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CN110741273B - 天线阵列 - Google Patents

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CN110741273B
CN110741273B CN201780087572.XA CN201780087572A CN110741273B CN 110741273 B CN110741273 B CN 110741273B CN 201780087572 A CN201780087572 A CN 201780087572A CN 110741273 B CN110741273 B CN 110741273B
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Abstract

RF雷达，包括第一发射天线阵列和第一接收天线阵列；其中第一发射天线阵列的发射天线彼此间隔开第一距离；其中第一接收天线阵列的接收天线彼此间隔开第二距离；其中第一距离和第二距离中的每一个都超过半个波长；其中第一距离不同于第二距离；其中第一距离与第二距离之间的比率不是整数；并且其中第二距离与第一距离之间的比率不是整数。

Description

天线阵列
交叉引用
本申请要求提交日期为2016年12月29日的美国临时专利62/439913的优先权，该美国临时专利通过引用被并入本文。
背景
当今的高级RADAR系统使用一种被称为MIMO(多输入多输出)的概念，其中Nt个发射机天线(缩写为Tx)发射，而Nr个接收机天线(缩写为Rx)接收。众所周知，在数学上，这种天线阵列等效于虚拟SIMO(单输入多输出)天线阵列。在虚拟阵列中有Nt*Nr个接收天线和一个发射天线。在虚拟阵列中，每个天线坐标(X，Y)是Tx天线和Rx天线的总和，其中在虚拟阵列中存在Tx天线和Rx天线的所有组合。现有技术配置(如图1所示)包括以d*Nr间隔开的少量Tx天线，与以d间隔开的均匀Rx天线阵列并排，其中d典型地是0.5λ，其中λ是波长。得到的虚拟阵列是Nt*Nr天线的均匀阵列。这种传统的阵列对于空间来说不是最佳的。此外，将天线制造成印刷在标准印刷电路板(PCB)上，并且将对天线进行馈电或被天线馈电的集成电路(IC)安装在同一板上有利于成本节约。
传统的天线生产方法有一些缺点。首先，印刷天线具有较低的效率和较高的旁瓣。第二，印刷天线具有很高的制造差异，这会影响在非常高的微波频率下的性能。第三，从Tx或Rx芯片到天线的线路具有高损耗和杂散发射。
概述
可以提供雷达单元和/或雷达。雷达单元可以是雷达的一部分，或也可以是雷达。雷达是射频(RF)雷达，但是可以在附加和/或其他频带中操作。雷达单元可以包括天线阵列。
可以提供雷达，其可以包括第一发射天线阵列和第一接收天线阵列；其中第一发射天线阵列的发射天线可以彼此间隔开第一距离；其中第一接收天线阵列的接收天线可以彼此间隔开第二距离；其中第一距离和第二距离中的每一个都超过半个波长；其中第一距离不同于第二距离；其中第一距离与第二距离之间的比率可以不是整数；并且其中第二距离与第一距离之间的比率可以不是整数。
第一距离和第二距离可以不小于两个波长。
第二距离可以是第一距离的百分之七十五。
第一距离可以不小于两个波长，并且其中第二距离可以是第一距离的百分之七十五。
第二距离可以小于两个波长。
第一发射天线阵列的发射天线可以是喇叭天线，并且其中第一接收天线阵列的接收天线可以是喇叭天线。
雷达可以包括可以耦合到第一接收天线阵列的第一接收波导阵列。
第一波导阵列的接收波导可以由形成在第一结构元件中的空腔和可以形成在第二结构元件中的盖子形成。
第一结构元件可以是雷达的外壳。
第二结构元件可以是导电平面。
雷达可以包括可以耦合到第一发射天线阵列的第一发射波导阵列。
第一波导阵列的发射波导可以由形成在第一结构元件中的空腔和可以形成在第二结构元件中的盖子形成。
第一结构元件可以是雷达的外壳。
第二结构元件可以是导电平面。
第一发射天线阵列的发射天线可以是喇叭天线，并且其中第一接收天线阵列的接收天线可以是喇叭天线。
第一发射天线阵列的发射天线可以是印刷天线，并且其中第一接收天线阵列的接收天线可以是印刷天线。
第一发射天线阵列可以平行于第一接收天线阵列。
第一发射天线阵列和第一接收天线阵列可以被配置成形成可以与由单个发射天线和非均匀接收天线阵列形成的信道等效的信道。
雷达可以包括第二发射天线阵列和第二接收天线阵列；其中第二发射天线阵列的发射天线可以彼此间隔开第三距离；其中第二接收天线阵列的接收天线可以彼此间隔开第四距离；其中第三距离和第四距离中的每一个都超过半个波长；其中第三距离不同于第四距离；其中第三距离与第四距离之间的比率可以不是整数；并且其中第四距离与第三距离之间的比率可以不是整数。
第一发射天线阵列可以平行于第一接收天线阵列；并且其中第二发射天线阵列可以平行于第二接收天线阵列。
第三距离和第四距离可以不小于两个波长。
第四距离可以是第三距离的百分之七十五。
第三距离可以不小于两个波长，并且其中第四距离可以是第三距离的百分之七十五。
第四距离可以小于两个波长。
第二发射天线阵列的发射天线可以是喇叭天线，并且其中第二接收天线阵列的接收天线可以是喇叭天线。
第二发射天线阵列的发射天线可以是印刷天线，并且其中第二接收天线阵列的接收天线可以是印刷天线。
雷达可以包括可以耦合到第二接收天线阵列的第二接收波导阵列。
第二接收波导阵列的接收波导可以由形成在第三结构元件中的空腔和可以形成在第四结构元件中的盖子形成。
第二接收波导阵列的接收波导可以由形成在第三结构元件中的空腔和可以形成在第二结构元件中的盖子形成。
第一发射天线阵列和第一接收天线阵列可以垂直于第二发射天线阵列和第二接收天线阵列。
第一发射天线阵列、第一接收天线阵列、第二发射天线阵列和第二接收天线阵列围绕雷达的电气电路和射频电路，该电气电路可以包括数字处理器。
第二发射天线阵列的发射天线可以比第一发射天线阵列的发射天线短；并且其中第二接收天线阵列的接收天线可以比第一接收天线阵列的接收天线短。
第一接收天线阵列可以经由第一接收过渡部阵列耦合到第一接收波导阵列，其中第一接收过渡部阵列可以耦合到第一接收微带阵列；其中第二接收天线阵列可以经由第二接收过渡部阵列耦合到第二接收波导阵列，其中第二接收过渡部阵列可以耦合到第二接收微带阵列；其中第一接收微带阵列和第二接收微带阵列可以位于第一平面；其中第一接收波导阵列和第一接收过渡部阵列可以位于与第二接收波导阵列和第二接收过渡部阵列不同的平面上。
第一接收微带阵列和第二接收微带阵列可以连接到支撑元件；其中第一接收波导阵列和第二接收波导阵列可以位于支撑元件的相对侧。
支撑元件可以是印刷电路板。
第一发射天线阵列可以经由第一发射过渡部阵列耦合到第一发射波导阵列，其中第一发射过渡部阵列可以耦合到第一发射微带阵列；其中第二发射天线阵列可以经由第二发射过渡部阵列耦合到第二发射波导阵列，其中第二发射过渡部阵列可以耦合到第二发射微带阵列；其中第一发射微带阵列和第二发射微带阵列可以位于第一平面；其中第一发射波导阵列和第二发射波导阵列以及第二发射过渡部阵列。
第一发射微带阵列和第二发射微带阵列可以连接到支撑元件；其中第一发射波导阵列和第二发射波导阵列可以位于支撑元件的相对侧。
支撑元件可以是印刷电路板。
第一接收天线阵列和第一发射天线阵列可以是集成的。
可以提供一种用于操作概述的任何前述段落中示出的雷达以及用于操作说明书中示出的任何雷达的方法。雷达的操作(至少)可以包括发射信号和接收信号。
可以提供一种用于操作雷达的方法，该方法可以包括：从雷达的第一发射天线阵列发射第一被发射信号；作为发射第一被发射信号的结果，从雷达的第一接收天线阵列接收第一被接收信号；其中第一发射天线阵列的发射天线可以彼此间隔开第一距离；其中第一接收天线阵列的接收天线可以彼此间隔开第二距离；其中第一距离和第二距离中的每一个都超过半个波长；其中第一距离不同于第二距离；其中第一距离与第二距离之间的比率可以不是整数；并且其中第二距离与第一距离之间的比率可以不是整数。
第一被接收信号可以从可位于雷达的视场内的物体接收。
方法可以包括处理第一被接收信号以确定关于物体的信息。
方法可以包括：作为发射第一被发射信号的结果，从雷达的第二接收天线阵列接收第二被接收信号；其中第二接收天线阵列可以定向到第一接收天线阵列，并且可以定向到第一发射天线阵列。
方法可以包括：从雷达的第二发射天线阵列发射第二被发射信号；作为发射第二被发射信号的结果，由雷达的第一接收天线阵列接收第三被接收信号；以及作为发射第二被发射信号的结果，由雷达的第二接收天线阵列接收第四被接收信号。
方法可以包括处理第一被接收RF、第二被接收信号、第三被接收信号和第四被接收信号，以确定关于物体的信息。
第一发射天线阵列和第一接收天线阵列中的至少一个可以定向到第二发射天线阵列和第二接收天线阵列中的至少一个。
方法可以包括通过处理第一被接收信号、第二被接收信号、第三被接收信号和第四被接收信号来解决雷达的空间模糊性。
空间模糊性的解决可以基于与第一被接收信号相关的空间模糊性、与第二被接收信号相关的空间模糊性、与第三被接收信号相关的空间模糊性和与第四被接收信号相关的空间模糊性之间的差异。
处理可以包括应用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成。
处理可以包括应用线性波束形成。
处理可以包括应用MVDR波束形成并应用线性波束形成。
可以提供一种雷达，其可以包括：第一发射天线阵列；第一接收天线阵列；第二发射天线阵列；第二接收天线阵列；第一接收微带阵列；第二接收微带阵列；第一发射微带阵列；第二发射微带阵列；其中第一接收天线阵列可以经由第一接收过渡部阵列耦合到第一接收波导阵列；其中第一发射天线阵列可以经由第一发射过渡部阵列耦合到第一发射波导阵列；其中第二接收天线阵列可以经由第二接收过渡部阵列耦合到第二接收波导阵列；其中第二发射天线阵列可以经由第二发射过渡部阵列耦合到第二发射波导阵列；其中第一接收微带阵列和第二接收微带阵列可以位于支撑元件的同一侧，该支撑元件的同一侧支撑第一接收微带阵列和第二接收微带阵列；并且其中第一接收天线阵列可以不平行于第二接收天线阵列。
第一接收过渡部阵列和第二接收过渡部阵列可以位于支撑元件的相对侧。
雷达可以包括穿过支撑元件的一部分的空腔，并且其中来自第一接收微带阵列和第二接收微带阵列中的至少一个的接收微带可以位于空腔附近。
第一发射微带阵列和第二发射微带阵列可以位于支撑元件的同一侧；并且其中第一发射天线阵列可以不平行于第二发射天线阵列。
第一发射过渡部阵列和第二发射过渡部阵列可以位于支撑元件的相对侧。
雷达可以包括穿过支撑元件的一部分的空腔，并且其中来自第一发射微带阵列和第二发射微带阵列中的至少一个的发射微带可以位于空腔附近。
可以提供一种雷达单元，其可以包括第一物体；第二物体；中间元件和多个微带。第一波导可以由形成在第一物体内的空腔和形成在中间元件中的第一盖子形成。第二波导可以由形成在第二物体内的空腔和形成在中间元件中的第二盖子形成。多个微带中的一些微带可以经由第一过渡部耦合到第一波导。多个微带中的一些其它微带可以经由第二过渡部耦合到第二波导。
雷达可以包括所述雷达单元。雷达单元是成本有效的，并且易于制造。从空腔形成波导比从多个面制造波导的整个框架更便宜且更容易制造。
附图简述
关于本发明的主题在说明书的结束部分被特别指出并被清楚地要求保护。然而，在连同附图阅读时，通过参考下面的详细描述，本发明关于组织和步骤方法以及其原理、特征和优点可以得到最好地理解，其中：
图1是示出使用PCB上的印刷天线的传统MIMO雷达天线阵列的示意图；
图2是示出等效于图1的MIMO雷达天线的虚拟阵列的示意图；
图3是在一个维度上示出MIMO雷达天线阵列的实施例的一个示例的示意图。
图4是没有窗口的现有技术阵列的波束形成结果；
图5是具有窗口的现有技术阵列的波束形成结果；
图6是本发明的阵列的一个优选实施例的波束形成结果；
图7是添加了不精确噪声的现有技术阵列的结果；
图8是添加了不精确噪声的本发明的示例性阵列的结果；
图9是天线阵列的建议的2D布置；
图10-18示出了雷达的不同部分的示例；
图19示出了模糊性的示例；以及
图20示出了方法的示例。
附图的详细描述
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以免模糊本发明。
说明书中对方法的任何提及应当加以必要的变动而应用于能够执行该方法的系统。
说明书中对系统的任何提及应当加以必要的变动而应用于可由该系统执行的方法。
将相同的参考数字分配给不同的部件可能表示这些部件彼此相似。
可以提供一种射频(RF)雷达，其可以具有可避免上述缺点的天线和印刷电路板(PCB)布置。
天线可以是喇叭天线，它们以高效率、高增益和非常好的制造精度而闻名。替代地，天线可以不同于喇叭天线，例如，天线可以是印刷天线，其可以比喇叭天线更紧凑但是具有较低的增益。
天线可以使用低损耗波导连接到PCB。在本发明中，公开了一种具有喇叭天线的天线阵列结构(可以使用其他类型的高效天线来代替喇叭天线)。
天线和雷达芯片之间的连接可以使用两层弯曲波导来实现。
在每个波导的末端处有一个波导到微带的过渡部。微带将信号传递给组装在PCB上的发射(Tx)或接收(Rx)设备。
微带连接被方便地放置在PCB的一层中，优选在顶层中。
提供了一种用于短程雷达应用的阵列布置，该阵列布置提供了方便IC和天线放置的均匀最佳阵列。短程可以小于一公里、小于几百米、小于一百米等。雷达可以安装在车辆上，并且用于自动驾驶和/或用于驾驶员辅助应用。
本发明的附加特征是用于解决垂直轴中的模糊性的方法。
现有技术MIMO天线的配置如图1所示。每个天线都表示为一个窄矩形。元件的实际形状可能不是矩形，但是在水平轴上窄，而在垂直轴上长，以便在垂直轴上生成窄角度，而在水平轴上生成宽角度，如在许多应用中所要求的。在这个示例中，间隔为半个波长(0.5λ)的四个Rx元件12被放置在Rx侧，而六个Tx元件11放置在Tx侧。
波长可以是由发射天线发射或由接收天线接收的任何波长，但通常是指位于天线的波长范围中心内的波长。
MIMO操作将生成如图2所示的虚拟阵列。虚拟阵列包括单个发射天线和二十四个接收天线。
该虚拟阵列非常大，提供非常高的角度分辨率，并且在水平轴上具有良好的均匀间距。图1的经典布置的一个缺点在于，如果天线元件被放置在PCB上，则有源部件的布局不干扰天线是具有挑战性的。
图3示出了本发明天线阵列的一个实施例。在这种配置中，等效于图3的天线阵列的虚拟阵列不再是均匀的阵列，并且波束宽度也不是用该数量的天线元件实现的最小可能。
然而，使用阵列的非整数相关间隔的新颖配置提供了优于最佳现有技术MIMO配置的两个优点：元件之间的间隔不再是0.5λ，导致更容易的制造和天线之间更低的串扰，此外，降低了对天线不精确性的灵敏度。如说明书中所示的天线间隔比率的选择将确保大的间隔仍然不会产生模糊性(所谓的光栅波瓣)。本发明的另一个有利特征在于，在某些比率下，光栅波瓣甚至在宽角度处也不存在。
我们将在图4-8中展示本发明的新颖配置的性能。
在图4中，示出了具有四个Tx天线和十六个Rx天线的经典MIMO波束形成(曲线图40)。
MIMO波束形成表示由虚拟阵列接收的接收信号，该虚拟阵列包括一个发射机和4x16个接收天线，该虚拟阵列相当于图1的阵列。接收天线位于表示在“真实的”Tx天线和Rx天线对的不同对之间的不同传播路径(发射和接收)之间相位不同的位置。
图5的曲线图50示出了MIMO波束形成，其中作为对使用Kaiser窗的更宽的主瓣的回应，旁瓣被减小。
图6的曲线图60示出了本发明的阵列示例的阵列响应，其具有12个Tx元件、16个Rx元件，并且分别具有2.0λ和1.5λ的间隔。这里也应用了窗口，但是由于虚拟阵列不均匀，因此窗口被分别应用于Tx阵列和Rx阵列。我们可以看到，阵列响应不如现有技术的阵列，并且元件的数量更高。另一方面，这种较差的阵列在噪声性能方面有一些优势。
图7的曲线图70示出了当不精确性被添加到元件增益时绘制的现有技术阵列响应。
曲线图80示出了当相同的不精确性被添加到本发明的阵列时的响应，与图6的示例中使用的相同。我们可以看到，噪声影响对于这种阵列较低，尤其是在主瓣附近，其中主瓣是最重要的。
图9显示了在方位角上和在仰角上都提供分辨率的2D布置。在这个优选实施例中，所有的天线都方便地放置在边界上，并且所有的电子器件在矩形内都有一个大的不间断的空白空间。在一些应用中，在仰角方向上要求窄视场(FOV)，而在方位角上要求宽FOV。这是通过使用x轴(水平)上窄且y轴(垂直)上长的天线元件来实现的。
天线元件可以是任何种类的辐射元件、贴片、缝隙波导等。在优选实施例中，喇叭天线用于高效率、高增益、宽带宽和高精度。喇叭天线布置的顶视图如图9所示。
在x轴上，(第一接收天线阵列92的)16个接收元件以1.5λ的间隔放置，并且在其上方有(第一发射天线阵列91的)12个发射元件以2.0λ的间隔放置。
在y轴上，左侧有(第二接收天线阵列94的)16个接收元件以1.5λ的间隔放置，右侧有(第二发射天线阵列93的)12个发射元件以2.0λ的间隔放置。
这种2D布置还允许MIMO操作，其中Tx阵列在右侧，Rx阵列在底部，从而提供2D但具有光栅波瓣的所得栅格。顶部的Tx阵列和左侧的Rx阵列提供了具有不同光栅波瓣模式的另一种栅格。所有这些模式可以结合起来，以在大多数实际情况下提供非模糊图像。
图10-16示出了射频(RF)雷达的示例。
雷达100可以包括：
a.第一发射天线阵列91
b.第一接收天线阵列92
c.第二发射天线阵列93
d.第二接收天线阵列94
e.外壳，其可以包括前天线罩190和背部150。
f.电气电路，其可以包括处理器、存储器单元。电气电路可以位于由天线阵列和一个或更多个支撑元件限定的内部空间内，支撑元件如一个或更多个PCB。PCB包括用于支撑电气电路的第一PCB 120和其中形成空腔的第二PCB 130。
g.射频电路，该射频电路可以接收RF信号并将RF信号转换成电信号和/或可以接收电信号并将电信号转换成RF信号。
h.一个或更多个RF分配单元，用于(i)将RF信号从射频电路传送到第一发射天线阵列和/或第二发射天线阵列，和/或用于(ii)将RF信号从第一接收阵列和/或第二接收阵列传送到射频电路。
电气电路、射频电路统一用110来表示。
天线阵列可以包括喇叭天线或任何其他天线。图10-17示出了喇叭天线。
第一发射天线阵列的发射天线可以彼此间隔开第一距离D1。第一接收天线阵列的接收天线可以彼此间隔开第二距离D2。D1和D2可以超过半个波长，例如，它可以超过一个波长，并且可以不小于两个波长。D1不同于D2。D2和D1之间的比率(D2/D1)不是整数。D1和D2之间的比率(D1/D2)也不是整数。
对于非限制性示例，D2可以是0.75*D1。尤其是，D1可以等于两个波长，D2可以等于一个半波长。
第二发射天线阵列的发射天线可以彼此间隔开第三距离D3。第二接收天线阵列的接收天线可以彼此间隔开第四距离D4。D3和D4可以超过半个波长，特别是可以超过一个波长，并且可以不小于两个波长。D3不同于D4。D4和D3之间的比率(D4/D3)不是整数。D3和D4之间的比率(D3/D4)也不是整数。
对于非限制性示例，D4可以是0.75*D3。尤其是，D3可以等于两个波长，D4可以等于一个半波长。
一个或更多个RF分配单元可以包括波导、发射和微带，或任何其他RF传送元件。
例如，一个或更多个RF分配单元可以包括：
a.第一接收微带阵列151。
b.第二接收微带阵列152。
c.第一发射微带阵列153。
d.第二发射微带阵列154。
第一接收天线阵列可以经由第一接收过渡部阵列耦合到第一接收波导阵列。第一发射天线阵列可以经由第一发射过渡部阵列耦合到第一发射波导阵列。第二接收天线阵列可以经由第二接收过渡部阵列耦合到第二接收波导阵列。第二发射天线阵列可以经由第二发射过渡部阵列耦合到第二发射波导阵列。
图16-17提供了过渡部(transition)的示例。
根据本发明的实施例，波导应该传送去往或来自不平行于其他天线(接收天线和发射天线)阵列的天线(接收天线和发射天线)阵列的RF信号。波导可以在不同的平面中实现，并且不相互交叉。例如，第一发射波导阵列和第一接收波导阵列可以位于支撑元件140的一侧141，而第二发射波导阵列和第二接收波导阵列可以位于支撑元件140的相对侧142。
为了降低生产成本、减小雷达的尺寸并提供更稳定的喇叭天线，喇叭天线可以由可以被盖子密封的空腔形成。盖子可以包括在支撑元件中，支撑元件如(至少部分地)涂有导电材料的PCB 140，或者如具有与空腔匹配的盖子的PCB。
根据本发明的实施例，一些空腔形成在外壳的背部150中，并且盖子形成在支撑元件(如PCB130)的背板中，其他空腔形成在另一个支撑元件中，并且由形成在PCB另一侧的盖子密封。
微带可以形成在PCB的任一侧。例如，它们可以形成在PCB的相对两侧，但也可以仅形成在PCB的一侧。
过渡部可以形成在PCB的两侧，并且耦合在微带和波导之间。过渡部耦合到PCB两侧的波导。过渡部可以限定微带的端部所处的空间。过渡部包括位于PCB两侧的两个部分，并且导电通孔可以穿过PCB，从而用导电笼包围微带的端部。
微带可以靠近过渡部的任何部分。波导可以连接到过渡部的任何部分。当微带和波导位于PCB的相对侧时，可以从PCB的面向波导的一侧形成仅穿过PCB的一部分的部分空腔，以减少损耗，尽管这种空腔是可选的。
图17示出了支撑元件(如PCB 140)，其具有上平面141、下平面142和开口(空腔)143。
微带185和186位于上表面上。开口143部分穿过PCB 140。
过渡部180具有围绕微带185的一部分的上部181，并且还具有下部184。诸如导电通孔189的导电元件可以穿过PCB 140，并且耦合到过渡部180的部分181和184。
过渡部180’具有围绕微带186的一部分的上部183，并且还具有下部182。诸如导电通孔的导电元件可以穿过PCB 140，并耦合到过渡部180’的部分182和183。
图17还示出了位于空腔143上方的微带186的端部的顶视图(虚线表示空腔143没有到达PCB 140的上表面)。空腔143可以被一个或更多个导电通孔包围。
图18示出了耦合到RT/TX芯片(诸如射频芯片111)的RF多路复用器112的示例。RF多路复用器112具有耦合到发射微带221和222的两个输出端。射频芯片111可以在没有RF多路复用器112的情况下耦合到发射和/或接收微带。
图9的雷达可以是静态雷达。它可以不执行视场的电子扫描，也可以不被机械移动，这增加了雷达的可靠性。
可以提供一种用于操作雷达的方法。雷达可以是上面提到的任何一种雷达，或者是能够执行以下方法的任何其他雷达。
雷达从彼此不平行的第一发射天线阵列和第二发射天线阵列发射RF信号，并且可以从雷达视场内的一个或更多个物体接收RF信号。RF信号由来自第一接收天线阵列和第二接收天线阵列的天线接收。
当RF信号从雷达视场中的物体反射时，天线从第一接收天线阵列和第二接收天线阵列接收相位彼此不同的多个RF信号。
位于不同方向的物体会反射不同的RF信号。雷达可以将被接收信号(或者更确切地说，处理后的被接收信号)与参考信号进行比较，该参考信号对应于关于物体方向的不同假设。可以选择与最佳匹配实际被接收信号的参考信号相对应的方向。
方向的确定可以使用一种或更多种波束形成技术，如线性波束形成和/或最小方差无失真响应(MVDR)波束形成。
被接收信号通常通过在时域和空域之间进行转换来处理。在这个过程中可以应用傅立叶变换或其他变换。
发射阵列和接收阵列的不同组合可能遭受模糊性。使用多次发射和接收的结果(通过不同的阵列)可以解决模糊性。
图19示出了模糊区域401、402、403和404
a.模糊区域401与第一发射天线阵列的发射和第一接收天线阵列的接收相关联。模糊区域的峰值是一个窄而长的垂直区。峰值对应于接收模式主瓣的峰值。
b.模糊区域402与第一发射天线阵列的发射和第二接收天线阵列的接收相关联。模糊区域的峰值是一个窄而长的水平区。
c.模糊区域403与第二发射天线阵列的发射和第一接收天线阵列的接收相关联。模糊区域是发射模糊区域4031和接收模糊区域4032之间的重叠区域。
d.模糊区域404与第二发射天线阵列的发射和第二接收天线阵列的接收相关联。
事件a和b同时发生，并且事件c和d同时发生。
在事件(a，b)和事件(c，d)之间可能有很短的时间段，并且在某些情形中，物体可能被认为位于基本相同的方向，这允许在在步骤a、b、c和d期间获得的读数之间进行比较。替代地，Doppler读数提供关于物体速度的指示，从而允许容易补偿事件(a，b)和事件(c，d)之间物体位置的变化。
图20示出根据本发明的实施例的方法300。
方法300可以由包括第一发射天线阵列和第一接收天线阵列的雷达来执行。
第一发射天线阵列的发射天线彼此间隔开第一距离。第一接收天线阵列的接收天线彼此间隔开第二距离。第一距离和第二距离中的每一个都超过半个波长。第一距离不同于第二距离。第一距离与第二距离之间的比率不是整数。第二距离与第一距离之间的比率不是整数。
步骤310可以包括从RF雷达的第一发射天线阵列发射第一被发射RF信号。
步骤320可以包括作为发射该第一被发射RF信号的结果，从RF雷达的第一接收天线阵列接收第一被接收RF信号。
第一被接收RF信号是从位于射频雷达的视场内的物体接收的。
步骤330包括处理第一被接收RF信号，以确定关于物体的信息。
雷达还可以包括第二接收天线阵列。第二接收天线阵列可以定向(非平行)到第一接收天线阵列，并且可以定向到第一发射天线阵列。
步骤340可以包括：作为发射该第一被发射RF信号的结果，从射频雷达的第二接收天线阵列接收第二被接收RF信号；其中第二接收天线阵列被定向到第一接收天线阵列，并且被定向到第一发射天线阵列。
该处理(步骤330)可以应用于在步骤340期间接收的RF信号。
雷达还可以包括第二发射天线阵列。第二发射天线阵列的发射天线可以彼此间隔开第三距离。第二接收天线阵列的接收天线可以彼此间隔开第四距离。第三距离和第四距离可以超过半个波长，特别是可以超过一个波长，并且可以不小于两个波长。第三距离可以不同于第四距离。第四距离和第三距离之间的比率不是整数。第三距离和第四距离之间的比率不是整数。
步骤350可以包括从RF雷达的第二发射天线阵列发射第二被发射RF信号。
步骤360可以包括：作为发射第二被发射RF信号的结果，由RF雷达的第一接收天线阵列接收第三被接收RF信号。
步骤370可以包括：作为发射第二被发射RF信号的结果，由RF雷达的第二接收天线阵列接收第四被接收RF信号。
步骤330还可以包括处理在步骤360和370期间接收的信号。相应地，步骤330可以包括处理第一被接收RF、第二被接收RF信号、第三被接收RF信号和第四被接收RF信号，以确定关于物体的信息。该信息可以是雷达视场的图像。
方法300可以处理在步骤320、340、360和370中的至少一个期间接收的信号的任何组合。
第一发射天线阵列和第一接收天线阵列中的至少一个定向到第二发射天线阵列和第二接收天线阵列中的至少一个。
步骤330可以包括以下至少一个：
a.通过处理第一被接收信号、第二被接收信号、第三被接收信号和第四被接收信号来解决RF雷达的空间模糊性。
b.基于与第一被接收信号相关的空间模糊性、与第二被接收信号相关的空间模糊性、与第三被接收信号相关的空间模糊性和与第四被接收信号相关的空间模糊性之间的差异来解决空间模糊性。
c.应用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成。
d.应用线性波束形成。
e.应用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成并应用线性波束形成。
模糊性可以至少部分地通过在与发射和接收的不同组合相关联的模糊区域中找到重叠来解决。与某个物体相关联并在设置(a)和(c)中检测到的信号应该位于设置(a)的模糊区域和设置(c)的模糊区域之间的重叠区域中。
在前述说明书中，已经参考本发明的实施例的具体示例描述了本发明。然而，显然，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种修改和改变。
此外，在说明书中和权利要求中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“在...之上”、“在...之下”等(如果有的话)用于描述性目的，而不一定用于描述永久相对位置。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，使得本文所描述的本发明的实施例例如能够在除了本文所示出或以其他方式描述的那些定向之外的其它定向上执行步骤。
如在本文讨论的连接可以是适合于例如经由中间设备从相应的节点、单元或设备传送信号或者将信号传送到相应的节点、单元或设备的任何类型的连接。因此，除非另外暗示或规定，否则连接可以例如是直接连接或间接连接。可以参考单个连接、多个连接、单向连接或双向连接来示出或描述连接。然而，不同的实施例可以改变连接的实现。例如，可以使用单独的单向连接而不是双向连接，反之亦然。而且，多个连接可以用连续地或以时间复用方式传送多个信号的单个连接代替。同样，携带多个信号的单个连接可以被分离成携带这些信号的子集的各种不同的连接。因此，对于传送信号存在很多选择。
虽然在示例中描述了电位的特定的导电类型或极性，但是应该认识到，电位的导电类型和极性可以反转。
本领域技术人员将认识到，逻辑块之间的边界仅仅是说明性的，并且可选实施例可以合并逻辑块或电路元件，或者对各种逻辑块或电路元件施加功能的替代分解。因此，应当理解，本文所描述的体系结构仅仅是示例性的，并且实际上可以实施实现相同功能的许多其它体系结构。
实现相同功能的部件的任何布置被有效地“关联”，使得实现期望的功能。因此，本文组合以实现特定功能的任何两个部件可以被看作彼此“相关联”，使得实现期望的功能，而与体系结构或中间部件无关。同样，这样关联的任何两个部件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现期望的功能。
此外，本领域技术人员将认识到上述步骤之间的边界仅是示意性的。多个步骤可以组合成单个步骤，单个步骤可以分布在附加步骤中，并且步骤可以在时间上至少部分地重叠地执行。此外，可选实施例可以包括特定步骤的多个实例，并且在各种其它实施例中可以改变步骤的顺序。
还例如，在一个实施例中，所示示例可以被实施为位于单个集成电路上或在同一设备内的电路。替代地，该示例可实施为以合适方式彼此互连的任何数目的单独集成电路或单独设备。
然而，其它修改、变化和替代也是可能的。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记不应被解释为限制权利要求。词“包括”不排除除了在权利要求中列出的那些之外的其他元件或步骤的存在。此外，如本文所使用的术语“一(a)”或“一(an)”被定义为一个或多于一个。此外，在权利要求中的引导性短语例如“至少一个”和“一个或更多个”的使用不应被解释为暗示由不定冠词“(一)a”或“(一)an”对另一个权利要求要素的引入将包含这样引入的权利要求要素的任何特定权利要求限制到仅包含一个这样的要素的发明，即使同一权利要求包括引导性短语“一个或更多个”或“至少一个”和不定冠词，例如“(一)a”或“(一)an”。对定冠词来说也是如此。除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任意地区分开这样的术语所描述的要素。因此，这些术语不一定旨在指示这样的要素的时间或其他优先级。某些度量在相互不同的权利要求中被叙述的不争事实并不指示这些度量的组合不能有利地被使用。
术语“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“由...组成”和“基本上由...组成”以可互换的方式被使用。例如，任何方法可以至少包括在附图中和/或在说明书中包括的步骤，只有在附图和/或说明书中包括的步骤。这同样适用于感测单元和系统。
短语“可以是X”指示条件X可以被满足。这个短语也暗示条件X可能不被满足。
虽然本文已经图示和描述了本发明的某些特征，但是本领域普通技术人员将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应当理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (49)

1.一种射频(RF)雷达，包括：
第一发射天线阵列和第一接收天线阵列；
第二发射天线阵列和第二接收天线阵列；
其中，所述第一发射天线阵列的发射天线彼此间隔开第一距离；
其中，所述第一接收天线阵列的接收天线彼此间隔开第二距离；
其中，所述第一距离和所述第二距离中的每一个都超过半个波长；
其中，所述第一距离不同于所述第二距离；
其中，所述第一距离与所述第二距离之间的比率不是整数；
其中，所述第二距离与所述第一距离之间的比率不是整数；
其中，所述第二发射天线阵列的发射天线彼此间隔开第三距离；
其中，所述第二接收天线阵列的接收天线彼此间隔开第四距离；
其中，所述第三距离和所述第四距离中的每一个都超过半个波长；
其中，所述第三距离不同于所述第四距离；
其中，所述第三距离与所述第四距离之间的比率不是整数；
其中，所述第四距离与所述第三距离之间的比率不是整数；
其中，所述第一接收天线阵列经由第一接收过渡部阵列耦合到第一接收波导阵列；
其中，所述第一接收过渡部阵列耦合到第一接收微带阵列；
其中，所述第二接收天线阵列经由第二接收过渡部阵列耦合到第二接收波导阵列；
其中，所述第二接收过渡部阵列耦合到第二接收微带阵列；
其中，所述第一接收微带阵列和所述第二接收微带阵列位于第一平面；并且
其中，所述第一接收波导阵列和所述第一接收过渡部阵列位于与所述第二接收波导阵列和所述第二接收过渡部阵列不同的平面上。
2.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一距离和所述第二距离不小于两个波长。
3.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第二距离是所述第一距离的百分之七十五。
4.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一距离不小于两个波长，并且其中所述第二距离是所述第一距离的百分之七十五。
5.根据权利要求4所述的RF雷达，其中，所述第二距离小于两个波长。
6.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列的发射天线是喇叭天线，并且其中所述第一接收天线阵列的接收天线是喇叭天线。
7.根据权利要求1所述的RF雷达，包括耦合到所述第一接收天线阵列的第一接收波导阵列。
8.根据权利要求7所述的RF雷达，其中，所述第一接收波导阵列的接收波导由形成在第一结构元件内的空腔和形成在第二结构元件中的盖子形成。
9.根据权利要求8所述的RF雷达，其中，所述第一结构元件是所述RF雷达的外壳。
10.根据权利要求9所述的RF雷达，其中，所述第二结构元件是传导平面。
11.根据权利要求1所述的RF雷达，包括耦合到所述第一发射天线阵列的第一发射波导阵列。
12.根据权利要求11所述的RF雷达，其中，所述第一发射波导阵列的发射波导由形成在第一结构元件内的空腔和形成在第二结构元件中的盖子形成。
13.根据权利要求12所述的RF雷达，其中，所述第一结构元件是所述RF雷达的外壳。
14.根据权利要求9所述的RF雷达，其中，所述第二结构元件是传导平面。
15.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列的发射天线是喇叭天线，并且其中所述第一接收天线阵列的接收天线是喇叭天线。
16.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列的发射天线是印刷天线，并且其中所述第一接收天线阵列的接收天线是印刷天线。
17.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列平行于所述第一接收天线阵列。
18.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列和所述第一接收天线阵列被配置成形成RF信道，所述RF信道与由单个发射天线和非均匀接收天线阵列形成的RF信道等效。
19.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列平行于所述第一接收天线阵列；并且其中所述第二发射天线阵列平行于所述第二接收天线阵列。
20.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第三距离和所述第四距离不小于两个波长。
21.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第四距离是所述第三距离的百分之七十五。
22.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第三距离不小于两个波长，并且其中所述第四距离是所述第三距离的百分之七十五。
23.根据权利要求22所述的RF雷达，其中，所述第四距离小于两个波长。
24.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第二发射天线阵列的发射天线是喇叭天线，并且其中所述第二接收天线阵列的接收天线是喇叭天线。
25.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第二发射天线阵列的发射天线是印刷天线，并且其中所述第二接收天线阵列的接收天线是印刷天线。
26.根据权利要求1所述的RF雷达，包括耦合到所述第二接收天线阵列的第二接收波导阵列。
27.根据权利要求26所述的RF雷达，其中，所述第二接收波导阵列的接收波导由形成在第三结构元件内的空腔和形成在第四结构元件中的盖子形成。
28.根据权利要求26所述的RF雷达，其中，所述第二接收波导阵列的接收波导由形成在第三结构元件内的空腔和形成在第二结构元件中的盖子形成。
29.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列和所述第一接收天线阵列垂直于所述第二发射天线阵列和所述第二接收天线阵列。
30.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列、所述第一接收天线阵列、所述第二发射天线阵列和所述第二接收天线阵列围绕所述RF雷达的电气电路以及射频电路，所述电气电路包括数字处理器。
31.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第二发射天线阵列的发射天线比所述第一发射天线阵列的发射天线短；并且其中所述第二接收天线阵列的接收天线比所述第一接收天线阵列的接收天线短。
32.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一接收微带阵列和第二接收微带阵列连接到支撑元件；其中所述第一接收波导阵列和第二接收波导阵列位于所述支撑元件的相对侧。
33.根据权利要求32所述的RF雷达，其中，所述支撑元件是印刷电路板。
34.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一发射天线阵列经由第一发射过渡部阵列耦合到第一发射波导阵列，其中，所述第一发射过渡部阵列耦合到第一发射微带阵列；其中，所述第二发射天线阵列经由第二发射过渡部阵列耦合到第二发射波导阵列，其中，所述第二发射过渡部阵列可以耦合到第二发射微带阵列。
35.根据权利要求34所述的RF雷达，其中，所述第一发射微带阵列和第二发射微带阵列连接到支撑元件；其中所述第一发射波导阵列和第二发射波导阵列位于所述支撑元件的相对侧。
36.根据权利要求35所述的RF雷达，其中，所述支撑元件是印刷电路板。
37.根据权利要求1所述的RF雷达，其中，所述第一接收天线阵列和所述第一发射天线阵列是集成的。
38.一种用于操作射频(RF)雷达的方法，所述方法包括：
从所述RF雷达的第一发射天线阵列发射第一被发射RF信号；
作为发射所述第一被发射RF信号的结果，从所述RF雷达的第一接收天线阵列接收第一被接收RF信号；
从所述RF雷达的第二发射天线阵列发射第二被发射RF信号；
作为发射所述第二被发射RF信号的结果，从所述RF雷达的第二接收天线阵列接收第四被接收RF信号；
其中，所述第一发射天线阵列的发射天线彼此间隔开第一距离；
其中，所述第一接收天线阵列的接收天线彼此间隔开第二距离；
其中，所述第一距离和所述第二距离中的每一个都超过半个波长；
其中，所述第一距离不同于所述第二距离；
其中，所述第一距离与所述第二距离之间的比率不是整数；
其中，所述第二距离与所述第一距离之间的比率不是整数；
其中，所述第二发射天线阵列的发射天线彼此间隔开第三距离；
其中，所述第二接收天线阵列的接收天线彼此间隔开第四距离；
其中，所述第三距离和所述第四距离中的每一个都超过半个波长；
其中，所述第三距离不同于所述第四距离；
其中，所述第三距离与所述第四距离之间的比率不是整数；
其中，所述第四距离与所述第三距离之间的比率不是整数；
其中，所述第一接收天线阵列经由第一接收过渡部阵列耦合到第一接收波导阵列；
其中，所述第一接收过渡部阵列耦合到第一接收微带阵列；
其中，所述第二接收天线阵列经由第二接收过渡部阵列耦合到第二接收波导阵列；
其中，所述第二接收过渡部阵列耦合到第二接收微带阵列；
其中，所述第一接收微带阵列和所述第二接收微带阵列位于第一平面；并且
其中，所述第一接收波导阵列和所述第一接收过渡部阵列位于与所述第二接收波导阵列和所述第二接收过渡部阵列不同的平面上。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述第一被接收RF信号是从位于所述RF雷达的视场内的物体接收的。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述方法包括处理所述第一被接收RF信号，以确定关于所述物体的信息。
41.根据权利要求39所述的方法，还包括：作为发射所述第一被发射RF信号的结果，从所述RF雷达的第二接收天线阵列接收第二被接收RF信号；其中所述第二接收天线阵列被定向到所述第一接收天线阵列，并且被定向到所述第一发射天线阵列。
42.根据权利要求41所述的方法，还包括：
作为发射所述第二被发射RF信号的结果，由所述RF雷达的所述第一接收天线阵列接收第三被接收RF信号。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述方法包括处理所述第一被接收RF信号、所述第二被接收RF信号、所述第三被接收RF信号和所述第四被接收RF信号，以确定关于所述物体的信息。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述第一发射天线阵列和所述第一接收天线阵列中的至少一个被定向到所述第二发射天线阵列和所述第二接收天线阵列中的至少一个。
45.根据权利要求43所述的方法，包括通过处理所述第一被接收RF信号、所述第二被接收RF信号、所述第三被接收RF信号和所述第四被接收RF信号来解决所述RF雷达的空间模糊性。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述空间模糊性的解决基于与所述第一被接收RF信号相关的空间模糊性、与所述第二被接收RF信号相关的空间模糊性、与所述第三被接收RF信号相关的空间模糊性和与所述第四被接收RF信号相关的空间模糊性之间的差异。
47.根据权利要求43所述的方法，其中，所述处理包括应用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成。
48.根据权利要求43所述的方法，其中，所述处理包括应用线性波束形成。
49.根据权利要求43所述的方法，其中，所述处理包括应用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成并应用线性波束形成。
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