專利名稱：射頻脈沖信號發(fā)射器、接收器及包含發(fā)射器的收發(fā)機設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射RF(RadiC) Frequency，射頻)脈沖信號的發(fā)射器、包括 該發(fā)射器的收發(fā)機設(shè)備以及用于接收由RF脈沖信號發(fā)射器發(fā)射的信號的接收器。
背景技術(shù)：
已知有多種類型的發(fā)射器(例如用于雷達(dá)應(yīng)用)，其包括具有多個天線元件的陣 列天線，其中RF脈沖信號以相應(yīng)的單個發(fā)射信號被提供給天線元件，且預(yù)先確定單個發(fā)射 信號的相位分布(相位的組合)以便朝特定方向?qū)F脈沖信號作為調(diào)制的電磁波束發(fā)射。 此處使用的術(shù)語“RF脈沖信號”表示由已知類型的脈沖調(diào)制器電路生成的信號(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“脈沖關(guān)”狀態(tài))的時段(PofT)分開的 較高幅度RF信號(此處稱為“脈沖開”狀態(tài))的時段(Pon)。對于用于在高RF頻率生成該信號的實際類型的脈沖調(diào)制器電路，不可能在“脈沖 關(guān)”狀態(tài)期間完全排除RF信號分量?！懊}沖關(guān)”狀態(tài)中的較低幅度RF信號在以下被稱為泄
漏信號分量。期望“脈沖開”和“脈沖關(guān)”部分的幅度比(即“脈沖開”狀態(tài)的幅度與泄漏信號幅 度的比)應(yīng)足夠高。然而迄今為止這難以實現(xiàn)。為了嘗試減小泄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)并入一種開關(guān)，該開關(guān)將被控制成使RF脈 沖信號的每個“脈沖開”部分通過和阻斷每個“脈沖關(guān)”部分。還提出了并入用于僅在每個“脈沖 開”時段期間放大RF脈沖信號的放大器。然而，通過減小泄漏信號分量的相對幅度來提高發(fā)射/接收性能的這種方法具有 需要昂貴的附加裝置(如開關(guān)和放大器等)的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服以上問題，實現(xiàn)RF脈沖信號的泄漏信號分量的負(fù)面效果的 減小，而不需要使用額外的開關(guān)或放大器來實現(xiàn)該目的。為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種RF脈沖信號發(fā)射器，其具有 由以固定間距設(shè)置的天線元件的陣列形成的發(fā)射天線；以及RF脈沖信號提供電路，其提供 要由所述天線發(fā)射的(作為電磁波的)RF脈沖信號(為對應(yīng)于相應(yīng)的天線元件的多個單個 的發(fā)射信號)。如上所示，RF脈沖信號是高頻率信號，其在被稱為“脈沖開”狀態(tài)的高幅度 狀態(tài)的時段和被稱為“脈沖關(guān)”狀態(tài)的低幅度狀態(tài)的時段(包含泄漏信號分量的時段)之 間交變。在此“高頻”表示例如微波范圍內(nèi)的頻率。 該設(shè)備進一步包括相位調(diào)節(jié)電路，其被控制成調(diào)節(jié)各個發(fā)射信號的相位分布。該 設(shè)備還包括方向控制電路，其控制相位調(diào)節(jié)電路以在“脈沖開”時段期間設(shè)置相位分布，使 得從陣列天線朝預(yù)定發(fā)射方向發(fā)射RF脈沖信號(即作為調(diào)制的電磁波)。
該設(shè)備特征在于進一步包括相位改變電路，其控制相位調(diào)節(jié)電路以建立“脈沖關(guān)” 狀態(tài)期間的各個發(fā)射信號的相位分布，該相位分布不同于“脈沖開”狀態(tài)的每個時段期間的相位分布。更具體地，取決于發(fā)射器的應(yīng)用，各個發(fā)射信號的相位分布可在多個相繼的“脈沖 開”時段中的每個時段期間保持不改變，或可在相繼的“脈沖開”時段中依次地改變(即用 于建立相繼不同的發(fā)射方向)。然而在任一情況下，本發(fā)明可確保在與RF脈沖信號的“脈 沖開”時段期間建立的發(fā)射方向(發(fā)射的束方向)相同的方向中，不會以最大強度輻射由 RF脈沖信號的泄漏信號分量導(dǎo)致的電磁波。以這種方式，與其中相位分布相對于“脈沖開”時段期間的相位分布保持不變的情 況相比，確保了在每個“脈沖關(guān)”時段期間在發(fā)射方向上來自天線的輻射功率的水平(即從 RF脈沖信號的泄漏信號分量導(dǎo)致的發(fā)射的噪聲)被顯著減小。因而，在每個“脈沖關(guān)”時段期間由RF脈沖信號的泄漏信號分量導(dǎo)致的從天線發(fā) 射的噪聲水平(即在與“脈沖開”時段期間發(fā)射的束相同的方向上作為電磁波發(fā)射的噪聲) 降低的情況下，可實現(xiàn)改進的性能。另一方面，本發(fā)明提供了一種包括上述發(fā)射器的收發(fā)機設(shè)備，其中陣列天線被共 用為發(fā)射天線和接收天線。當(dāng)在天線處接收回從天線發(fā)射的RF脈沖信號(即從某物體反 射回的電磁波)時，在發(fā)射的RF脈沖信號的每個“脈沖關(guān)”狀態(tài)的時段期間，該信號作為分 別來自對應(yīng)天線元件的多個單個的接收信號被接收。收發(fā)機設(shè)備包括多個循環(huán)器(即微波循環(huán)器)。每個循環(huán)器在將單個發(fā)射信號和 單個接收信號彼此隔離的同時，將對應(yīng)的單個發(fā)射信號轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的天線元件，還轉(zhuǎn)移來 自對應(yīng)天線元件的對應(yīng)的單個接收信號。各個接收信號從循環(huán)器轉(zhuǎn)移到收發(fā)機設(shè)備的接收 器電路，這些信號被組合成單個接收信號。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過這種類型的收發(fā)機設(shè)備，發(fā)射的RF脈沖信號的泄漏信號分量 (在該信號的每個“脈沖關(guān)”時段期間出現(xiàn))通過與各個循環(huán)器內(nèi)的單個接收信號相互作 用而造成對各個接收信號的干擾。當(dāng)接收信號和發(fā)射信號是相同相位時該干擾特別強。然 而，如上所述，當(dāng)在這樣的收發(fā)機設(shè)備中應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器時，每個“脈沖關(guān)”時段期 間各個發(fā)射信號的相位分布(即這些單個的發(fā)射信號的相應(yīng)泄漏信號分量的相位分布)與 “脈沖開”時段中的相位分布不同。結(jié)果，可有效地減小由所發(fā)射的RF脈沖信號的泄漏信號分量造成的在循環(huán)器內(nèi) 出現(xiàn)的干擾。除了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的上述基本優(yōu)點(即降低了每個“脈沖關(guān)”時段期間在發(fā)射的束方向上輻射的噪聲功率的水平)之外，還獲得了該優(yōu)點。
另一方面，本發(fā)明提供了一種包括上述發(fā)射器的收發(fā)機設(shè)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(fā)機設(shè)備進一步包括接收器電路， 其接收從第二陣列天線的對應(yīng)天線元件分別提供的多個單獨的接收信號；以及接收側(cè)相位 調(diào)節(jié)電路，其被控制成調(diào)節(jié)各個接收信號的相位分布。收發(fā)機設(shè)備還包括用于選擇距離選 通時段的接收方向控制電路。距離選通時段是與所發(fā)射的RF脈沖信號的“脈沖開”時段的 持續(xù)時間近似相同的時段，其在“脈沖開”時段之后經(jīng)過預(yù)定時間后開始。接收方向控制電 路還控制接收側(cè)相位調(diào)節(jié)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(yù)設(shè)成最大化對相應(yīng)于發(fā)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“脈沖開”時段期間所發(fā)射的束的方向)到 達(dá)的接收電磁波生成。收發(fā)機設(shè)備進一步包括距離選通時段掃描電路，用于在所發(fā)射的RF脈沖信號的 相繼“脈沖開”時段之間的時段內(nèi)掃描距離選通時段的定時。該收發(fā)機設(shè)備特征在于包括接收側(cè)相位改變電路，其控制接收側(cè)相位調(diào)節(jié)電路以 建立各個接收信號的第二相位分布，第二相位分布不同于第一相位分布。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(xù)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(yōu)化接收靈敏度，使得可以有效地增加 對于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脈沖信號發(fā)射器；圖2是通過第一實施例執(zhí)行的束發(fā)射處理的流程圖；圖3A是用于描述通過第一實施例生成的RF脈沖信號的時序圖；圖3B示出通過第一實施例生成的相繼發(fā)射的束的相應(yīng)的方向圖；圖4示出緊接在從信號的“脈沖開”時段到“脈沖關(guān)”時段的轉(zhuǎn)變之后的RF脈沖 信號的波形圖；圖5是用于描述改變分別提供給第一實施例的天線元件的各個發(fā)射信號的相位 分布的效果的波形圖；圖6是示出對于各個天線元件的單獨的RF脈沖信號的相位不改變的情況和對于 各個相位被改變以減小泄漏信號(噪聲)分量的情況，所發(fā)射的RF脈沖信號的圖；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(fā)射器的 RF脈沖信號收發(fā)機設(shè)備；圖8A和8B是用于描繪第二實施例中使用的循環(huán)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(fā)射器的 RF脈沖信號收發(fā)機設(shè)備；圖10是通過第三實施例執(zhí)行的處理的流程圖；圖11示出用于描繪第三實施例的操作的時序圖；以及圖12是示出RF脈沖信號的波形圖。
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(biāo)記1表示的發(fā)射 器。如圖1所示，發(fā)射器1包括陣列天線11、發(fā)射器部12、信號分配器13、發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié) 部14和信號處理部15。陣列天線11具有五個天線元件11a。發(fā)射器部12生成高頻信號 (RF信號)作為發(fā)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(jīng)由發(fā)射 側(cè)相位調(diào)節(jié)部14提供給各個天線元件11a。發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)從信號分配器13輸出的各個 發(fā)射信號的相應(yīng)相位。除了控制這些相位之外，信號處理部15生成用于控制發(fā)射器1的各 個部件的命令信號。因而應(yīng)理解發(fā)射器1可發(fā)射電磁波束，所述電磁波束具有通過調(diào)節(jié)分別提供給天 線元件Ila的各個發(fā)射信號的相位而控制的方向圖。如以下所述，根據(jù)信號處理部15產(chǎn)生 的發(fā)射側(cè)束調(diào)節(jié)命令進行上述的調(diào)節(jié)。信號處理部15是由CPU、ROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器等形成的一般類型的微型計算機， 其通過執(zhí)行包括生成發(fā)射側(cè)束調(diào)節(jié)命令等的處理來控制高頻信號的發(fā)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(zhí)行的處理(以 下稱為束發(fā)射處理)，該處理用于在所發(fā)射的RF脈沖信號的相繼的“脈沖開”時段期間以預(yù) 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(fù)載功率被提供給信號處理部15時，該處理被信號處理部15重復(fù)執(zhí)行。當(dāng)開始執(zhí)行處理時，首先(步驟S10)信號處理部15將發(fā)射方向命令值Kb設(shè)為發(fā) 射方向初始值θ ini，對于該實施例該值是-10° (例如是方位角)。接著在步驟S20，相位 差調(diào)節(jié)命令被提供給發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部14。這些命令是(1) “發(fā)射開”相位調(diào)節(jié)命令，其指定在圖3A所示的“發(fā)射開”時段TSon (即對應(yīng) 于由發(fā)射器部12生成的RF脈沖信號的“脈沖開”時段)期間的多個單獨的發(fā)射信號的相 位分布，從而陣列天線11朝由發(fā)射方向命令值Kb指定的方向θ k發(fā)射電磁波束，以及(2) “發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令，其指定直到隨后的“發(fā)射開”時段TSon開始時要被 建立(即在RF脈沖信號的隨后的“脈沖關(guān)”時段期間建立)的多個單獨的發(fā)射信號的相位 分布，該相位分布不同于“發(fā)射開”時段TSon的相位分布。從而減小了朝著由發(fā)射方向命 令值Kb指定的方向自陣列天線11發(fā)射的作為噪聲的電磁波(由RF脈沖信號的泄漏信號 分量產(chǎn)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(fā)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(fā)射信號之間的預(yù)定的固定量的相移。由“發(fā)射開”相位調(diào)節(jié)命令所表達(dá)的相位分布使得相鄰的天線元件Ila的各個發(fā) 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(fā)射的電磁波的波長。由“發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令所表達(dá)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(gòu)成天線元件Ila的元件的數(shù)目。在S20之后，執(zhí)行S30，其中信號處理部15將下文中被稱作“脈沖開”命令的命令 發(fā)射到發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部14。結(jié)果，發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部14首先在“發(fā)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(fā)射信號設(shè)為由“發(fā)射開”相位調(diào) 節(jié)命令指定的相位分布。當(dāng)經(jīng)過了“發(fā)射開”時段TSon時，發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部14將各個發(fā) 射信號設(shè)為由“發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令指定的相位分布。
在步驟S30之后，在步驟S40中，開始增加發(fā)射延續(xù)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(fā)射延續(xù)時段判斷定時器值TM1，并判斷定時器是否到達(dá)脈沖時 段判斷值JTl (在該實施例中，對應(yīng)于例如500納秒)。如果還沒有到達(dá)該值，則重復(fù)步驟 S50。如果發(fā)現(xiàn)到達(dá)了值JTl (步驟S50中的是)，則停止增加發(fā)射延 續(xù)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(zhí)行步驟S40之后第一次執(zhí)行步驟 S50時，發(fā)射延續(xù)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。然后判斷(步驟S70)發(fā)射方向命令值Kb是否超過了發(fā)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(fā)射方向上限值JKm(步驟S70中的否)，則更新 發(fā)射方向命令值Kb (在該實施例中，將10°加到Kb的當(dāng)前值上)，操作返回步驟S20。然后 重復(fù)步驟S20-S80的處理。如果到達(dá)了限制值JKm(步驟S70的是)，則結(jié)束對束發(fā)射處理的這種執(zhí)行。對于該實施例，當(dāng)圖2的處理開始時所發(fā)射的束方向初始被設(shè)為10° (在步驟 S10)，且每次執(zhí)行步驟S80時加10°?？衫斫庠诿看螆?zhí)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(yīng)于圖3A所示的三個相繼的“脈沖開”時段PN1、PN2和 PN3，對于該實施例每個“脈沖開”時段的持續(xù)時間為10納秒。此外如圖3A所示，利用等于 脈沖時段判斷值JTl的時段來分開相繼的“脈沖開”時段Pm、PN2和PN3。作為在每次執(zhí)行步驟S20中(即對應(yīng)于“脈沖開”時段Pm、PN2和PN3的三個相繼 的執(zhí)行)由所提供的“發(fā)射開”相位調(diào)節(jié)命令表達(dá)的相應(yīng)相位分布的結(jié)果，在天線元件Ila 的各個發(fā)射信號的相位被如上所述相應(yīng)地調(diào)節(jié)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(yīng)于“脈沖開”時段Pm、PN2和PN3)。也就是說，當(dāng) 分別在“脈沖開”時段PN1，PN2和PN 3期間發(fā)射方向θ k分別變?yōu)?10°，0°和10°時， 出現(xiàn)來自陣列天線11的最大發(fā)射功率。下面參考圖4和5說明通過各個發(fā)射信號的相位調(diào)節(jié)來在每個“脈沖關(guān)”時段(圖 3A中的時段JT1、JT2)期間減小RF脈沖信號的泄漏信號分量朝著特定方向發(fā)射的強度的 原理。圖4示出了緊接在從“脈沖開”時段到“脈沖關(guān)”時段的改變之后的相應(yīng)的各個發(fā)射 信號的相位，示出了每個信號從在“脈沖開”時段期間存在的相位狀態(tài)到針對“脈沖關(guān)”時段 建立的相位狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。上述實施例的五個天線元件分別標(biāo)記為AN1-AN5，且假定各個發(fā)射 信號在“脈沖開”時段期間具有相同的相位，即在“脈沖開”時段期間朝陣列天線11的視軸 (0° )方向發(fā)射波束。在隨后的“脈沖關(guān)”時段期間，如果使各個發(fā)射信號的相位分布不改 變，則經(jīng)組合的多個單獨的發(fā)射信號(所發(fā)射的RF脈沖信號)將如圖5的Wll所示。在這 種情況下，所發(fā)射的RF脈沖信號的泄漏信號分量將產(chǎn)生顯著的干擾，即在與之前的“脈沖 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(shè)為45°，則在“脈沖 關(guān)”時段期間經(jīng)組合的多個單獨的發(fā)射信號(即針對朝著在“脈沖開”時段中建立的方向的 發(fā)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“脈沖關(guān)”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“脈沖關(guān)”時段中經(jīng)組合的多個單獨的發(fā)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(yīng)理解在圖2的步驟S20中由“發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令指定的相位分布用來 確保在“脈沖開”時段期間陣列天線11朝由命令值Kb指定的方向發(fā)射了束之后，在隨后 的“脈沖關(guān)”時段期間各個發(fā)射信號(泄漏信號)的相位分布被適當(dāng)?shù)馗淖?，以建立陣列?線11的與“脈沖開”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(fā)射的由RF脈沖信號的泄漏信號分量導(dǎo)致的噪聲的影響，即 在“脈沖開”時段期間朝方向θ k發(fā)射的信號功率與在“脈沖關(guān)”時段期間朝方向9 k發(fā)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(jié)果。在圖6中，PS 11表示在“脈沖關(guān)”時段期 間的各個發(fā)射信號的相位分布相對于“脈沖開”時段期間保持不變的情況下，每個“脈沖關(guān)” 時段期間經(jīng)組合的信號的相對幅度(例如作為所發(fā)射的電磁波的強度被檢測到的)。PS 12 表示如上所述在每個“脈沖關(guān)”時段期間適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各個發(fā)射信號的相位分布的情況下的 對應(yīng)幅度。如所示出的那樣，可實現(xiàn)在每個“脈沖關(guān)”時段期間由泄漏信號分量導(dǎo)致的噪聲 水平的顯著降低。上述實施例的基本優(yōu)點在于在不需要使用額外的裝置(如開關(guān)或放大器等)的 情況下有效地實現(xiàn)了期望的目的。因而，在實現(xiàn)期望的結(jié)果的同時，可利用RF脈沖信號發(fā) 射器的現(xiàn)有系統(tǒng)硬件。除了上述泄漏信號分量(具有相位的信號分量)之外，在每個“脈沖關(guān)”時段期間， RF脈沖信號還包含隨機噪聲分量Nr。如果泄漏信號分量大于噪聲Nr，則如上所述可通過 降低Nc來實現(xiàn)發(fā)射器1的改進的發(fā)射性能。也就是說，使Nc小于Nr不能獲得進一步的改進。相對于所附權(quán)利要求而言，發(fā)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(jié)合起來對應(yīng)于脈沖信號提供電路。發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部14對應(yīng)于發(fā)射側(cè)相位調(diào) 節(jié)電路。步驟S20的處理對應(yīng)于發(fā)射方向控制電路以及發(fā)射側(cè)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脈沖信號收發(fā)機設(shè)備2。 如圖所示，收發(fā)機設(shè)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(fā)射器部23、信號分配器24、發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部25、接收側(cè)相位調(diào)節(jié)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(fā)射信號分布(相位 調(diào)節(jié))到天線元件21a中的相應(yīng)天線元件，從天線元件21a中的相應(yīng)天線元件接收各個接 收信號。發(fā)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(fā)射器部12描述的 RF脈沖信號，其被提供給信號分配器24。信號分配器24和發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部25的功能分 別與上述第一實施例的信號分配器13和發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部14的功能相同(即發(fā)射側(cè)相位 調(diào)節(jié)部25的移相器25a的功能對應(yīng)于發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部14的移相器14a的功能)，因此省 略其詳細(xì)說明。從發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部25產(chǎn)生的經(jīng)相位調(diào)節(jié)的各個發(fā)射信號經(jīng)由信號分離 器部22被傳送到天線元件21a中的相應(yīng)天線元件。接收側(cè)相位調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)。信號組合器27組合來自接收側(cè)相位調(diào)節(jié)部26的所生成的經(jīng)相位調(diào)節(jié)的各個接收信號，并將所生成的經(jīng)組合的接收信號提供給接收器部28。接收器部28對經(jīng)組合的接收信號進行頻率轉(zhuǎn)換、濾波和放大，并將結(jié)果提供給信號處理部 29。信號處理部29產(chǎn)生用于控制收發(fā)機設(shè)備2的各個部件的各種類型的命令，還基于從接 收器部28接收到的輸出進行各種形式的處理。對于該實施例，通過獨立地控制多個單獨的發(fā)射信號的相位和多個單獨的接收信 號的相位，彼此無關(guān)地控制從陣列天線21產(chǎn)生的發(fā)射束的方向圖和陣列天線21的接收束 的方向圖。各個發(fā)射信號和各個接收信號具有微波范圍內(nèi)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(huán)器22a形成。該實施例的循環(huán)器的內(nèi)部配置和操作如圖8A 和8B所示。使用微帶線形成循環(huán)器。由薄金屬膜形成的環(huán)狀帶PT連接到三個1/0(輸入 /輸出)端TNI、TN2、TN3,并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(dāng)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(chǎn)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(dǎo)致電磁傳播模式的轉(zhuǎn)換。通過施加適當(dāng)強度的磁 場Hdc (如該實施例的循環(huán)器22a那樣)，模式變?yōu)樾D(zhuǎn)30°。因而，例如，通過I/O端TNl 輸入的電磁波被轉(zhuǎn)移到從I/O端TN2輸出，不從I/O端TN3產(chǎn)生輸出。信號處理部29是由CPU、ROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)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(fā)射器部23生成RF脈沖信號，且控制在RF脈沖信號的每個“脈沖開” 時段期間從陣列天線21發(fā)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(zhí)行用于控制在每個“脈沖關(guān)”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。由于本實施例的發(fā)射操作(在信號處理部29的控制下由信號分配器24和發(fā)射側(cè) 相位調(diào)節(jié)部25進行)與針對第一實施例描述的發(fā)射操作相似，因此省略其詳細(xì)說明。對于該實施例，在每個“脈沖關(guān)”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(cè)相位調(diào)節(jié)部26對天線元件21a的相應(yīng)的各個接收信號進行相 位調(diào)節(jié)之后組合這些信號而產(chǎn)生該接收信號)。在每個“脈沖關(guān)”時段期間，存在如下危險 所發(fā)射的RF脈沖信號的上述泄漏信號分量將進入信號分離器部22的接收側(cè)，即干擾循環(huán) 器22a的操作從而干擾從天線元件21a提供的接收信號。從而可降低收發(fā)機設(shè)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(yīng)天線 元件的各個發(fā)射信號相同的相位，則該干擾的影響特別大。然而，對于本實施例，由于以與參考圖2的流程圖針對第一實施例描述的發(fā)射操 作相同的方式控制發(fā)射操作，即在每個“脈沖開”時段之前發(fā)出“發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令以 指定在隨后的“脈沖關(guān)”時段期間各個發(fā)射信號的適當(dāng)相位分布(與“脈沖開”時段不同的 相位分布)，確保了由所發(fā)射的RF脈沖信號的泄漏信號分量造成的干擾被有效地減小。特 別地，每個“脈沖關(guān)”時段期間在循環(huán)器22a內(nèi)發(fā)生的干擾被減小。因此，收發(fā)機設(shè)備2的 接收性能被提高了。對于上述第二實施例，發(fā)射器部23、信號分配器24以及步驟S30和S60的處理結(jié)合起來對應(yīng)于所附權(quán)利要求中提及的脈沖信號提供電路，而發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部25對應(yīng)于 發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)電路，循環(huán)器22a和接收器部28結(jié)合起來對應(yīng)于接收器電路。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(dá)收發(fā)機設(shè)備3。收發(fā)機設(shè)備3與在前實施例基本不同之處在于分別分開地提供接收天線和發(fā)射天線，發(fā)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(fā)機設(shè)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(fā)射器部32、信號分配器33、發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部34、陣列天線35、接收側(cè)相位調(diào)節(jié)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(fā)射器部12所述， 發(fā)射器部32在信號處理部39的控制下生成RF脈沖信號，RF脈沖信號被提供給信號分配 器33。發(fā)射器部32、信號分配器33、發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部34和陣列天線31的功能分別與上 述第一實施例的發(fā)射器部12、信號分配器13、發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)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(zhí)行的控制所描述的 那樣)，因此省略其詳細(xì)說明。另外，接收器部38、信號組合器37、接收側(cè)相位調(diào)節(jié)部36和陣列天線35的功能分 別對應(yīng)于上述第二實施例的接收器部28、信號組合器27和接收側(cè)相位調(diào)節(jié)部26的功能，但 是由信號處理部39以如下所述的專用于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(chǎn)生的各個接收信號被分別直接提供給接收側(cè)移相器36a中的對應(yīng)的接收側(cè) 移相器。信號處理部39是由CPU、ROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)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(fā)機設(shè)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(zhí)行的用于控制 發(fā)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重復(fù)執(zhí)行。首先(步驟S310)，信號處理部39將發(fā)射方向命令值Kb設(shè)為初始值θ ini，對于 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(shè)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(fā)射開”相位調(diào)節(jié)命令和“發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令提供給發(fā)射側(cè)相 位調(diào)節(jié)部34。如以上針對第一實施例所述，“發(fā)射開”相位差調(diào)節(jié)命令(對于提供給天線元 件31a的各個發(fā)射信號)指定預(yù)定的相位分布，從而陣列天線31在發(fā)射器部32生成的RF 脈沖信號的下一“脈沖開”時段期間(具有持續(xù)時間TSon，在本實施例中例如是10納秒) 生成在由發(fā)射方向命令值Kb指定的方向上具有最大強度的束，而“發(fā)射關(guān)”相位差調(diào)節(jié)命 令指定預(yù)定的相位分布，從而來自天線元件31a的束(沿發(fā)射方向命令值Kb指定的方向) 的強度在隨后的“脈沖關(guān)”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(diào)節(jié)命令以及 “接收關(guān)”相位差調(diào)節(jié)命令被提供給接收側(cè)相位調(diào)節(jié)部36?！敖邮臻_”相位差調(diào)節(jié)命令指定 來自陣列天線35的各個接收信號的預(yù)定相位分布，從而對于由發(fā)射方向命令值Kb指定的 方向出現(xiàn)最大接收靈敏度(即對于沿該方向到達(dá)的接收波的最大接收靈敏度)?！敖邮贞P(guān)” 相位差調(diào)節(jié)命令指定各個接收信號的預(yù)定相位分布，從而對于由發(fā)射方向命令值Kb指定的方向出現(xiàn)最小(即零)接收靈敏度。結(jié)果，(如圖11的時序圖所示)，當(dāng)在步驟S350 “脈沖開”時段開始時，在經(jīng)過了對應(yīng)于距離選通時段開始定時值JT2的時段之后，接收側(cè)相位調(diào)整部36調(diào)整各個相應(yīng)接收 信號的相位分布，以變?yōu)槿纭敖邮臻_”相位差調(diào)整命令所指定的那樣，然后經(jīng)相位調(diào)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(對于本實施例具有持續(xù)時間TSon)期間持續(xù)這種情 況，然后接收側(cè)相位調(diào)整部36調(diào)整各個相應(yīng)的接收信號的相位分布，以變?yōu)槿纭敖邮贞P(guān)”相 位差調(diào)整命令所指定的那樣。從下一“脈沖開”時段的開始重復(fù)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之后，執(zhí)行步驟S350，其中信號處理部39向發(fā)射器部32和發(fā)射側(cè)相 位調(diào)節(jié)部34發(fā)射“脈沖開”命令。結(jié)果，發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部34首先在上述“發(fā)射開”時段 (持續(xù)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(fā)射信號設(shè)為由 “發(fā)射開”相位調(diào)節(jié)命令指定的相位分布。當(dāng)經(jīng)過了“發(fā)射開”時段時，發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)部34 將各個發(fā)射信號設(shè)為由“發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令指定的相位分布。在步驟S350之后，在步驟S360中，開始增加發(fā)射持續(xù)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，對于本實施例，例如每100納秒增加一次。接著，在步驟S370，判斷發(fā)射持續(xù)時段判斷定時器值TMl是否到達(dá)了脈沖時段判 斷值JTl (表示發(fā)射器部32生成的RF脈沖信號的一個周期的持續(xù)時間，例如對于本實施例 表示500納秒)。如果沒有到達(dá)該值，則增加定時器且重復(fù)步驟S370。如果發(fā)現(xiàn)到達(dá)了值JTl (步驟S37的是)，則停止增加發(fā)射持續(xù)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是否超過了脈沖時段判斷 值JT1。如果沒有(即步驟S390的否判決)，則執(zhí)行步驟S400，其中距離選通時段開始定時 值JT2通過增加預(yù)定的距離選通時段開始更新值而得以更新。然后操作返回步驟S330，從 步驟S330開始重復(fù)上述處理。對于本實施例，距離選通時段開始更新值與“發(fā)射開”時段 值TSon相同。然而，如果在步驟S390發(fā)現(xiàn)距離選通時段開始定時值JT2超過了脈沖時段判斷值 JT1，則執(zhí)行步驟S410。在步驟S410，判斷發(fā)射方向命令值Kb是否超過了發(fā)射方向上限值 JKm(對于本實施例，例如是+10° )。如果沒有超過發(fā)射方向上限值JKm(步驟S410的否)， 則在步驟S420通過增加發(fā)射方向命令值Kb (例如以10° )來更新發(fā)射方向命令值Kb。然后執(zhí)行步驟S430，其中距離選通時段開始定時值JT2被設(shè)為初始距離選通時段 開始定時值Tini。然后操作返回步驟S330，從步驟S330開始重復(fù)以上處理。如果達(dá)到了發(fā)射方向的上限值JKm(步驟S410的是)，則結(jié)束處理的執(zhí)行。對于本實施例，從以上內(nèi)容可理解到，控制在由發(fā)射器部32生成的RF脈沖信號的 “脈沖開”時段(具有持續(xù)時間TSon)，從而朝由發(fā)射方向命令值Kb指定的方向發(fā)射電磁波 束。該控制基于步驟S340的“發(fā)射開”相位調(diào)節(jié)命令。在開始“脈沖開”時段之后經(jīng)過了距 離選通時段開始時段JT2之后，在接收距離選通時段的時段(也具有持續(xù)時間TSon)期間， 接收側(cè)相位調(diào)節(jié)部36被控制以提供針對接收波(該接收波從由發(fā)射方向命令值Kb指定的方向到達(dá))的最大接收靈敏度(即信號組合器37得出的經(jīng)組合的接收信號的最大幅度)。該控制基于步驟S340的“接收開”相位調(diào)節(jié)命令。在距離選通時段期間之外的時間，接收側(cè)相位調(diào)節(jié)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“脈沖開”時段期間的各個發(fā)射信號的相 位分布不同。從而降低了針對從由發(fā)射方向命令值Kb指定的方向到達(dá)的接收波的接收靈 敏度。該控制基于步驟S340的“發(fā)射關(guān)”相位調(diào)節(jié)命令。依據(jù)步驟S 390所確定的結(jié)果，該操作在固定的多次相繼RF脈沖信號時間段重 復(fù)，在循環(huán)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“脈沖開”時段之 間的每個脈沖間時段內(nèi)(即在每個“脈沖關(guān)”時段內(nèi))掃描距離選通時段的開始定時JT2。 每次發(fā)射方向9k被更新了時(S310或步驟S420)重復(fù)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(fā)射器部的優(yōu)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(dāng)調(diào)節(jié)，通過在每個距離選通時段之外 的時間降低收發(fā)機設(shè)備的接收靈敏度，實現(xiàn)了改進的接收性能(改進了接收噪聲阻抗)。應(yīng) 理解該實施例可用作雷達(dá)設(shè)備，其接收反射的電磁波，該電磁波一般沿與所發(fā)射的電磁波 基本相同的方向返回。應(yīng)注意到盡管針對收發(fā)機設(shè)備包括了根據(jù)第一實施例的發(fā)射器的情況說明了第 三實施例，同樣也可以結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)類型的RF脈沖信號發(fā)射器(其不改變“脈沖關(guān)”時段 中各個發(fā)射信號的相位分布)來利用第三實施例的接收器部。因此應(yīng)理解本發(fā)明不限于上述實施例，可想到所述實施例的落入本發(fā)明的要求保 護的范圍內(nèi)的各種改型或替代配置。
權(quán)利要求
一種發(fā)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，射頻脈沖信號提供電路，被配置成向所述多個第一天線元件中相應(yīng)的天線元件提供作為多個單獨的發(fā)射信號的射頻脈沖信號，所述射頻脈沖信號在高幅度的“脈沖開”狀態(tài)和低幅度的“脈沖關(guān)”狀態(tài)之間交變，發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)電路，被控制以調(diào)節(jié)所述單獨的發(fā)射信號的相位分布，以及發(fā)射方向控制電路，被配置成在所述“脈沖開”狀態(tài)期間控制所述發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)電路，以建立所述單獨的發(fā)射信號的第一相位分布，從而從所述天線朝預(yù)定方向?qū)⑺錾漕l脈沖信號作為電磁波發(fā)射，其中所述發(fā)射器包括發(fā)射側(cè)相位改變電路，被配置成在所述“脈沖關(guān)”狀態(tài)期間控制所述發(fā)射側(cè)相位調(diào)節(jié)電路，以建立所述單獨的發(fā)射信號的第二相位分布，所述第二相位分布不同于所述第一相位分布。
2.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器的收發(fā)機設(shè)備，其中所述第一陣列天線共用 為發(fā)射天線和接收天線，在所述射頻脈沖信號的所述“脈沖關(guān)”狀態(tài)期間從所述多個第一天 線元件中相應(yīng)的天線元件產(chǎn)生多個單獨的接收信號，其中所述收發(fā)機設(shè)備包括多個循環(huán)器，被耦合成在隔離所述單獨的接收信號與所述單獨的發(fā)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(fā)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(huán)器接收所述接收信號。
3.—種收發(fā)機設(shè)備，包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)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(yīng)的天線元件提供的多個單 獨的接收信號，接收側(cè)相位調(diào)節(jié)電路，被控制成調(diào)節(jié)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(fā)射信號的所述“脈沖開”狀態(tài)的終止和 所述“脈沖開”狀態(tài)的下一發(fā)生之間的脈沖間時段內(nèi)，選擇距離選通時段，所述距離選通時 段在所述“脈沖開”狀態(tài)的發(fā)生之后經(jīng)過了預(yù)定的調(diào)節(jié)開始時段之后開始；以及控制所述接 收側(cè)相位調(diào)節(jié)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(guān)于對應(yīng)于所述預(yù)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(xù) 時間基本上等于所述“脈沖開”狀態(tài)的持續(xù)時間，以及距離選通時段掃描電路，被配置成在所述脈沖間時段內(nèi)掃描所述距離選通時段， 接收側(cè)相位改變電路，被配置成在所述接收方向控制電路施加用于建立所述第一相位 分布的控制之外的時候，控制所述接收側(cè)相位調(diào)節(jié)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于所述第一相位分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的收發(fā)機設(shè)備，其中所述單獨的接收信號的所述第二相位分布 被預(yù)先確定以最小化對相應(yīng)于所述預(yù)定方向的接收信號的所述接收靈敏度。
5.一種結(jié)合發(fā)射器使用的接收器，用于接收由所述發(fā)射器朝預(yù)定方向作為電磁波發(fā)射 的射頻脈沖信號，所述接收的射頻脈沖信號在高幅度的“脈沖開”狀態(tài)和低幅度的“脈沖關(guān)”狀態(tài)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(yīng)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沖信號，相位調(diào)節(jié)電路，被控制成調(diào)節(jié)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沖信號的所述“脈沖開”狀態(tài)的終 止和所述“脈沖開”狀態(tài)的下一次發(fā)生開始之間的脈沖間時段內(nèi)選擇距離選通時段，所述距 離選通時段在所述“脈沖開”狀態(tài)的發(fā)生之后經(jīng)過了預(yù)定的調(diào)節(jié)開始時段之后開始；以及控 制所述接收側(cè)相位調(diào)節(jié)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(yīng)于所述預(yù)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(xù)時間基本上等于所述“脈沖開”狀態(tài)的持續(xù)時間，以及距離選通時段掃描電路，被配置成在所述脈沖間時段內(nèi)掃描所述距離選通時段， 其中所述收發(fā)機設(shè)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(diào)節(jié)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于所述第一相位分布。
6.根據(jù)權(quán)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(yù) 先確定，以最小化對相應(yīng)于所述預(yù)定方向的接收信號的所述接收靈敏度。
全文摘要
公開了射頻脈沖信號發(fā)射器、接收器及包含發(fā)射器的收發(fā)機設(shè)備。該發(fā)射器生成射頻脈沖信號，該射頻脈沖信號具有交變的高幅度“脈沖開”時段和低幅度“脈沖關(guān)”時段，并提供作為陣列天線的天線元件的相應(yīng)的單獨的發(fā)射信號的射頻脈沖信號，這些單獨的發(fā)射信號在每個“脈沖開”時段期間具有一相位分布，從而從天線朝預(yù)定的發(fā)射方向發(fā)射束。在每個“脈沖關(guān)”時段期間，針對這些單獨的發(fā)射信號建立不同的相位分布，從而減小了在每個“脈沖關(guān)”時段期間朝發(fā)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(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者三宅康之, 大川邦彥 申請人:株式會社電裝