本發(fā)明涉及測量技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為了確定容器中的填充材料或散裝材料的物位，可使用拓?fù)錂z測物位測量裝置。這些測量裝置使用電子信號來掃描填充材料和/或散裝材料的表面，并進一步利用從該掃描推導(dǎo)出的填充材料和/或散裝材料的三維表面拓?fù)涞恼J(rèn)知來確定填充材料的體積(假定填充材料下面的區(qū)域是已知的)和/或確定從體積推導(dǎo)出的質(zhì)量或其它變量(在已知密度的情況下)。為了執(zhí)行掃描，使電磁波波束掠過填充材料或散裝材料，并觀察和評估不同角度的反射特性。

電磁波，特別是雷達信號的三維(3d)物位測量或拓?fù)錅y量的使用可開拓材料測量中的新的應(yīng)用目標(biāo)。

專利de102007039397b3的說明書描述了用于操作具有多個發(fā)射器和多個接收器以及相關(guān)裝置的天線組的方法。wo2015/052699a1涉及一種借助多個聲學(xué)發(fā)射/接收陣列來評估容器的內(nèi)容物的方法。wo2015/120885a1涉及一種用于檢測對象的性能的測量裝置和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了天線裝置、具有天線裝置的物位測量裝置、用于發(fā)射和/或接收信號的方法、用于發(fā)射和/或接收信號的程序單元和用于發(fā)射和/或接收信號的計算機可讀存儲介質(zhì)。

期望能夠創(chuàng)建一種用于測量物位的有效天線裝置。

本發(fā)明的主題由獨立權(quán)利要求確定。本發(fā)明的其它實施例可以從從屬權(quán)利要求和以下描述中呈現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種天線裝置，所述天線裝置具有用于生成具有基本頻率的發(fā)射信號的信號源、控制裝置和第一發(fā)射通道。發(fā)射通道具有第一頻率轉(zhuǎn)換裝置和第一發(fā)射裝置，第一發(fā)射裝置具有第一頻率通帶。信號源連接至第一頻率轉(zhuǎn)換裝置，且控制裝置連接至第一頻率轉(zhuǎn)換裝置?？刂蒲b置連接至第一頻率轉(zhuǎn)換裝置，使得其可執(zhí)行發(fā)射信號的基本頻率到處于第一發(fā)射裝置的第一頻率通帶中的第一發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換，以便在第一發(fā)射通道上提供具有第一發(fā)射頻率的第一發(fā)射信號。第一發(fā)射信號的基本頻率到處于第一頻率通帶中的第一發(fā)射頻率的轉(zhuǎn)換根據(jù)可指定第一時間進度表來進行。

換言之，控制裝置能夠以時控的方式控制發(fā)射信號的基本頻率到第一發(fā)射頻率的轉(zhuǎn)換。頻率的轉(zhuǎn)換可以如下方式進行：例如，在啟動天線裝置以進行發(fā)射和/或接收時，啟動頻率轉(zhuǎn)換裝置，以便將發(fā)射信號變換成適用于發(fā)射裝置的頻率范圍。特別地，頻率轉(zhuǎn)換裝置可將發(fā)射信號變換成發(fā)射裝置的通帶，從而通過發(fā)射裝置發(fā)送發(fā)射信號。因此，可通過接通和斷開或者頻率轉(zhuǎn)換裝置的啟動和停用來決定是否發(fā)送發(fā)射信號。在低頻時進行接通和斷開，使得可使用低頻開關(guān)，例如，繼電器或電子開關(guān)。因此，可避免昂貴的高頻部件。

特別地，天線裝置可以是被稱為多輸入多輸出(mimo)物位雷達單元的天線裝置，物位雷達單元根據(jù)調(diào)頻連續(xù)波(fmcw)原理工作，并且在每個發(fā)射周期和發(fā)射支路上發(fā)送發(fā)射信號，發(fā)射信號具有頻率斜坡(frequencyramp)。例如，發(fā)射周期的典型時間為5毫秒。

可設(shè)置具有壓控振蕩器(vco)和鎖相環(huán)(pll)的單個信號源。根據(jù)一個實施例，設(shè)置有多個發(fā)射通道(或組合的發(fā)射/接收通道)和多個接收通道。每個發(fā)射(或發(fā)射/接收通道)和接收通道均具有自己的頻率轉(zhuǎn)換裝置，例如，頻率倍增器。對于從發(fā)射信號的基本頻率到第一發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換，針對每個頻率轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置有開關(guān)單元，以便根據(jù)可指定時間進度表來接通和斷開頻率轉(zhuǎn)換裝置。如圖4和圖5所示，也可互相組合地使用各種開關(guān)單元，其中，開關(guān)單元在兩個頻率轉(zhuǎn)換裝置之間來回切換。

頻率轉(zhuǎn)換裝置的接通導(dǎo)致相應(yīng)的發(fā)射通道中的頻率倍增。另一方面，如果斷開相應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換裝置，則頻率未被倍增的發(fā)射信號理想地出現(xiàn)在頻率轉(zhuǎn)換裝置的輸出處，這意味著沒有經(jīng)由天線發(fā)送發(fā)射信號。

因此，天線裝置的電路并不是能夠以時控的方式停用所選擇的發(fā)射通道的節(jié)能電路，而是用于生成優(yōu)化陣列(co-array)的電路。

通過根據(jù)指定時間進度表來接通或斷開不同的發(fā)射通道(更精確地：相應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換裝置)來生成各種優(yōu)化陣列。作為時分復(fù)用方法的替代，可以使用頻分復(fù)用方法或碼分復(fù)用方法來生成優(yōu)化陣列。然而，在頻分復(fù)用方法或碼分復(fù)用方法的情況下，同時啟動發(fā)射通道，或者永久地操作頻率轉(zhuǎn)換裝置。因此，本發(fā)明用于根據(jù)時分復(fù)用方法來生成優(yōu)化陣列。

如果要使用某個發(fā)射通道來進行測量，那么頻率轉(zhuǎn)換裝置的接通持續(xù)時間通常為5毫秒，即測量周期的時間。

上述的(虛擬)優(yōu)化陣列是通過對發(fā)射通道和接收通道的位置(更精確地：布置在可被實施為平面天線貼片的形式的天線上的發(fā)射元件和接收元件的位置)進行離散卷積產(chǎn)生的。在這種情況下，(虛擬)優(yōu)化陣列具有孔徑，該優(yōu)化陣列具有在僅一個發(fā)射器處于接收陣列的中間的情況下的(物理)接收陣列。與發(fā)射和接收陣列的實際孔徑相比，優(yōu)化陣列的孔徑更大和/或更密集地分布。

通過對在接通至少一個發(fā)射器時一直接收信號的各個接收通道的信號進行評估，可計算散裝材料的表面輪廓。為此，此外，實際(物理上存在的)陣列中的發(fā)射器發(fā)送發(fā)射信號時的時間和空間位置的有關(guān)信息尤其應(yīng)用到計算算法中。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種物位測量裝置，以使用如上文和下文所述的天線裝置來確定物位并且/或者確定對象的表面結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，說明了一種用于發(fā)射和/或接收信號的方法。

在一個示例中，第一時間進度表可以是時分復(fù)用方法的組成部分。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了程序單元和計算機可讀存儲介質(zhì)，它們包含在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的程序代碼。

在一個示例中，可提供多輸入多輸出(mimo)雷達單元或mimo天線布置以用于確定物位和拓?fù)洌渲?，將頻率倍增高頻部件用作頻率轉(zhuǎn)換裝置。通過有針對性地接通和斷開電源電壓，頻率倍增高頻部件或頻率轉(zhuǎn)換裝置用作高頻開關(guān)。高頻部件可以是發(fā)射通道的一部分，發(fā)射通道也可用作接收器，其中，通過布置成陣列或天線組的多個發(fā)射通道和/或接收通道的時控切換，可生成優(yōu)化陣列。優(yōu)化陣列或虛擬陣列可對應(yīng)于具有大量天線元件的物理陣列，天線元件的數(shù)量對應(yīng)于發(fā)射設(shè)備的數(shù)量與接收裝置的數(shù)量的乘積。將也可進行接收的發(fā)射裝置稱為發(fā)射/接收裝置。

在一個示例中，可使用評估裝置或評估單元，以用于對由天線元件(特別是由接收裝置)檢測的信號進行處理。評估單元可根據(jù)所處理的信號來確定填充材料表面的拓?fù)浜?或至少從拓?fù)渫茖?dǎo)出的值，并可在接口處提供此值。接口也可以是雙導(dǎo)體連接，并也可用于能量供應(yīng)和提供拓?fù)浠驈耐負(fù)渫茖?dǎo)出的值。

在評估裝置中執(zhí)行的方法可用于處理由接收通道接收的信號，使得能夠使用這些信息來進行物位計算。這里，評估裝置可使用數(shù)字波束成形(dbf)方法和/或使用例如通過離散卷積來形成虛擬優(yōu)化陣列的方法。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，天線裝置還具有至少一個第二發(fā)射通道。第二發(fā)射通道的結(jié)構(gòu)與第一發(fā)射通道的結(jié)構(gòu)基本相同，并且具有第二頻率轉(zhuǎn)換裝置和第二發(fā)射裝置。通過將發(fā)射通道布置在不同位置或部位來生成源自這些不同位置的基本類似的信號。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，從由第一發(fā)射通道和至少一個第二發(fā)射通道構(gòu)成的通道組中選擇的至少一個發(fā)射通道具有發(fā)射/接收混頻裝置。發(fā)射/接收混頻裝置連接至第一發(fā)射通道的第一頻率轉(zhuǎn)換裝置和/或連接至各個至少一個第二發(fā)射通道的第二頻率轉(zhuǎn)換裝置中的一者。接收信號具有與發(fā)射信號相同的頻率。然而，如果使用fmcw雷達方法，則發(fā)送具有頻率斜坡形式的可變頻率的信號或線性調(diào)頻信號。在這種情況下，發(fā)射信號和接收信號具有相同的頻率斜坡。

另外，發(fā)射/接收混頻裝置被構(gòu)造成使得可提供第一接收信號和/或至少一個第二接收信號作為第一發(fā)射/接收中頻信號和/或作為至少第二發(fā)射/接收中頻信號。

根據(jù)本發(fā)明的另外其它方面，天線裝置具有至少一個接收通道。如果接收通道和/或發(fā)射通道專門用于發(fā)射或接收，則可將通道描述為純粹的通道。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，第一頻率轉(zhuǎn)換裝置和相應(yīng)的第二頻率轉(zhuǎn)換裝置中的至少一者連接至可切換電源，以便促使發(fā)射信號的基本頻率到第一發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換和/或發(fā)射信號的基本頻率到第二發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換。

換言之，在發(fā)射通道、接收通道和/或發(fā)射/接收通道中可設(shè)置有源變頻高頻部件作為頻率轉(zhuǎn)換裝置和/或作為接收頻率轉(zhuǎn)換裝置。由于變頻部件為有源部件，因此其可連接至電源。為了接通和斷開發(fā)射信號和/或接收信號，可切換電源。電源可以是電壓源和/或電流源。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，天線裝置具有評估裝置。評估裝置用于接收可指定整體時間進度表和/或從由第一發(fā)射/接收中頻信號、至少一個第二發(fā)射/接收中頻信號和接收中頻信號構(gòu)成的中頻接收信號組中選擇的至少兩個中頻接收信號。此外，評估裝置用于通過應(yīng)用數(shù)字波束成形方法根據(jù)可指定整體時間進度表和至少兩個中頻接收信號來確定空間方向的回波曲線。在評估過程中，也要考慮相應(yīng)通道的單獨切換行為。

評估裝置可具有總體時間進度表的各個時間進度表的順序的有關(guān)信息，并使用此信息來準(zhǔn)確地評估來自各個接收和/或發(fā)射/接收通道的接收信號，以便獲得對象或拓?fù)涞谋砻嫣匦缘挠嘘P(guān)信息?；趯ο蟮谋砻嫣匦?，例如，評估裝置可獲得諸如物位值等測量結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明的另外其它方面，評估裝置所采用的數(shù)字波束成形方法可包括虛擬優(yōu)化陣列或虛擬陣列的形成。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，天線裝置具有至少兩個發(fā)射通道和至少一個接收通道，其中，各個通道基本上以相對于彼此的均勻間隔布置成線性和/或網(wǎng)格的形式，以便形成天線裝置、天線組、物理陣列或天線陣列。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，第一發(fā)射頻率、第二發(fā)射頻率和/或接收頻率基本相同。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在第一頻率轉(zhuǎn)換裝置、第二頻率轉(zhuǎn)換裝置和/或接收頻率轉(zhuǎn)換裝置中的至少一者與信號源之間布置有隔離器。根據(jù)另一個示例，發(fā)射元件、接收元件和/或發(fā)射/接收元件可布置在旋轉(zhuǎn)裝置上以確定空間定向。特別地，天線裝置可具有旋轉(zhuǎn)裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，天線裝置具有處理裝置。處理裝置可為評估裝置的一部分，并提供例如物位等測量值。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，天線裝置形成為雙導(dǎo)體單元，其中，電源線也用于數(shù)據(jù)傳輸。雙導(dǎo)體單元具有雙導(dǎo)體連接或雙線連接，其中，雙導(dǎo)體連接恰好包括兩條線路。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種物位測量裝置，以用于使用天線裝置來確定物位和/或確定對象的表面結(jié)構(gòu)。

附圖說明

以下，參照附圖對本發(fā)明的其它實施例進行說明。

圖1示出了具有根據(jù)本發(fā)明的實施例的天線裝置的物位測量裝置。

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的線性拋物線天線裝置的立體圖。

圖2b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的二維天線陣列的立體圖。

圖3a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有線性地布置的發(fā)射通道和接收通道的天線裝置的俯視圖。

圖3b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)射/接收通道的框圖。

圖3c是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有用于發(fā)射通道的hf轉(zhuǎn)換開關(guān)的天線裝置的框圖。

圖3d是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有分配給每個發(fā)射通道的獨立高頻開關(guān)的天線裝置的框圖。

圖3e是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有被切換的發(fā)射放大器的天線裝置的框圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有時控頻率轉(zhuǎn)換裝置的天線裝置的框圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有發(fā)射/接收通道的天線裝置的框圖。

圖6a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的虛擬優(yōu)化陣列的形成的仿真圖。

圖6b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的虛擬優(yōu)化陣列(其中將發(fā)射通道用作發(fā)射/接收通道)的形成的仿真圖。

圖6c是根據(jù)本發(fā)明的實施例的考慮自適應(yīng)卷積核的虛擬優(yōu)化陣列的形成的仿真圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于發(fā)射和/或接收信號的方法的流程圖。

具體實施方式

附圖中的視圖是示意性的且不是按比例的。在下面的圖1至圖7的說明中，將相同的附圖標(biāo)記用于相同或相應(yīng)的元件。

在不限制一般有效性的情況下，可在下面的對附圖的說明中普遍地討論線性天線201。然而，這些說明和原理也相應(yīng)地適用于二維陣列天線203并相應(yīng)地適用于操作方法。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的物位測量裝置105或拓?fù)錂z測雷達測量裝置105。測量裝置105或現(xiàn)場單元105，特別是物位測量裝置105能夠從不同角度范圍101、102、103檢測回波信號或回波曲線。物位測量裝置105具有控制裝置111和評估裝置123，并經(jīng)由雙導(dǎo)體連接部130被供給能量。評估裝置123具有用于提供測量值的處理裝置。對于每個所檢測的回波曲線，距散裝材料104或填充材料104的表面的各個點的距離是確定的?？赏ㄟ^這些距離值的數(shù)值積分并通過假設(shè)散裝材料104下方或填充材料104下方存在水平面106(尤其是，水平容器基底106)來確定材料堆107的體積。物位測量裝置105具有天線支架108或旋轉(zhuǎn)裝置108，天線支架或旋轉(zhuǎn)裝置108具有用于安裝天線201、203或天線裝置201、203的天線基座109。

除機械旋轉(zhuǎn)110和/或傾斜122之外或作為它們的替代，可通過數(shù)字波束成形方法來補充或替換天線201、203或天線裝置201、203的主輻射方向101、102、103。通過評估所接收的信號，僅通過一次測量就可以在不同角度范圍101、102、103中形成接收信號，以便由此以各種角度檢測散裝材料104的表面120。通過以各種角度101、102、103檢測所接收的波束，可在填充材料的表面120上引導(dǎo)接收信號。通過使用數(shù)字波束成形(dbf，digitalbeamforming)方法來檢測各種空間區(qū)域，可在基本上沒有機械角度調(diào)節(jié)122或旋轉(zhuǎn)110的情況下掃描散裝材料104的表面120。

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有線性雙曲線209的線性拋物線天線裝置201的立體圖。如圖2a所示，發(fā)射裝置202和接收裝置205以平行于由參考標(biāo)號210表示的坐標(biāo)系210的y軸的方式線性地布置?？蓪l(fā)射裝置202和接收裝置205的組合描述為天線組。各個發(fā)射裝置202、204、207和/或接收裝置205、206、207以距離d0彼此間隔開，并且被定向成網(wǎng)格。

圖2b示出了二維(2d)天線陣列203。二維天線陣列在兩個空間方向(例如，由坐標(biāo)系210'表示的x方向和y方向)上具有延伸。圖2b示出了發(fā)射裝置204和接收裝置206在天線陣列203上的布置?？墒褂媚軌蛟谙嗤恢猛瑫r進行發(fā)射和接收的發(fā)射/接收裝置207，以代替純粹的發(fā)射裝置204和純粹的接收裝置206。各個發(fā)射裝置和/或接收裝置彼此之間具有小于或等于d0＝λ的間隔，其中，λ表示發(fā)射信號和/或接收信號的波長。在一個示例中，該間隔也可具有λ/2值，也就是是所用的發(fā)射信號的波長的一半。

圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有線性地布置的發(fā)射通道202a、202b和接收通道205的天線裝置201或多輸入多輸出(mimo)系統(tǒng)。由于發(fā)射/接收通道207、207a、207b既可用作發(fā)射裝置504或發(fā)射通道202、202a、202b又可用作接收裝置504或接收通道205、205a、205b，因此可根據(jù)需要使用它們來替換純粹的發(fā)射裝置202或純粹的接收裝置205。由于發(fā)射通道202、202a、202b和發(fā)射裝置504、504a″”、504b″”、504a″”'、504b″”'基本上有助于發(fā)射信號的生成，所以它們通?？杀环Q為發(fā)射元件202、202a、202b，并且為了簡化也類似地使用這些術(shù)語。這可類似地應(yīng)用于接收通道205、205a、205b和接收裝置504、504c、504d，并且也可以應(yīng)用于發(fā)射/接收通道207。接收通道也可被稱為接收元件或接收裝置，且發(fā)射/接收通道可被稱為發(fā)射/接收裝置或發(fā)射/接收元件。

天線裝置201具有八個接收通道205，它們分別以處于波長d0＝λ的范圍內(nèi)的間隔d0進行布置。這里，接收通道205以基本上對稱于參考線400的方式布置。同樣，第二發(fā)射通道202b在相對于參考線400偏離-9λ/2的位置以d0＝λ的間隔布置。第一發(fā)射通道202a和第二發(fā)射通道202b彼此之間以1.5λ的間隔布置。第一發(fā)射通道202a和第二發(fā)射通道202b均形成為相應(yīng)受控的發(fā)射/接收通道207a、207b。因此，得到發(fā)射通道202a、202b、207a、207b和接收通道205的相對于參考線400的總體不對稱結(jié)構(gòu)。發(fā)射通道202a、202b、發(fā)射/接收通道207a、207b和/或接收通道205可形成為發(fā)射貼片。特別地，發(fā)射裝置504、接收裝置504和/或發(fā)射/接收裝置可形成為貼片。貼片是指被安裝在基板上的單個天線。

為了避免數(shù)字波束成形中的柵瓣，應(yīng)當(dāng)滿足距離標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該距離標(biāo)準(zhǔn)，兩個相鄰天線元件202、204、205、206、207之間的物理距離應(yīng)小于或等于所用的雷達信號、發(fā)射信號和/或接收信號的波長的一半λ/2。然而，由于該設(shè)計規(guī)范，當(dāng)以高頻并且使用天線的預(yù)定物理延伸或相應(yīng)的預(yù)定寬物理孔徑來實現(xiàn)時，會導(dǎo)致大量的天線元件202、204、205、206、207的使用，并進而導(dǎo)致高的電路成本，由此導(dǎo)致使用相應(yīng)天線裝置的雷達單元或物位測量裝置的高制造成本。

圖3b是表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)射/接收通道207的一般性結(jié)構(gòu)的框圖。具有發(fā)射/接收混頻裝置505的發(fā)射/接收通道207或發(fā)射通道具有信號源502或壓控振蕩器(vco)502。由于其發(fā)射和接收功能，發(fā)射/接收混頻裝置505也可被稱為發(fā)射器/接收器505或收發(fā)器505。信號源502用于生成具有低的基本頻率的發(fā)射信號。用于發(fā)射并接收信號的發(fā)射/接收通道207是fmcw系統(tǒng)503的一部分。特別地，該通道是天線裝置201的一部分。發(fā)射/接收通道207使用六倍倍增器501。該頻率轉(zhuǎn)換裝置501接收由vco502或信號源502生成的具有大約13ghz的基本頻率的發(fā)射信號，并將該低頻發(fā)射信號放置在處于79ghz附近的操作頻率范圍內(nèi)的發(fā)射信號上或放置在79ghz附近的發(fā)射頻率上。在一個示例中，可使用78.5ghz至79.5ghz的頻率斜坡。在這種情況下，79ghz的值可表示由頻率斜坡覆蓋的范圍的中心頻率。頻率范圍規(guī)律地且均勻地延展，從而導(dǎo)致規(guī)則信號，在規(guī)則信號被發(fā)射的同時，規(guī)則信號的頻率在從78.5ghz到79.5ghz的時間曲線上均勻地增加。因此，發(fā)射信號完全像反射的接收信號那樣覆蓋1ghz的帶寬。

為了生成頻率斜坡，vco生成具有處于13.08333ghz和13.25ghz之間的范圍內(nèi)的可變基本頻率的信號，該可變基本頻率被頻率轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成78.5ghz至79.5ghz的頻率斜坡。因此，通帶具有79ghz的中心頻率以及1ghz的帶寬。作為頻率斜坡的替代，也可使用具有從78.5ghz至79.5ghz的范圍選擇的恒定頻率的發(fā)射信號。相應(yīng)地，可使用具有從13.08333ghz到13.25ghz的范圍選擇的恒定頻率的發(fā)射信號。在另一個示例中，可以使用從w波段選擇的恒定頻率或可變頻率斜坡來發(fā)送發(fā)射信號。w波段是在高頻技術(shù)中定義的處于75ghz和110ghz之間的范圍內(nèi)的頻帶。

有源倍頻器501或頻率轉(zhuǎn)換裝置501將由vco502生成的發(fā)射信號的基本頻率乘以常數(shù)因子(例如因子6)，以便例如在使用來自13ghz附近的頻率斜坡的調(diào)頻連續(xù)波(fmcw)信號(該信號由信號源502和未在圖3b中示出的鎖相環(huán)(pll)生成)時生成79ghz附近的頻率斜坡，例如從78.5ghz至79.5ghz。在圖3b中，發(fā)射信號的信號傳播從信號源502到發(fā)射/接收部506從左向右行進，其中，發(fā)射/接收部506具有天線504或發(fā)射裝置504以及收發(fā)器505。圖3b示出的發(fā)射/接收通道207能夠使用六倍增加頻率轉(zhuǎn)換裝置501或六倍增加倍增器501將由信號源502提供的例如處于13.08333ghz和13.25ghz之間的范圍內(nèi)的13ghz附近的頻率斜坡混合成直到w頻帶中的頻率范圍。根據(jù)開關(guān)裝置507接通和斷開電源508的時間進度表(timeschedule)來接通和斷開發(fā)射/接收通道207，以便以這種方式控制信號源502的基本頻率的時控轉(zhuǎn)換，例如將13ghz的基本頻率轉(zhuǎn)換為75ghz的發(fā)射頻率。開關(guān)裝置507被集成在正電源連接508'中，以便根據(jù)時間進度表來接通和斷開有源頻率轉(zhuǎn)換裝置501的電源或者通過開關(guān)裝置507來中斷該正電源連接。

因此，可通過開關(guān)裝置507的時控的接通和斷開來實現(xiàn)發(fā)射信號的基本頻率到發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換，并且因此可執(zhí)行由發(fā)送/接收通道207進行的時控發(fā)射，而無需依靠hf開關(guān)。類似的解釋也適用于純粹的發(fā)射通道202、202a、202b和純粹的接收通道205。

圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有切換開關(guān)604的發(fā)射通道202a'、202b'和接收通道205a'、205b'。圖3d示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的在每個發(fā)射通道202a″、202b″中分別具有高頻開關(guān)的天線裝置201″。圖3e示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的實現(xiàn)了由被切換的發(fā)射放大器701a、701b執(zhí)行的發(fā)射通道202a″'、202b″'的時控啟動的天線裝置201″'。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b的天線裝置201″”或mimo系統(tǒng)，天線裝置201″”或mimo系統(tǒng)用于發(fā)射信號的基本頻率到發(fā)射裝置504a″”、504b″”的頻率通帶中的發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換。接收通道205a、205b以類似于圖3c中的接收通道的方式構(gòu)造，并具有與電源608、608永久性連接的接收頻率轉(zhuǎn)換裝置501a'、501b'。接收頻率轉(zhuǎn)換裝置501a'、501b'將頻率增加的本地振蕩器信號傳遞到接收混頻裝置530a'，530b'，以將經(jīng)由接收裝置504c、504接收的接收信號向下混頻成中頻(if)信號。為了生成處于適用于接收混頻設(shè)備530a'、530b'的操作的頻率范圍中的本地振蕩器信號以進行混頻，經(jīng)由接收頻率轉(zhuǎn)換裝置501a'、501b'提供具有倍增的基本頻率的信號。如果經(jīng)由接收頻率轉(zhuǎn)換裝置501a'、501b'向接收混頻裝置530a'、530b'提供有具有足夠高的本地振蕩頻率的信號，那么可將經(jīng)由接收裝置504c、504d接收的接收信號向下混頻成if信號或接收中頻信號。接收頻率混頻設(shè)備530a'、530b'經(jīng)由輸出531a'、531b'或if輸出531a'、531b'提供if接收信號?？稍趫D4未示出的評估裝置和/或處理裝置中對該if信號進行評估。

由信號源502生成的發(fā)射信號經(jīng)由分布網(wǎng)絡(luò)410或lo分布網(wǎng)絡(luò)410被分配到相應(yīng)的接收通道205a、205b或發(fā)射通道202a、202b。特別地，將發(fā)射信號提供至接收頻率轉(zhuǎn)換裝置501a'、501b'和發(fā)射通道的頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b。類似地，也可將低頻發(fā)射信號提供至發(fā)射/接收通道207、207a、207b。第一發(fā)射通道202a和第二發(fā)射通道202b的頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b的正電源連接409'可經(jīng)由低頻(lf)開關(guān)507'連接到電源的正連接409'。電源409未被示出在圖4中，但是其在一個示例中可以是用于頻率轉(zhuǎn)換裝置501a'、501b'、501a、501b的相同電源409、608?？赏ㄟ^切換電源線409a'、409b'來生成時控發(fā)射信號。lf開關(guān)507'可以通過時分復(fù)用方法進行控制，并且可根據(jù)啟動節(jié)律(activationrhythm)確?；绢l率到發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換。由于將lf開關(guān)507'作為切換開關(guān)507'進行執(zhí)行，因此確保了在同一時間僅啟動一個發(fā)射通道202a、202b。頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b也連接至電源409的負(fù)連接409b'、409b″。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有發(fā)射/接收通道207a、207b的天線裝置201″”'的結(jié)構(gòu)。除第一發(fā)射/接收通道207a的第一頻率轉(zhuǎn)換裝置501a之外，還設(shè)置有發(fā)射/接收混頻裝置901，以能夠經(jīng)由天線504a″”'、504b″”'或發(fā)射裝置504a″”'、504b″”'發(fā)射并接收信號。為了便于同時發(fā)射和接收，在每種情況下，將發(fā)射/接收混頻裝置901a、901b連接至頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b，這繼而確保了經(jīng)由切換裝置507'對頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b的時控啟動?？赏ㄟ^發(fā)射/接收通道207a、207b發(fā)送發(fā)射信號并接收由發(fā)射信號的反射產(chǎn)生的接收信號。發(fā)射設(shè)備504a″”'、504b″”'用于頻率通帶中的雙向操作。在發(fā)射/接收混頻裝置901a、901b的輸出902a、902b處，可提供作為中頻(if，intermediatefrequency)接收信號的接收信號。除了通過發(fā)射/接收通道207a、207b進行接收之外，還可使用純粹的接收通道205a、205b來進行接收。

隔離器560a、560b布置在信號源502與發(fā)射/接收通道207a、207b的頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b之間。若通過切換裝置507'將頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b中一者與電源409隔離開，則這些隔離器560a、560b可防止信號被反射回信號源502。隔離器或高頻隔離器560a、560b僅沿一個方向發(fā)送電磁信號，例如，從信號源502到頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b。例如，隔離器可防止第一接收信號、第二接收信號和/或接收信號分別到達信號源和/或其它的發(fā)射器和/或接收器。

根據(jù)用于形成虛擬優(yōu)化陣列的方法來執(zhí)行各個接收通道205a、205b和/或發(fā)射/接收通道207a、207b的偏移或處理，由此使使物理天線裝置201、201″”、201″”'的孔徑加寬。

在下文中，發(fā)射通道202、202a、202b、接收通道205、205a、205b和/或發(fā)射/接收通道207、207a、207b由它們的信號路徑或它們的信號的能量分布表示。為了簡單起見，物理通道的說明也等效地用于這些信號路徑。

圖6a是用于表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的虛擬優(yōu)化陣列513a的仿真圖。在仿真圖中，發(fā)射圖301示出了在不同時間t1、t2處發(fā)射信號對天線裝置201的發(fā)射通道202、202a、202b、207的影響。發(fā)射圖301的縱坐標(biāo)625'表示用于發(fā)射通道和/或發(fā)射/接收通道207的發(fā)射信號的加權(quán)。橫坐標(biāo)624'表示在陣列201或發(fā)射裝置201內(nèi)發(fā)射通道202、202a、202b、207的位置的局部分布。正如參考線400被假設(shè)用于確定圖3a中的用于天線裝置201的各個通道的位置，模擬圖301、302、303中的位置也與參考線400相關(guān)。橫坐標(biāo)624'與幅度λ/2相關(guān)。

由于發(fā)射圖301中所表示的發(fā)射信號202a、202b為發(fā)射通道202a、202b、207a、207b的輸出，因此圖301示出的發(fā)射信號也可作為發(fā)射通道202a、207a、202b、207b進行說明。第一發(fā)射通道202a處于-12λ/2的位置處，且第二發(fā)射通道202b處于-9λ/2d位置處。在接收圖302中相應(yīng)地示出了接收信號或接收通道205。與圖3a所示，接收通道處于-7λ/2、-5λ/2、-3λ/2、-1λ/2、+1λ/2、+3λ/2、+5λ/2和+7λ2的位置處。同樣，在接收圖302中的縱坐標(biāo)625″上給出接收信號的加權(quán)。繼而，橫坐標(biāo)624″表示接收通道205的與λ/2相關(guān)的位置。

可以利用圖302中的接收信號對發(fā)射圖301中的發(fā)射信號執(zhí)行計算，從而獲得優(yōu)化陣列圖303中示出的所計算的虛擬優(yōu)化陣列513a。為了根據(jù)發(fā)射信號301和接收信號302來獲得優(yōu)化陣列圖503中的虛擬優(yōu)化陣列513a，對發(fā)射通道202a、207a的位置、進而由這些通道提供的信號的位置以及接收圖302中示出的接收通道205的位置應(yīng)用離散卷積方法。優(yōu)化陣列513a具有從-19λ/2延伸至-2λ/2的孔徑或?qū)挾?。虛擬列陣513a的各個陣列元件的間隔基本上等于λ/2或d0/2，并且在點-18λ/2和-3λ/2處具有間隙650和651。優(yōu)化陣列513a可被理解為在單個發(fā)射通道處于接收通道205中間(即，僅一個發(fā)射器處于參考線400上)的情況下所計算的接收陣列的孔徑。

發(fā)射圖301中示出的發(fā)射通道202a、202b的信號可被理解為發(fā)射陣列514a。接收圖302中的接收通道205可被理解為接收陣列515a。與具有發(fā)射陣列514a和接收陣列515a的物理陣列201或物理天線裝置201相比，虛擬陣列513具有較大的孔徑。物理陣列201從-12λ/2延伸至+7λ/2，并因此具有19λ/2的寬度。虛擬陣列513a從-19λ/2延伸至-2λ/2，并因此具有孔徑17λ/2，其中，虛擬陣列513a的孔徑更密集地分布。

因為發(fā)射信號202a、207a、202b、207b的發(fā)射在不同的時間t1、t2處發(fā)生，因此能夠進行離散卷積?？捎筛哳l開關(guān)604、605a、605b或被切換的發(fā)射放大器701a、701b、702實現(xiàn)時間偏移發(fā)射。在這種情況下，通過切換或接通/斷開來確保不同的發(fā)射通道202a、202b、202a'、202b'、202a″、202b″、202a″'、202b″'、207a、207b在不同的時間被啟動，由此可使發(fā)射信號在兩個天線之間來回切換。通過開關(guān)裝置507'來切換頻率轉(zhuǎn)換裝置501a、501b、501可避免使用昂貴且復(fù)雜的高頻開關(guān)。

圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有被切換的倍頻器501a、501b的天線裝置的仿真結(jié)果，其中，將發(fā)射通道用作發(fā)射/接收通道207a、207b。由于發(fā)射通道202a、202b的至少一部分也可用于接收，因此除了經(jīng)由接收通道205a、205b檢測的純粹的接收信號之外，也可接收來自發(fā)射階段的接收信號。由于這樣會增加接收通道的數(shù)量，因此可構(gòu)造更大或更密集地分布的虛擬天線孔徑。在圖6a中，發(fā)射圖301具有純粹的發(fā)射通道202a、202b，并且接收圖302具有純粹的接收通道205，其中，發(fā)射器的數(shù)量m等于2，且接收器的數(shù)量n等于8。結(jié)果，虛擬優(yōu)化陣列513導(dǎo)致m×n＝16個元件。因此，圖6a且特別是優(yōu)化陣列圖303示出了可以使用圖4中的在時間上可切換的天線裝置201″”生成的優(yōu)化陣列513a。

如果如圖5所示提供了發(fā)射/接收通道207a、207b，那么可形成圖6b示出的優(yōu)化陣列513b。發(fā)射圖301a示出了m＝2個發(fā)射/接收通道207a、207b，這些通道可用于在交替的時間t1和t2處進行發(fā)射。由于發(fā)射/接收通道207a、207b也可用于接收所發(fā)射的信號，因此它們有助于形成接收圖302a示出的接收陣列515b。發(fā)射陣列514b由發(fā)射/接收通道207a、207b形成。優(yōu)化陣列圖303a表示由具有發(fā)射/接收通道207a、207b的天線裝置201″”'形成的虛擬陣列513b。與圖6a的天線陣列513(其在純粹的發(fā)射通道202a、202b和純粹的接收通道205的情況下產(chǎn)生并且從-2λ/2延伸到-19λ/2)的寬度相比，優(yōu)化陣列513b的孔徑由于額外地存在于接收陣列515b中的接收信號207a、207b而變寬。

虛擬優(yōu)化陣列513b的孔徑從-24λ/2延伸至-2λ/2。然而，虛擬優(yōu)化陣列513b具有孔隙750、751、752和具有雙重加權(quán)的信號增加753。雙重加權(quán)是在-21λ/2的位置處出現(xiàn)并且具有帶有因子2的加權(quán)的天線元件。雙重加權(quán)是由于在形成虛擬優(yōu)化陣列513b上使用的卷積而產(chǎn)生的。在此-21λ/2的位置處，兩個天線元件由于卷積而顯示在單個位置處。在該描繪圖中，兩個接收器205、207a、207b提供相同的信號并因此提供相同的信息。如果在時間t1處在-12λ/2的位置處的發(fā)射器207a的發(fā)射期間來自-9λ/2的位置處的接收器207b的信號以及在時間t2處在-9λ/2的位置處的發(fā)射器207b的發(fā)射期間來自-12λ/2的位置處的接收器207a的信號是相同的，那么會發(fā)生信號的疊加。因此，存在出現(xiàn)兩次的信號，并且該信號在所計算的優(yōu)化陣列513b以因子2增加。由于使用發(fā)射/接收通道，因此發(fā)射陣列514b具有m＝2個發(fā)射通道207a、207b，并且接收陣列515b具有m＝2個發(fā)射/接收通道207a、207b和n＝8個純粹的接收通道205，虛擬優(yōu)化陣列513b導(dǎo)致m×(m+n)個信號，因此具有20個信號，其中兩個信號的疊加本身在信號增加753中是顯著的。在-21λ/2的位置處，在優(yōu)化陣列513b中描繪了多個接收器。

由于發(fā)射/接收混頻裝置901a、901b需要頻率倍增的輸入信號而具有本地振蕩器，但頻率倍增器501a、501b也具有與不生成發(fā)射信號的時間進度表相均勻的中斷(interruptionbreak)，因此接收信號也遵循該進度。因此，即使在發(fā)射中斷期間也不形成接收信號。在發(fā)射器的發(fā)射中斷的情況下，相關(guān)聯(lián)的接收器可因此同樣也不進行接收，這是其由于被關(guān)閉的頻率倍增器501a、501b而缺少本地振蕩器信號。

優(yōu)化陣列513b由發(fā)射/接收通道207a、207b形成，發(fā)射/接收通道207a、207b在時間上連續(xù)接通和斷開，例如在時間t1、t2處。當(dāng)形成虛擬優(yōu)化陣列513b時，可以通過數(shù)字信號處理方法來考慮現(xiàn)有的接收中斷。

圖6c示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的在考慮到自適應(yīng)卷積核的情況下形成虛擬優(yōu)化陣列513c的仿真圖。圖6c中的發(fā)射信號301b對應(yīng)于圖6b中的發(fā)射信號。圖6c中的接收信號302b對應(yīng)于圖6b中的接收信號302a。當(dāng)根據(jù)發(fā)射信號301a、301b和接收信號302a、302b形成卷積和時，可根據(jù)在發(fā)射時間t1、t2處哪些接收器207a、207b被停用來自適應(yīng)地改變卷積核。通過形成具有自適應(yīng)卷積核的卷積和，可仿真m×n+m個天線元件513c的孔徑，在圖6c中，該孔徑從-24λ/2延伸至-2λ/2，且不再具有信號增加753。通過具有自適應(yīng)卷積核的離散卷積形成的虛擬優(yōu)化陣列513c僅具有兩個孔隙850、851。卷積核用于離散卷積，并且必須在使用不能總是進行接收的發(fā)射接收器207、207a、207b或發(fā)射/接收通道207、207a、207b的情況下是自適應(yīng)的。離散卷積是對多個元件207、207a、207b、205(例如k個元件)的求和。虛擬陣列513c的形成包括對離散發(fā)射和接收向量的離散卷積的計算。用于該離散卷積的發(fā)射和接收向量對應(yīng)于發(fā)射和接收元件202、202a、202b、205、207、207a、207b的位置。接收陣列515b的向量適用于卷積運算的每個被加數(shù)，這是因為由于可被斷開的發(fā)射/接收裝置207、207a、207b的原因，對于在每個時間t1、t2處的每次發(fā)射，該向量是不相同的。因此，自適應(yīng)卷積核可被理解為卷積核與卷積運算的自適應(yīng)匹配。

由于信號增加753的消除，可強烈地衰減在由優(yōu)化陣列513b、513c產(chǎn)生的天線圖中出現(xiàn)的旁瓣。窗函數(shù)也可用來改善天線圖。這些窗函數(shù)可以應(yīng)用于優(yōu)化陣列513c的加權(quán)因子，以進一步衰減旁瓣。例如，窗函數(shù)可使虛擬優(yōu)化陣列513b、513c的處于優(yōu)化陣列的邊緣處(例如，-24λ/2和-2λ/2的區(qū)域中)的優(yōu)化陣列元件比處于優(yōu)化陣列的中間(例如，-12λ/2的區(qū)域中)的元件被更弱地加權(quán)。對于較弱的加權(quán)，可以使用例如小于1(<1)的加權(quán)因子。

事實上，由于信號增加753，在相同孔徑中，優(yōu)化陣列513b比優(yōu)化陣列513c包含更多的天線元件，這是因為在優(yōu)化陣列513c的孔徑的情況下考慮到在發(fā)射中斷時斷開的發(fā)射/接收裝置的接收器不能進行接收并且可導(dǎo)致信號增加的信號被省略。然而，被均勻加權(quán)的優(yōu)化陣列513c可基本上避免在優(yōu)化陣列形成之后的進一步信號處理中在優(yōu)化陣列圖303b中存在加權(quán)跳躍(weightingjump)。因此，例如，如果使優(yōu)化陣列513c的每個優(yōu)化陣列元件以因子1被加權(quán)(如圖6c的優(yōu)化陣列圖303b中所示)，則可減少信號后處理的成本。如果優(yōu)化陣列元件以因子2被加權(quán)，如同信號增加753的情況，則例如信號處理可基于信號增加753的兩個信號形成平均值，或者省略具有信號增加753的通道的信號，以降低信號增加。

如果存在不能在進行發(fā)射的同時進行接收的收發(fā)器207，則天線元件513c的數(shù)量可根據(jù)公式m×n+m形成。該公式源自發(fā)射元件207a、207b的數(shù)量m和純粹的接收元件205的數(shù)量n以及當(dāng)使用不能在進行發(fā)射的同時進行接收的收發(fā)器時出現(xiàn)的額外接收元件207a、207b的數(shù)量的乘積。在圖6c的情況下，存在發(fā)射圖301a中的m＝2個發(fā)射器以及n＝8個純粹的接收器。通過收發(fā)器207a、207b將兩個接收信號添加至這些元件。如果第一發(fā)射器207a在時間t1處啟動，則其相關(guān)聯(lián)的接收器207a也可在時間t1處進行接收；如果第二發(fā)射器207b在時間t2處啟動，則其相關(guān)聯(lián)的接收器207b也可在時間t2處進行接收。在時間t1處，第二發(fā)射器207b(因此也是第二接收器207b)被停用，并且不包括在計算中。在時間t2處，第一發(fā)射器207a且因而第一接收器207a被停用，并且不被包括在計算中。因此，優(yōu)化陣列513c具有2×8+2＝18個元件。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于發(fā)射和/或接收信號的方法的流程圖。該方法開始于開始狀態(tài)s700。在步驟s701中，在信號源中生成具有可指定的基本頻率的發(fā)射信號。在步驟s702中，將發(fā)射信號供給至第一發(fā)射通道202a，該第一發(fā)射通道具有第一頻率轉(zhuǎn)換裝置501a和第一發(fā)射裝置504a″”。發(fā)射裝置504a″”或天線504a″”具有第一頻率通帶。在步驟s703中，進行發(fā)射信號的基本頻率到第一發(fā)射頻率的時控轉(zhuǎn)換。第一發(fā)射頻率處于第一發(fā)射裝置202a的第一頻率通帶中。進行基本頻率到第一發(fā)射頻率的轉(zhuǎn)換，以便經(jīng)由第一發(fā)射通道202a提供具有第一發(fā)射頻率的第一發(fā)射信號。在一個示例中，基本頻率可以為13ghz，并且第一發(fā)射頻率可以為79ghz。

根據(jù)可指定的時間進度表來執(zhí)行發(fā)射信號的基本頻率到處于第一頻率通帶中的第一發(fā)射頻率的轉(zhuǎn)換。通過啟動開關(guān)裝置507'來實現(xiàn)該時間進度表，使得經(jīng)由第一發(fā)射通道202a根據(jù)第一時間進度表提供周期性信號。該方法結(jié)束于結(jié)束狀態(tài)704。