，在與該天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道和與該天線不同的天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道一致的情況下，上述第2切換開關(guān)不選擇該天線的接收，或者，在與該天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道和與該天線不同的天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道一致的情況下，上述接收機不向上述數(shù)字多波束形成單元輸出。
另外，上述多個天線具有不同的天線間隔配置成一列，在上述多個天線的配置中，預(yù)定的2個相鄰天線的天線間隔與其它2個相鄰天線的天線間隔之比成為1比2，或者，上述多個天線包括順序配置的第1至第4天線，上述第1天線和上第2天線以第1間隔配置，上述第2天線和第3天線以及第3天線和第4天線以第2間隔配置，使得上述第2間隔是上述第1間隔的2倍。
進(jìn)而，在上述多個天線的每一個中還具備發(fā)射用端口和接收用端口，在上述發(fā)送用端口的每一個中連接發(fā)射機，在上述接收用端口的每一個中連接接收機，或者，上述各發(fā)射用端口選擇性地連接共用發(fā)射機，上述接收用端口選擇性地連接共用接收機。
另外，在上述多個天線的每一個中還具備切換發(fā)射用和接收用的雙向開關(guān)，當(dāng)上述雙向開關(guān)切換到上述發(fā)射用時，把該天線連接到發(fā)射機，當(dāng)切換到上述接收用時，把該天線連接到接收機。
與上述多個天線的每一個相對應(yīng)，還具備使上述發(fā)射機的輸出端口和上述接收機的接收端口成為收發(fā)共用的收發(fā)機，上述收發(fā)機在上述多個天線的每一個中共用，選擇性地連接到各天線上，進(jìn)行發(fā)射或者接收，進(jìn)而，上述收發(fā)機的數(shù)量比上述多個天線的數(shù)量少，上述收發(fā)機用基于時分的開關(guān)在上述天線上切換為發(fā)射和接收。
另外，在上述發(fā)射機以及上述接收機中還具備供給基準(zhǔn)信號的壓控振蕩器，上述壓控振蕩器在與上述多個天線的每一個有關(guān)的各發(fā)射機以及各接收機中共用。


本發(fā)明的目的和優(yōu)點將從對于參照以下附圖的實施例進(jìn)行的說明中明確，其中，在一些附圖中的相同號碼表示相同或者相對應(yīng)的部分。
圖1示出本發(fā)明實施形態(tài)的雷達(dá)裝置的概略塊結(jié)構(gòu)。
圖2說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置的天線的工作原理。
圖3說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置的天線的接收動作。
圖4說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置的天線的切換動作。
圖5說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中的天線收發(fā)形態(tài)的第1變形例。
圖6說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中的天線收發(fā)形態(tài)的第2變形例。
圖7說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中的天線切換的第1具體例子。
圖8說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中的天線切換的第2具體例子。
圖9說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中的天線切換的第3具體例子。
圖10說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中的天線切換的第4具體例子。
圖11說明本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中的天線切換的第5具體例子。
圖12示出以往技術(shù)的雷達(dá)裝置的概略塊結(jié)構(gòu)。
圖13說明圖12所示的雷達(dá)裝置的天線的接收動作。
具體實施例方式
為了明確由本發(fā)明帶來的效果，首先，具體地說明沒有適用本發(fā)明的通過數(shù)字多波束形成(DBF)接收掃描發(fā)射的電波的反射波的以往技術(shù)中的雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)。
從而，在圖12中示出了該雷達(dá)裝置的概略塊結(jié)構(gòu)。在該雷達(dá)裝置中，A1、A2以及A3的3個發(fā)射天線，A4以及A5的接收天線連接到切換單元5，在該切換單元5中連接例如具有輸出76GHz頻帶的高頻信號的壓控振蕩器(VCO)等振蕩器3的發(fā)射機2和接收機4。接收機4與來自振蕩器3的振蕩信號同步，把來自接收天線的接收信號傳送到信號處理控制裝置1。而且，信號處理控制裝置1根據(jù)接收信號進(jìn)行數(shù)字多波束形成(DBF)的信號處理，同時，進(jìn)行切換單元5中的發(fā)射天線以及接收天線的切換控制。
振蕩器3經(jīng)過發(fā)射機2的分配器連接到發(fā)射一側(cè)的開關(guān)SW1，向發(fā)射天線供給振蕩輸出。該開關(guān)SW1是單輸入3切換輸出(SP3T)的開關(guān)，輸出一側(cè)連接到3個發(fā)射天線A1、A2、A3。根據(jù)信號處理控制裝置1的指示，通過切換開關(guān)SW1，來自振蕩器3的高頻信號時分地供給到發(fā)射天線發(fā)射A1、A2、A3。因此，從發(fā)射天線A1、A2、A3順序地時分發(fā)射來自振蕩器3的高頻信號。這里使用的發(fā)射天線A1、A2、A3的方向性相互相同，具有能夠在檢測區(qū)域總體內(nèi)照射電波的方向性。
另一方面，在接收一側(cè)，設(shè)置2個接收天線A4、A5。該接收天線A4、A5中連接接收一側(cè)的開關(guān)SW2。該開關(guān)SW2是單輸入雙切換輸出(SPDT)的開關(guān)，2個接收天線A4、A5連接到其輸出一側(cè)。另外，該開關(guān)SW2的一個輸入連接到接收機4的混頻器。于是，根據(jù)信號處理控制裝置1的指示，通過該切換開關(guān)SW2，由2個接收天線A4、A5得到的接收信號供給到接收機4。
于是，在圖13中示出了圖12所示的雷達(dá)裝置中的天線切換的狀況。在該雷達(dá)裝置中，當(dāng)把接收天線A4與接收天線A5的配置間隔取為L時，發(fā)射天線A1、A2、A3配置成相互鄰接的發(fā)射天線之間的間隔成為2L。這些發(fā)射天線A1～A3以及接收天線A4、A5排列在同一個平面上而且同一條直線上，配置比以往的雷達(dá)裝置中的天線數(shù)少的天線。
由發(fā)射天線A1、A2、A3發(fā)射的電波被目標(biāo)物反射后到達(dá)接收天線A4、A5。從而，在空間移動了發(fā)射天線的情況下，與此相對應(yīng)，如果沿著相反方向平行移動接收天線，則當(dāng)然能夠得到相同接收信號。從而，發(fā)射天線A2發(fā)射時的接收天線A4、A5的接收信號與把發(fā)射天線A2移動到發(fā)射天線1的位置使接收天線A4、A5沿著相反方向平行移動了該天線A4、A5的配置間隔L時的情況相同。另外，發(fā)射天線A3發(fā)射時的接收天線A4、A5的接收信號與把發(fā)射天線3移動到發(fā)射天線1的位置使接收天線A4、A5平行移動了2L時的情況相同。
通過適當(dāng)切換開關(guān)SW1和開關(guān)SW2，使各時間中的發(fā)射天線與接收天線的對關(guān)系成為圖13中示出的天線排列方向中的位置關(guān)系，由3個發(fā)射天線和2個接收天線共5個天線，可以得到6個信道的波束。即，與對于1個發(fā)射天線，配置了6個接收天線的情況等效。
這里，在以往的其它雷達(dá)裝置中，在要設(shè)置6個接收天線，采用1臺接收機的情況下，切換開關(guān)必須采用2個單輸入3切換輸出的開關(guān)和1個單輸入雙切換輸出的開關(guān)的2級結(jié)構(gòu)，而與此不同，在圖12所示的雷達(dá)裝置中，雖然在發(fā)射一側(cè)也需要開關(guān)SW1，但是由于進(jìn)行接收天線A4與A5的切換，因此只設(shè)置一級開關(guān)SW2即可。
另外，在圖12所示的雷達(dá)裝置中，在為了使所得到的波束的方向性狹窄，希望進(jìn)一步增加信道數(shù)的情況下，以間隔L添加配置與接收天線A4、A5相同天線特性的接收天線A6(未圖示)，而且，可以使發(fā)射天線A1、A2、A3的各個間隔成為3L。如果依據(jù)采用了這種天線結(jié)構(gòu)的雷達(dá)裝置，則在圖13所示的信道數(shù)上添加3個信道，用6個天線可以得到9個信道的波束。
如以上那樣，如果依據(jù)圖12的雷達(dá)裝置，則能夠降低開關(guān)中的接收信號的衰減，能夠以較少的天線數(shù)實現(xiàn)天線數(shù)以上的信道數(shù)。
其次，參照

本發(fā)明的雷達(dá)裝置的實施形態(tài)。圖1示出了本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置的概略結(jié)構(gòu)。該圖所示的雷達(dá)裝置與圖12所示的以往的雷達(dá)裝置相同，基本上通過數(shù)字多波束形成(DBF)進(jìn)行接收掃描發(fā)射的電波的反射波，進(jìn)行信號處理，在圖1所示的雷達(dá)裝置中，在與圖12所示的雷達(dá)裝置相同的部分上標(biāo)注相同的號碼。圖中，由在虛線包圍的范圍內(nèi)所包括的發(fā)射機2，壓控振蕩器(VCO)3，接收機4，切換單元5構(gòu)成的高頻電路部分與以往的雷達(dá)裝置相同，用微波單片集成電路(MMIC)形成。
在圖1的雷達(dá)裝置中，A1、A2、A3以及A4共4個天線形成天線陣列A，連接到切換單元5。在該切換單元5上，例如，連接了具有輸出76GHz頻帶的高頻信號的壓控振蕩器(VCO)等振蕩器3的發(fā)射機2，輸入接收了從該發(fā)射機輸出的發(fā)射信號電波的反射波的接收信號的接收機4。該接收機4與來自振蕩器3的振蕩信號同步，把來自天線的接收信號傳送到信號處理控制裝置1。而且，信號處理控制裝置1對于切換單元5的開關(guān)SW，進(jìn)行對于4個天線A1至A4的切換控制，同時，根據(jù)從接收機4供給的接收信號，進(jìn)行數(shù)字多波束形成(DBF)的信號處理。
這里，本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置與以往的雷達(dá)裝置的最大區(qū)別在于，在以往的雷達(dá)裝置中，用多個天線形成的天線陣列固定為發(fā)射用和接收用的天線，而在本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中，形成天線陣列A的多個天線并沒有固定為發(fā)射用和接收用，在多個天線中，一個以上或者全部多個天線成為收發(fā)共用，并沒有被固定。由開關(guān)SW適宜地切換多個天線使得從發(fā)射機2進(jìn)行發(fā)射信號的發(fā)射以及接收該發(fā)射信號電波的反射波?；诎l(fā)射信號的電波從順序選擇切換了的天線發(fā)射，發(fā)射的電波的反射波由多個天線實現(xiàn)多信道的接收掃描。
進(jìn)而，在本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中，特征在于并不是如以往的雷達(dá)裝置那樣，按照等間隔排列多個天線，而是使相鄰天線之間的間隔不同。如果以等間隔配置多個天線，則即使從順序切換的天線發(fā)射電波，由于由接收天線進(jìn)行的其反射波的接收位置只移動一個天線間隔，因此減少了順序切換發(fā)射天線的優(yōu)點，難以增加信道數(shù)。為此，把天線的間隔設(shè)置為窄間隔和寬間隔，寬間隔取為窄間隔的2倍。根據(jù)這種天線的配置方法，能夠用較少的天線數(shù)獲得更多的信道數(shù)。
在本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置中使用的多個天線中，例如，最好是方向性、增益等天線特性在每一個中都相同，各個天線使用具有能夠把電波照射到檢測區(qū)域整體的方向性的天線。各個天線最好配置成一列使得其收發(fā)面在一條直線上。如果對于各個天線天線特性等不一致，則將導(dǎo)致對于包含在接收信號中的相位檢測增加計算量，影響雷達(dá)裝置的性能。
在圖1所示的雷達(dá)裝置中，示出了具備4個天線情況的例子，參照圖2以及圖3說明該雷達(dá)裝置中的數(shù)字多波束形成(DBF)的基本概念。DBF在信號處理裝置1內(nèi)進(jìn)行，把由多個天線構(gòu)成的天線陣列A的各個接收信號進(jìn)行A/D變換，形成數(shù)字信號，用數(shù)字信號處理實現(xiàn)波束掃描或者旁瓣特性等的調(diào)整。
圖2中示出雷達(dá)裝置中具備的4個天線A1、A2、A3、A4配置成橫向一條直線的情況。該圖中的三角形示出天線，排列了4個天線。當(dāng)把天線A1與A2的配置間隔取為d時，天線A2與A3，而且天線A3與A4的配置間隔成為天線A1與A2的配置間隔的2倍的2d。另外，為了易于明確配置間隔的情況，在天線A2與A3之間，而且天線A3與A4之間示出虛線的三角形，它們之間示出分離一個天線部分，即間隔2d。
如圖2所示，首先從最初被選擇的天線A1通過發(fā)射信號T1發(fā)射電波。圖中網(wǎng)眼的三角形表示為了發(fā)射電波而選擇的發(fā)射天線。從發(fā)射天線A1發(fā)射的電波被目標(biāo)物反射，其反射波返回到天線陣列A。對于雷達(dá)的中心方向，由圖示那樣排列的4個天線A1、A2、A3、A4構(gòu)成的天線陣列接收從角度θ方向到來的電波。如果以反射波R11對于天線A1的傳輸信道長度為基準(zhǔn)，則對于與天線A2有關(guān)的反射波R21，與天線A3有關(guān)的反射波R31，與天線A4有關(guān)的反射波R41的各傳輸信道長度如圖所示，分別長p(其中，p＝d·sinθ)，3p，5p。
從而，示出按照該長度到達(dá)天線A2、A3、A4的各反射波R21，R31，R41比到達(dá)天線A1的反射波R11滯后。其滯后量如果把λ作為反射波的波長，則分別成為(2πd·sinθ)/λ，(6πd·sinθ)/λ，(10πd·sinθ)/λ。而且，如果由天線A1、A2、A3、A4接收各反射波R11、R21、R31、R41，則接收信號S11、S21、S31、S41經(jīng)過開關(guān)SW供給到接收機4，由于各反射波的到來時間根據(jù)天線而不同，因此接收信號S21、S31、S41的各個相位成為對于接收信號S11的相位滯后(2πd·sinθ)/λ，(6πd·sinθ)/λ，(10πd·sinθ)/λ的滯后量。
根據(jù)與這些接收信號有關(guān)的滯后量的大小，在信號處理控制裝置1中的各接收信號的數(shù)字處理中，如果使各個部分的相位超前，則與在全部天線中以相同相位接收了來自θ方向的反射波相同，沿著θ方向方向性全一致。
其次，如圖3所示，如果作為發(fā)射天線從天線A1切換到天線A2，則從天線A2發(fā)射與發(fā)射信號T2有關(guān)的電波。從發(fā)射天線A2發(fā)射的電波被目標(biāo)物反射，其反射波返回到天線陣列A。與圖2相同，對于雷達(dá)的中心方向，由4個天線A1、A2、A3、A4構(gòu)成的天線陣列A接收從角度θ的方向到來的反射波。
天線A1、A2、A3、A4分別接收與發(fā)射信號T2相對應(yīng)的反射波R12、R22、R32、R42。如果各反射波R12、R22、R32、R42由天線A1、A2、A3、A4接收，則接收信號S12、S22、S32、S42經(jīng)過開關(guān)SW供給到接收機4。這里，如果以反射波R12對于天線A1的傳輸路徑長度為基準(zhǔn)，則對于與天線A2有關(guān)的反射波R22，與天線A3有關(guān)的反射波R32，與天線A4有關(guān)的反射波R42的各傳輸路徑長度如圖所示，分別長p(＝d·sinθ)，3p、5p。
但是，在圖3的情況下，與圖2的情況不同，由于發(fā)射天線從天線A1移動到天線A2，因此在這里成為以天線A2中的反射波到來的定時為基準(zhǔn)。從而，與圖2的情況相比較，反射波向各天線的到來位置沿著橫方向偏移從天線A1向天線A2移動了的部分。
于是，如果以與天線A2有關(guān)的反射波R22的接收信號S22為基準(zhǔn)，則與天線A1有關(guān)的接收信號S12的相位超前(2πd·sinθ)/λ，而且，到達(dá)天線A3、A4的各反射波R32、R42的接收信號S32、S42的相位比由天線A2接收的接收信號S22的相位滯后。該滯后量分別成為(4πd·sinθ)/λ，(8πd·sinθ)/λ。
因此，在信號處理控制裝置1中的對于各天線的接收信號的數(shù)字處理中，對于具有超前量的接收信號S12，使其相位延遲相應(yīng)的部分，對于具有滯后量的接收信號S32、S42，使其相位超前相應(yīng)的部分，則到來的反射波與在全部天線中以相同相位接收的情況相同，沿著θ方向方向性全一致。
如以上那樣，通過雷達(dá)裝置具備的開關(guān)SW的控制，在把FM-CW波作為發(fā)射信號的情況下，在由FM-CW波的三角形中的每個上升以及下降沿構(gòu)成的區(qū)間中，作為發(fā)射天線，順序切換天線A1、A2、A3、A4，同時，從各天線發(fā)射FM-CW波的信號，在各個區(qū)間由天線A1、A2、A3、A4接收其反射波。根據(jù)該順序，由收發(fā)共用的4個天線，從4個中的某一個天線發(fā)射電波，由4個天線接收其電波的反射波，由此能夠以6個天線部分的空間實現(xiàn)11個信道。
根據(jù)使用了該4個天線的天線陣列，圖4示出了在6個天線部分的空間實現(xiàn)11個信道的各天線的接收狀態(tài)。該圖中，橫軸表示時間，三角形的圖形表示接收天線，加入了網(wǎng)眼的三角形的圖形指出發(fā)射與接收共用的天線。而且，以發(fā)射天線為基準(zhǔn)的各天線的接收信道的狀態(tài)呈現(xiàn)在FM-CW波中的三角波的每個區(qū)間中。
由于天線A2與天線A3的配置間隔以及天線A3與天線A4的配置間隔設(shè)定為天線A1與天線A2的配置間隔的2倍，因此在FM-CW波的第1個區(qū)間中，天線A1在信道6，天線A2在信道7，天線A3在信道9，而且天線A4在信道11分別接收反射波。
在FM-CW波的第2個區(qū)間，由于把天線A2作為發(fā)射天線，以天線A2的接收信號的相位為基準(zhǔn)，因此各天線的反射波到來位置與第1個區(qū)間相比較，在視覺上與移動了配置間隔d相同。其結(jié)果，在第2個區(qū)間，天線1在信道5，天線A2在信道6，天線A3在信道8，而且天線A4在信道10分別接收反射波。
進(jìn)而，發(fā)射天線在接著的第3區(qū)間向天線A3，在第4區(qū)間向天線A4順序切換，在每個區(qū)間各天線的反射波到來位置在視覺上成為分別移動了配置間隔2d。從而，在第3區(qū)間和第4區(qū)間中，與第1區(qū)間以及第2區(qū)間相同，在移動了間隔2d的狀態(tài)下，由各天線接收反射波。作為其結(jié)果，如果以發(fā)射了發(fā)射波的天線為基準(zhǔn)觀察，假如從第1區(qū)間到第4區(qū)間循環(huán)一次，則成為在信道1～信道11的全部信道中接收對于發(fā)射的發(fā)射波的反射波。
在第6信道中重復(fù)接收，該信道在圖4的情況下，由于成為基準(zhǔn)信道，因此這些接收的重復(fù)是不能停止的情況，而對于第4信道和第8信道中的接收，不需要其中的某一個。這里，如果考慮減少計算量，也可以控制開關(guān)SW制止單方的接收，或者也可以雖然進(jìn)行接收，但是不進(jìn)行該接收信號的信號處理。
另外，在圖4的例子中，從一端順序切換4個天線，選擇為發(fā)射天線，但也不一定從一端順序進(jìn)行，即使從配置在中間的天線開始選擇，也能夠與從一端順序選擇的情況相同實現(xiàn)11個信道。
以上，把全部4個天線選擇為發(fā)射天線，謀求11個信道，而根據(jù)具體情況，有時也可以不加強波束的方向性。例如，有當(dāng)把該雷達(dá)裝置搭載到汽車上時，車速過快而雷達(dá)裝置中的計算速度跟不上的情況，以及接近目標(biāo)物體，為提高計算速度而減小計算量的情況等。為了應(yīng)對這些情況，雖然在雷達(dá)裝置中具備4個天線，但是不把全部4個天線選擇為發(fā)射天線，例如，只把天線A1和A2選擇為發(fā)射天線能夠得到5個信道，或者，如果把天線A1、A2、A3選擇為發(fā)射天線能夠得到9個信道。這樣，通過適宜地把天線選擇為發(fā)射天線，則即使具備4個天線，也能夠根據(jù)開關(guān)SW的切換控制方法，改變信道數(shù)。
另外，在上面說明的雷達(dá)裝置的實施例中，是具備了收發(fā)共用天線4個的情況，而為了使信道數(shù)成為適當(dāng)?shù)拇笮。?個天線可以不都是收發(fā)共用，4個中能夠把2個或3個作為收發(fā)共用。另外，在希望格外加大信道數(shù)的情況下，還可以在配置間隔2d的位置添加天線A5(未圖示)。
如以上說明的那樣，與在圖1所示的本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)中，排列在同一個平面上而且同一條直線上的多個天線中，從至少一個以上選擇出的天線發(fā)射電波，在各天線接收該電波的反射波。因而，通過比以往雷達(dá)裝置中的天線數(shù)少的天線，能夠得到更多的信道數(shù)的同時，能夠謀求雷達(dá)裝置的小型化和低成本。特別是，在把多個天線的全部作為收發(fā)共用的情況下，能夠大幅度地增加信道數(shù)，在接收信號的合成時，能夠提高方向性，能夠謀求作為雷達(dá)裝置的高性能化。
其次，參照圖5至圖11說明與以圖1所示的本實施形態(tài)的雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)為基本，用于謀求提高效率，降低成本或者進(jìn)一步小型化的結(jié)構(gòu)有關(guān)的本實施形態(tài)的變形例。
在圖5的第1變形例中，省略切換單元5，與4個天線A1、A2、A3、A4的每一個相對應(yīng)，連接共用發(fā)射機2和接收機4的收發(fā)機61、62、63、64。該結(jié)構(gòu)雖然提高了成本，但是在希望防止信號衰減時十分有效。還可以在每個收發(fā)機中設(shè)置生成發(fā)射信號的壓控振蕩器(VCO)，而設(shè)置一個在所有的收發(fā)機中共用的壓控振蕩器3，使發(fā)射信號源相同的同時，易于進(jìn)行接收動作的同步，謀求降低成本。作為切換向天線的收發(fā)的收發(fā)共用單元，例如，能夠使用混合電路或者分配電路，進(jìn)而，在發(fā)射一側(cè)和接收一側(cè)預(yù)先插入放大器(AMP)或者衰減器(ATT)，通過各個增益控制或者衰減量控制，還能夠使收發(fā)接通·關(guān)斷。由此，能夠時分地切換收發(fā)。
在圖6的第2變形例中，示出圖1所示的結(jié)構(gòu)與圖5所示的結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)例，這是要比較低地抑制信號衰減的同時，降低收發(fā)機的成本的結(jié)構(gòu)例。因而，不是如圖5所示省略切換單元5，而是在圖6的結(jié)構(gòu)中，采用切換2個天線的單輸入雙切換輸出(SPDT)的開關(guān)，使得在信號處理控制裝置1中切換控制切換4個天線的開關(guān)SW1和SW2。這種情況下，壓控振蕩器也成為在收發(fā)機65和66中共用。
以上說明了對于與發(fā)射機和接收機相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)的本實施形態(tài)的變形例，以下，說明圖1的雷達(dá)裝置中的切換單元5的具體例子。圖中，由于以切換單元5為中心示出，因此省略了作為雷達(dá)裝置所必需的信號處理控制裝置1和壓控振蕩器3的圖示。在切換單元5中，形成天線陣列A的4個天線A1、A2、A3、A4與發(fā)射機2和接收機4連接，根據(jù)來自信號處理控制裝置1的切換控制，進(jìn)行開關(guān)SW的切換，使得時分控制4個天線的收發(fā)。
在圖7所示的第1具體例中，在4個天線A1、A2、A3、A4的每一個上設(shè)置發(fā)射和接收用的端口，能夠時分地進(jìn)行各天線與發(fā)射機2或者接收機4的連接。
在圖8所示的第2具體例中，與第1具體例相反，在發(fā)射機2一側(cè)以及接收機4一側(cè)的每一個上，設(shè)置4個天線A1、A2、A3、A4用的端口。由此，能夠時分地進(jìn)行各天線與發(fā)射機2或者接收機4的連接。
在圖9所示的第3具體例中，在4個天線A1、A2、A3、A4上各設(shè)置一個端口，使得能夠在發(fā)射機2一側(cè)或者接收機4一側(cè)選擇切換各天線。由此，能夠時分地進(jìn)行各天線與發(fā)射機2或者接收機4的連接。
另外，在第3具體例中，發(fā)射機2和接收機4能夠分別選擇性地切換各天線，與此不同，在圖10所示的第4具體例中，在切換單元5的內(nèi)部設(shè)置收發(fā)共用單元，由此，能夠時分地進(jìn)行各天線與發(fā)射機2或者接收機4的連接。作為收發(fā)共用單元，能夠使用混合電路或者分配電路，能夠做成廉價的電路結(jié)構(gòu)。
圖11所示的第5具體例是用單輸入雙輸出的開關(guān)構(gòu)成了第4具體例中的收發(fā)共用單元的情況，由此，能夠時分地進(jìn)行各天線與發(fā)射機2或者接收機4的連接。
另外，在第1至第5的具體例中，對于切換單元5的開關(guān)SW，通過采用無論在發(fā)射的情況下還是在接收的情況下都能夠使用的雙向開關(guān)，能夠謀求切換單元5的小型化。
如以上說明的那樣，在本發(fā)明的雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)中，從排列在同一個平面上而且同一條直線上的多個天線中選擇出的至少一個以上天線發(fā)射電波，由各天線接收該電波的反射波。因而，用比以往雷達(dá)裝置中的天線數(shù)少的天線，能夠得到更多的信道數(shù)的同時，能夠謀求雷達(dá)裝置的小型化和低成本。特別是，在把多個天線的全部作為收發(fā)共用的情況下，能夠大幅度地增加信道數(shù)，在接收信號的合成時，能夠提高方向性，能夠謀求作為雷達(dá)裝置的高性能化。
而且，在本發(fā)明的雷達(dá)裝置中，可以配置比以往雷達(dá)裝置中的天線數(shù)少的天線，而且，對于多個天線的配置在其天線的間隔方面下了功夫。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)多信道的數(shù)字多波束形成，進(jìn)而，能夠謀求裝置的小型化和低成本。
通過根據(jù)這種雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)，容易制作雷達(dá)裝置，能夠謀求低成本，在適用于搭載在汽車等中的防止沖撞裝置等中時，具有能夠把雷達(dá)裝置的整體形狀做成適于搭載到車輛上的形狀這樣的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)裝置，該雷達(dá)裝置具備具有多個天線，接收發(fā)射的電波的反射波，根據(jù)該接收信號進(jìn)行數(shù)字多波束形成的信號處理裝置，其特征在于具備從上述多個天線選擇出的至少一個或一個以上天線發(fā)射上述電波的發(fā)射機；和由上述天線的每一個接收上述反射波的接收機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)裝置，其特征在于具有把來自上述發(fā)射機的上述電波的發(fā)射信號供給到選擇出的上述天線的第1切換開關(guān)；把由上述天線的每一個接收的上述電波的反射波的接收信號順序切換輸入到上述接收機的第2切換開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)裝置，其特征在于上述天線的每一個是收發(fā)共用，具有相同的天線特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達(dá)裝置，其特征在于上述第1切換開關(guān)在上述發(fā)射信號的每個周期，順序切換上述多個天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雷達(dá)裝置，其特征在于上述各天線排列在同一條直線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雷達(dá)裝置，其特征在于當(dāng)由上述第1切換開關(guān)選擇該天線，從該天線發(fā)射電波時，上述第2切換開關(guān)從上述各天線中選擇接收該電波的反射波的天線，把上述接收信號輸入到上述接收機中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雷達(dá)裝置，其特征在于在與由該天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道和與由不同于該天線的別的天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道一致的情況下，上述第2切換開關(guān)不選擇該天線的接收。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雷達(dá)裝置，其特征在于在與由該天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道和與由不同于該天線的別的天線發(fā)射的電波的反射波有關(guān)的接收信道一致的情況下，上述接收機不向上述數(shù)字多波束形成單元輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的雷達(dá)裝置，其特征在于上述多個天線具有不同的天線間隔，配置成一列。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雷達(dá)裝置，其特征在于在上述多個天線的配置中，預(yù)定的2個相鄰天線的天線間隔與其它2個相鄰天線的天線間隔之比是1比2。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雷達(dá)裝置，其特征在于上述多個天線包括順序排列的第1至第4天線，按照第1間隔配置上述第1天線和第2天線，按照第2間隔配置上述第2天線和第3天線以及第3天線和第4天線，上述第2間隔是上述第1間隔的2倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雷達(dá)裝置，其特征在于在上述多個天線的每一個中具備發(fā)射用端口和接收用端口，在每一個上述發(fā)射用端口上連接有發(fā)射機，在每一個上述接收用端口上連接有接收機。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雷達(dá)裝置，其特征在于上述各發(fā)射用端口選擇連接到共用發(fā)射機上，上述接收用端口選擇連接到共用接收機上。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雷達(dá)裝置，其特征在于在上述多個天線的每一個上具備切換發(fā)射用和接收用的雙向開關(guān)，上述雙向開關(guān)切換為上述發(fā)送用時，把該天線連接到發(fā)射機，當(dāng)切換到上述接收用時，把該天線連接到接收機。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雷達(dá)裝置，其特征在于具備與上述多個天線的每一個相對應(yīng)，把上述發(fā)射機的輸出端口與上述接收機的接收端口做成收發(fā)共用的收發(fā)機。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的雷達(dá)裝置，其特征在于在上述多個天線的每一個中共有上述收發(fā)機，上述收發(fā)機選擇連接到各天線上進(jìn)行發(fā)射或者接收。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的雷達(dá)裝置，其特征在于具備比上述多個天線數(shù)少的上述收發(fā)機數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的雷達(dá)裝置，其特征在于上述收發(fā)機在上述天線上用基于時分的開關(guān)切換為發(fā)射或者接收。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雷達(dá)裝置，其特征在于在上述發(fā)射機以及上述接收機中具備供給基準(zhǔn)信號的壓控振蕩器，上述壓控振蕩器在與上述多個天線的每一個有關(guān)的各發(fā)射機以及各接收機中共用。
全文摘要
本發(fā)明涉及以盡可能少的天線數(shù)，從發(fā)射電波的反射波形成多信道的波束的雷達(dá)裝置，該裝置具有收發(fā)共用的天線A1～A4，各天線的收發(fā)切換單元5，發(fā)射機2，接收發(fā)射電波的反射波的接收機4，把相鄰天線A1和A2的間隔與其它相鄰天線A2和A3、A3和A4的間隔之比取為1比2，發(fā)射天線從順序選擇的天線發(fā)射，接收信號在信號處理控制裝置1中進(jìn)行DBF處理，用4個天線而且在6個天線部分的空間實現(xiàn)11個信道。
文檔編號H01Q3/24GK1573356SQ200410004258
公開日2005年2月2日 申請日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者伊佐治修 申請人:富士通天株式會社