用于汽车成像雷达的偏斜MIMO天线阵列的制作方法

本文公开的主题涉及成像雷达、声纳、超声和其他传感器的领域，用于经由fmcw信号执行范围测量和/或经由数字波束成形和阵列处理执行角度测量，并且更具体地涉及具有高方位角和仰角分辨率以及精度的偏斜的多输入多输出(mimo)天线阵列系统，其可在使用少量tx和rx元件的同时提供增加的有效孔径。

背景技术：

近年来，许多行业都在转向自主解决方案，例如汽车行业、运输等。这些自主平台应在环境中运行，同时与固定对象和移动对象互动。为此，这些系统需要传感器套件，该传感器套件允许它们以可靠而有效的方式感测其周围环境。例如，为了使自动驾驶汽车能够在其上行驶其他车辆的道路上规划路线，轨迹规划器必须具有环境的3d地图以及移动物体的指示。

由于雾、烟、沙、暴风雨等造成的恶劣天气和能见度不佳，视觉传感器的性能也会降低。它们在估计径向速度方面也受到限制。光检测和测距设备(lidar)用于通过用激光照射目标来测量到目标的距离。但是，这些设备昂贵，具有运动部件并且范围非常有限。雷达是一种增强技术，而不是替代技术。

由于视觉传感器使用光学(例如激光)技术在范围精度和可靠性问题上的自然局限性，因此生成此3d地图的最佳解决方案是通过雷达技术。这就提出了一组新的要求，现代雷达不满足这些要求。

通常，接收天线的孔径越大，接收到的辐射越多，从而导致灵敏度更高，或者等效地，主瓣也更窄。因此，接收天线可以接收较弱的信号，并提供有关其方向的相对准确的指示。

另一方面，包括汽车成像雷达的车载雷达由于范围相对较短并且从目标反射的信号相对较强，因此要求的灵敏度较低。但是，不需要车载雷达来检测点目标，诸如被导弹检测到的飞机，但是确实需要高的精度以便提供环境信息的图像，该图像用作同步定位和地图绘制(slam)算法的输入，其检测障碍物(诸如附近的其他车或行人)的位置。具有高精度的窄瓣将能够提供目标图像的更清晰的轮廓线。波瓣宽度仅由等效孔径确定，该孔径被归一化为发射雷达信号的波长，而不是由孔径内的接收天线元件的数量确定，这会影响灵敏度，即检测弱反射信号、以及歧义度和旁瓣电平的能力。

成像雷达的另一个关键性能参数是天线阵列的旁瓣电平。在存在大的物体(如位于在旁瓣方向上的墙)的情况下，来自该物体的反射的衰减形式将看起来是在主瓣方向上。这可能会掩盖源自障碍物(诸如行人)的反射，或者形成可能导致车辆停止行驶幻影障碍物。

因此，在汽车成像雷达中，至关重要的是尽可能减少旁瓣。另外，需要一种紧凑的雷达开关阵列天线，其具有高方位角和仰角分辨率以及精度，提供增加的有效孔径，同时使用少量发射(tx)和接收(rx)元件，以满足成本、空间、电源和可靠性要求。

近来，雷达在汽车工业中的应用已经开始出现。高端汽车已经装有雷达，可以为驾驶员提供停车辅助和车道偏离警告。当前，对自动驾驶汽车的兴趣与日俱增，并且现在它被认为是未来几年汽车工业的主要驱动力。

自动驾驶汽车为雷达技术在汽车中的应用提供了新的视角。汽车雷达不仅可以为驾驶员提供帮助，还可以在车辆控制中发挥积极作用。因此，它们很可能成为车辆自主控制系统的关键传感器。

雷达比其他替代物(诸如声纳或lidar)更受青睐，因为它受天气条件的影响较小，并且可以做得很小，以减少部署的传感器对车辆的空气动力学和外观的影响。调频连续波(fmcw)雷达是一种雷达，其与其他雷达相比，提供许多优势。例如，它确保可以同时检测周围物体的范围和速度信息。该信息对于自动驾驶车辆的控制系统提供安全且无碰撞的操作很重要。

对于较短范围检测，如在汽车雷达中一样，通常使用fmcw雷达。fmcw雷达在汽车应用中的几个优点包括：(1)fmcw调制相对容易生成，提供大带宽，高平均功率，好的短范围性能，高的精度，由于低带宽处理带来的低成本低，并且允许非常好的范围分辨率并允许使用多普勒频移来确定速度，(2)fmcw雷达可以在短范围处运行，(3)fmcw传感器可以做得很小，具有一个rf发射源和振荡器，其还可以用于对接收信号进行下变频，(4)由于传输是连续的，因此固态组件的适度输出功率就足够了。

安装在汽车中的雷达系统应能够实时提供控制系统所需的信息。需要一种能够提供足够的计算功率以满足实时系统要求的基带处理系统。处理系统对接收到的信号进行数字信号处理以提取有用信息，诸如被包围物体的范围和速度。

当前，车辆(尤其是汽车)越来越多地配备了旨在在紧急情况下为驾驶员提供帮助的技术。除了相机和超声波传感器，随着相关技术成本的降低，汽车制造商也开始转向雷达。雷达的吸引力在于，它可以在任何天气条件下快速和清晰地测量多个物体的速度和距离。相关的雷达信号是经过频率调制的，可以使用频谱分析仪进行分析。通过这种方式，雷达组件的开发人员可以自动检测，测量和显示时域和频域中的信号，甚至可以实现高达500ghz的频率。

现在，在自动驾驶汽车领域中使用雷达也引起了极大的兴趣，这种雷达有望在未来变得越来越普遍。毫米波汽车雷达适用于预防碰撞和自动驾驶。与超声波雷达和激光雷达相比，毫米波频率(77至81ghz)更不容易受到雨、雾、雪等天气因素、灰尘和噪声的干扰。这些汽车雷达系统通常包括高频雷达发射器，该高频雷达发射器沿已知方向发射雷达信号。发射器可以以连续或脉冲图案发射雷达信号。这些系统还包括连接到适当天线系统的接收器，该接收器从发射的雷达信号中接收回波或反射。每个这样的反射或回波代表被发射的雷达信号照射的物体。

高级驾驶员辅助系统(adas)是为自动，适应和增强车辆系统而开发的系统，以实现安全性和更好的驾驶。通过提供向驾驶员发出潜在问题警报的技术来设计安全特征，以避免碰撞和事故，或者通过实施保护措施并接管车辆的控制来避免碰撞。自适应特征可以自动照明，提供自适应巡航控制，自动制动，合并gps/交通警告，连接到智能电话，警告驾驶员其他车辆或危险，保持驾驶员在正确的车道上或显示盲区中的内容。

存在多种形式的可用adas；某些特征内置在汽车中或可用作为附加组件。此外，还存在可用的售后解决方案。adas依靠来自多个数据源的输入，包括汽车成像、lidar、雷达、图像处理、计算机视觉和车载网络。可以从主要车辆平台外部的其他来源(诸如其他车辆，称为车对车(v2v)或车对基础设施系统(例如，移动电话或wi-fi数据网络))进行附加输入。

先进的驾驶员辅助系统目前是汽车电子中增长最快的部分之一，在汽车安全系统iso26262中，行业质量标准的采用率正在稳步提高，正在开发诸如针对图像传感器质量的ieee2020和诸如车辆信息api的通信协议的技术特定标准。

近年来，许多行业都在转向自主解决方案，例如汽车行业、运输等。这些自主平台在环境中运行，同时与固定对象和移动对象互动。为此，这些系统需要传感器套件，该传感器套件允许它们以可靠而有效的方式感测其周围环境。例如，为了使自动驾驶汽车能够在其上行驶其他车辆的道路上规划路线，轨迹规划器必须具有环境的3d地图以及移动物体的指示。

由于恶劣天气和能见度不佳(例如雾、烟、沙、暴雨、暴风雪等)也会使视觉传感器的性能降低。它们在估计径向速度方面也受到限制。光检测和测距设备(lidar)用于通过用激光照射目标物来测量到目标物的距离。然而，这些设备是昂贵的，因为大多数具有运动部件并且范围非常有限。因此，汽车雷达被视为一种增强而非替代技术。

在汽车领域中，雷达传感器是用于舒适和安全功能的关键组件，例如自适应巡航控制(acc)或防撞系统(cms)。随着同时彼此接近操作的汽车雷达传感器越来越多，雷达传感器可能会从其他雷达传感器接收信号。接收外来信号(干扰)可能导致问题，诸如重影目标或信噪比降低。图1示出了这样的汽车干扰场景，其中具有来自几辆周围车辆的直接干扰。

减少阵列中天线元件数量的一种众所周知的方法是使用称为“虚拟阵列”的mimo技术，其中可分离(例如正交)的波形是从不同天线(通常同时)发射的，并且通过数字处理生成更大的有效阵列。这种“虚拟阵列”的形状是发射和接收天线的位置的特殊卷积。

还已知的是通过带通采样，可以以较低的a/d频率采样解斜的信号，同时以与设计的带通滤波器匹配的范围来保留目标的范围信息。

由于(尤其是)硬件复杂度分辨率的线性增加，因此在角度、范围和多普勒尺寸上同时实现高分辨率是重大挑战。

技术实现要素：

本发明包括用于构造具有高方位角和仰角分辨率和精度的偏斜或交错多输入多输出(mimo)天线阵列系统的系统和方法，该系统和方法在使用少量tx和rx元件的同时提供增加的有效孔径。紧凑型雷达开关阵列天线具有高方位角和仰角分辨率和精度，并增加了有效孔径，同时减少了不必要的旁瓣，并满足了成本、空间、功率和可靠性要求，适用于汽车雷达。这是通过接收行和发送列偏斜或交错一个偏斜因子来实现的。

用于汽车成像雷达的交错mimo天线阵列。通过使用行和列圆形移位使rx行和tx列分开一定距离(即，交错或偏斜)，可以实现改善的元件分离。由于天线元件的物理尺寸，在物理上不可能将行和列放置在全阵列对称rx-tx图案中而不在虚拟阵列的中心生成间隙。为了克服此问题，同时最小化阵列中心的间隙大小，使行和列沿其主轴移位。在一个示例天线阵列中，每一列沿着它们各自的主轴移位或偏斜3λ/2，并且每一行沿着它们各自的主轴移位或偏斜3λ/2。注意，该阵列减小了实现紧凑尺寸和低旁瓣电平(sll)的天线的整体尺寸。另外，为了使物理上接近tx元件的元件的所得rx饱和最小化，对那些元件的数据进行系统消隐(即清零)。

在另一个实施例中，取决于偏斜因子，不仅天线阵列的行和列交错(偏斜)，而且发射列的行也对称或不对称地交错。

本发明的一个实施例针对一种用于使用少量发射(tx)和接收(rx)阵列元件来增加雷达开关/mimo天线阵列的有效孔径的方法，根据该方法，雷达物理接收(rx)/发送(tx)元件的阵列被布置在至少两个相对的rx行和至少两个相对的tx列中，使得每一行包括彼此均匀间隔的多个接收(rx)元件，并且每一列包括彼此均匀间隔的多个发射(tx)元件，该阵列形成矩形的物理孔径。

因此，根据本发明，提供了一种用于雷达系统的多输入多输出(mimo)天线框架阵列，包括布置在第一列和第二列中的第一多个元件，所述第二列与所述第一列间隔第一距离，布置在第一行和第二行中的第二多个元件，所述第二行与所述第一行间隔第二距离，其中，所述第一列和第二列根据第一偏斜因子沿其主轴垂直地偏斜，并且其中，所述第一行和第二行根据第二偏斜因子沿其主轴水平地偏斜。

根据本发明，还提供了一种用于雷达系统的多输入多输出(mimo)天线框架阵列，包括布置在第一行和第二行中的第一多个元件，所述第二行与所述第一行隔开第一垂直距离，布置在第一列和第二列中的第二多个发射元件，所述第二列与所述第一列间隔第二水平距离，并且其中，所述第一行、所述第二行、所述第一列和所述第二列以围绕中心点圆形方式偏斜。

根据本发明，还提供了一种用于雷达系统的多输入多输出(mimo)天线框架阵列，包括布置在第一行和第二行中的第一多个元件，所述第二行与所述第一行隔开第一垂直距离，布置在第一列和第二列中的第二多个元件，所述第二列与所述第一列间隔第二水平距离，其中，所述第一列和第二列根据第一偏斜因子沿其主轴垂直地偏斜，其中，所述第一行和所述第二行根据第二偏斜因子沿其主轴水平地偏斜，并且其中，所述第一多个元件在所述第一列和所述第二列内被组织成多个子行，所述多个子行逐子行交错排列。

附图说明

在下面的示例性实施方式中并参考附图进一步详细解释本发明，其中相同或相似的元件可以部分地由相同或相似的附图标记表示，并且各种示例性实施方式的特征是可组合的。这里仅通过举例的方式，参考附图描述本发明，其中：

图1是示出示例街道场景的示图，该示例街道场景包括配备有汽车雷达传感器单元的若干车辆；

图2是示出了包括多个接收器和发射器的示例雷达系统的图；

图3是示出了根据本发明构造的示例雷达收发器的图；

图4是示出了根据本发明的示例mimofmcw雷达的高级框图；

图5是示出了根据本发明构造的示例数字雷达处理器(drp)ic的框图；

图6是示出了基于两个rx行和六个tx列的示例mimo虚拟雷达天线阵列的图；

图7是示出了图6所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图；

图8是示出了基于两个rx行和四个tx列的示例mimo虚拟雷达天线阵列的图；

图9是示出了图8所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图；

图10是示出了基于两个rx行和四个tx列的示例mimo虚拟雷达天线阵列的图，其中tx元件之间的间隔增加；

图11是示出了图10所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图；

图12是示出了图10的示例天线阵列的时域仿真的图；

图13是示出了图10的示例天线阵列的频域仿真的图；

图14是示出了在丢弃近角元件之后的第一示例虚拟阵列的图；

图15是示出了示例有效仰角-方位角窗口的图；

图16是示出了具有偏斜或交错的行和列的示例天线阵列的图；

图17是示出了图16所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图；

图18是示出了用于最少的tx-rx虚拟元件的示例有效窗口函数的图；

图19是示出了图16的天线阵列的示例方位角窗口的图；

图20是示出了图16的天线阵列的示例仰角窗口的图；

图21是示出了示例天线阵列的图，该示例天线阵列具有在tx列之间具有增加的距离的偏斜或交错的行和列；

图22是示出了图21所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图；

图23是示出了在丢弃近角元件之后的第二示例虚拟阵列的图；

图24是示出了图21的天线阵列的示例方位角窗口的图；

图25是示出了图21的天线阵列的示例仰角窗口的图；

图26是示出了示例天线阵列的图，该天线阵列具有偏斜的或交错的rx行和tx列，并且tx列子行的附加交错；

图27是示出了图26所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图；

图28是示出了图26的天线阵列的示例方位角窗口的图；和

图29是示出了图26的天线阵列的示例仰角窗口的图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，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，未详细描述公知的方法、过程和组件，以免模糊本发明。

在已经公开的那些优点和改进中，根据结合附图进行的以下描述，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。本文公开了本发明的详细实施方式。然而，应当理解，所公开的实施例仅是可以以各种形式实施的本发明的说明。另外，结合本发明的各种实施例给出的每个示例都是示例性的，而不是限制性的。

在说明书的结论部分中特别指出并明确要求保护被视为本发明的主题。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以最好地理解本发明的有关组织和操作方法以及其目的、特征和优点。

这些图构成了本说明书的一部分，并且包括本发明的说明性实施例，并且示出了本发明的各种目的和特征。此外，附图不一定按比例绘制，某些特征可能被放大以示出特定组件的细节。另外，附图中所示的任何测量、规格等均旨在进行说明，而不是限制性的。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的表示基础。此外，在认为适当的情况下，可以在附图之间重复附图标记以指示对应或相似的元件。

因为本发明的所示实施例大部分可以使用本领域技术人员已知的电子部件和电路来实现，所以为了理解和认知本发明的基本概念并且为了不混淆或分散本发明的教导，将不以超出认为必要的程度来解释细节。

说明书中对方法的任何引用均应适当变通地应用于能够执行该方法的系统。说明书中对系统的任何引用均应适当变通地应用于系统可以执行的方法。

在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另外明确指出，否则以下术语具有本文明确关联的含义。尽管可能，但是在此使用的短语“在一个实施例中”、“在示例实施例中”和“在一些实施例中”不一定指代相同的实施例。此外，尽管可能，但是本文所使用的短语“在另一实施例中”、“在替代实施例中”和“在一些其他实施例中”不一定指代不同的实施例。因此，如下所述，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以容易地组合本发明的各种实施例。

另外，如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则术语“或”是包括性的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”。术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的其他因素，除非上下文另有明确规定。另外，在整个说明书中，“一个”、“一种”和“该”的含义包括复数引用。“在...中”的含义包括“在...中”和“在...上”。

调频连续波(fmcw)雷达是使用调频的雷达。fmcw雷达的工作原理是发射具有增加(或减少)频率的连续波。这样的波被称为啁啾。啁啾波形10的示例如图4所示。被物体反射后的发射波被接收器接收。在图5中示出了在接收器处发射的12个和接收的(即反射的)14个啁啾波形的示例。

考虑到将雷达用于汽车应用，车辆制造商目前可以使用24ghz和77ghz的具有不同带宽的四个频带。虽然24ghzism频带的最大带宽为250mhz，但76-81ghz超宽带(uwb)的最高带宽为5ghz。最高4ghz带宽的频带位于77至81ghz的频率之间。当前，它被用于许多应用中。请注意，为此应用分配的其他频率包括带宽仅为1ghz的122ghz和244ghz。由于信号带宽决定了范围分辨率，因此在雷达应用中具有足够的带宽很重要。

常规的数字波束成形fmcw雷达的特点是在径向、角度和多普勒尺寸上具有很高的分辨率。成像雷达基于众所周知的相控阵技术，该技术使用均匀线性分布阵列(ula)。众所周知，线性阵列结构的远场光束方向图案是使用傅立叶变换获得的。通过对通过将发射信号的共轭与接收信号的共轭相乘而生成的解斜信号执行傅里叶变换，可以获得范围测量结果。雷达范围分辨率由雷达的rf带宽确定，并且等于光速c除以rf带宽的两倍。多普勒处理是通过在慢速时间维度上执行傅立叶变换来执行的，其分辨率受到相干处理间隔(cpi)，即用于多普勒处理的总传输时间的限制。

当在汽车应用中使用雷达信号时，期望在单个测量周期内同时确定多个物体的速度和距离。因为基于一个周期内发送和接收信号之间的时间偏移，只能确定距离，所以普通脉冲雷达无法轻松处理此类任务。如果也要确定速度，则使用调频信号，例如线性调频连续波(fmcw)信号。脉冲多普勒雷达还能够直接测量多普勒偏移。发射和接收信号之间的频率偏移也称为拍频。拍频具有多普勒频率分量fd和延迟分量ft。多普勒分量包含有关速度的信息，而延迟分量包含有关范围的信息。由于范围和速度的两个未知数，需要两次拍频测量才能确定所需的参数。在第一信号之后，立即将具有线性修改频率的第二信号合并到测量中。

使用fm啁啾序列可以在单个测量周期内确定两个参数。由于单个啁啾与整个测量周期相比非常短，因此每个拍频都主要由延迟分量ft确定。以这种方式，可以在每个啁啾之后直接确定范围。确定序列内几个连续的啁啾之间的相移允许使用傅立叶变换确定多普勒频率，从而可以计算车辆的速度。请注意，速度分辨率随着测量周期长度的增加而提高。

多输入多输出(mimo)雷达是一种使用多个tx和rx天线发送和接收信号的雷达。阵列中的每个发射天线独立地辐射与从另一个天线辐射的信号不同的波形信号。替代地，信号可以是相同的，但是以非重叠时间发射。属于每个发射器天线的反射信号可以在接收器天线中轻松分离，因为(1)正交波形用于传输，或者(2)因为它们是在非重叠时间接收的。创建虚拟阵列，其包含从每个发射天线到每个接收天线的信息。因此，如果我们有m个发射天线和n个接收天线，则通过仅使用m+n个物理天线，在虚拟阵列中我们将有m·n个独立的发射和接收天线对。mimo雷达系统的这一特性导致多个优势，诸如提高了空间分辨率，增加了天线孔径，并可能提高了检测缓慢移动物体的灵敏度。

如上所述，从不同的tx天线发射的信号是正交的。可以通过使用时分多路复用(tdm)、频分多路复用或空间编码来获得发射波形的正交性。在本文呈现的示例和描述中，使用了tdm，其每次仅允许一个发射器进行发射。

本发明的雷达可通过实现与全mimofmcw相反的时分多路复用mimofmcw雷达来降低复杂度、成本和功耗。与完整的mimo雷达相比，用于汽车mimo成像雷达的时分多路复用方法具有显着的成本和功耗优势。全mimo雷达可同时从多个发射阵列元件发射几个可分离的信号。通常需要使用一组匹配的滤波器在每个接收通道处分离那些信号。在这种情况下，整个虚拟阵列将立即被全部填充。

使用时分多路复用mimo，一次仅一个发射(tx)阵列元件进行发射。大大简化了发射方，并且无需每个接收(rx)通道的一组匹配滤波器。在从阵列中的所有tx元件进行发射所花费的时间中，将逐渐填充虚拟阵列。

在图2中示出了说明示例雷达系统的高级框图，该示例雷达系统并入了多个接收器和发射器。总体上以标记280表示的雷达系统包括数字雷达处理器(drp)，该数字雷达处理器(drp)尤其用于执行信号处理功能，均与发射天线288耦合的多个n个发射器设备tx1至txn284，均与接收天线290耦合的多个m个接收器设备rx1至rxn286。tx数据线292将drp连接到发射器设备，rx线294将接收器设备连接到drp，并且控制信号296由drp分别提供给发射器和接收器设备284、286中的每一个。注意，n和m可以是大于1的任何正整数。

图3示出了说明根据本发明构造的示例雷达收发器的图。通常以标记80表示的雷达收发器包括发射器82、接收器84和控制器83。发射器82包括非线性跳频定序器88、fmcw啁啾发生器90、本地振荡器(lo)94、混频器92、功率放大器(pa)96和天线98。

接收器84包括天线100、rf前端101、混频器102、if块103、adc104、快速时间范围处理106、慢速时间处理(多普勒和精细范围)108以及方位角和仰角处理。

在操作中，非线性跳频定序器88生成非线性起始跳频序列。每个啁啾的起始频率被输入到fmcw啁啾发生器90，fmcw啁啾发生器90以特定的起始频率生成啁啾波形。啁啾根据lo94经由混频器92被上变频到适当的频带(例如80ghz频带)。上变频的rf信号经由pa96被放大并输出到天线98，在mimo雷达的情况下，天线98可以包括天线阵列。

在接收侧，到达天线100的回波信号被输入到rf前端块101。在mimo雷达中，接收天线100包括天线阵列。来自rf前端电路的信号经由混频器102与发射的信号混合以生成拍频，该拍频被输入到if滤波器块103。if块的输出经由adc104被转换为数字并输入到快速时间处理块106以生成粗略范围数据。慢速时间处理块108用于生成精细范围和多普勒速度数据。然后，经由方位角/仰角处理块110计算方位角和仰角数据。将4d图像数据112输入到下游图像处理和检测。

在图4中示出了说明根据本发明的示例mimofmcw雷达的高级框图。通常以标记40表示的雷达收发器传感器包括多个发射电路66、多个接收电路46、58、本地振荡器(lo)74、包括本地振荡器(lo)61的斜坡或啁啾发生器60、非线性跳频定序器62、可选的tx元件定序器75(虚线框)和信号处理块44。在操作中，雷达收发器传感器通常与主机42通信并且可以由主机42控制。每个发射块包括功率放大器70和天线72。发送器接收啁啾发生器60的发射信号输出，该啁啾发生器60的输出被馈送到每个发射块中的pa。可选的tx元件定序器(虚线)生成控制发射元件序列的多个使能信号64。应当理解，本发明的mbc技术可以在具有或不具有tx元件定序以及具有或不具有mimo操作的情况下在雷达中进行操作。

每个接收块包括天线48、低噪声放大器(lna)50、混频器52、中频(if)块54和模数转换器(adc)56。在一个实施例中，雷达传感器40包括专用于收听的单独的检测宽带接收器46。传感器使用此接收器来检测附近雷达传感器发射的带内干扰信号的存在。处理块使用对检测到的干扰信号的了解来制定响应(如果有)以减轻和避免任何相互干扰。

信号处理块44可以包括能够处理，接收或发射数据或指令的任何合适的电子设备。例如，处理单元可以包括以下一项或多项：微处理器、中央处理器(cpu)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、图形处理单元(gpu)或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”旨在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或其他适当配置的计算元件。

例如，处理器可包括一个或多个通用cpu核心以及可选地一个或多个专用内核(例如，dsp内核、浮点、门阵列等)。一个或多个通用内核执行通用操作码，而专用内核执行特定于其用途的功能。

附加或嵌入式存储器包括动态随机存取存储器(dram)或扩展数据输出(edo)存储器，或其他类型的存储器，例如rom、静态ram、闪存和非易失性静态随机存取存储器(nvsram)、可移动存储器、气泡存储器等，或以上任何一种的组合。存储器存储设备可以使用的电子数据。例如，存储器可以存储电子数据或内容，例如，与雷达相关的数据、音频和视频文件、文档和应用、设备设置和用户偏好、定时和控制信号或用于各种模块的数据、数据结构或数据库等。可以将存储器配置为任何类型的存储器。

所发射和接收的信号被混合(即相乘)以生成要由信号处理单元44处理的信号。相乘过程生成两个信号：一个信号的相位等于相乘后的信号之差，另一个信号的相位等于相位的总和。总和信号被滤除，差信号由信号处理单元处理。信号处理单元对接收到的数字信号执行所有所需的处理，并且还控制发射的信号。信号处理模块执行的几种功能包括确定粗略范围、速度(即多普勒)、精细范围、仰角、方位角，执行干扰检测，缓解和避免，执行同时定位和映射(slam)等。

图5示出了说明本发明的示例数字雷达处理器ic的框图。通常以标记390表示的雷达处理器ic包括多个芯片服务功能392，其包括温度传感器电路396、看门狗定时器398、上电复位(por)电路400等、包括电源域电路402的pll系统394、包括并行fft引擎406的雷达处理单元(rpu)404、数据分析器电路408、直接存储器访问(dma)电路410和两级处理/控制电路411、包括tx/rx控制块414的cpu块412、安全核心块418以及l1和l2缓存存储器电路424、存储器系统426和接口(i/f)电路428。

tx/rx控制电路414可以包括建立时间控制以消除频率源建立时间，相互干扰、检测、缓解和避免块416。安全核心块418包括系统看门狗定时器电路420和适于执行雷达系统中的射频元件的连续测试的rfbist电路。i/f电路包括用于雷达输出数据430、tx控制432、rx控制434、外部存储器436和rf时钟438的接口。

注意，取决于特定的实现方式，数字雷达处理器电路390可以在单片硅上或跨多个集成电路实现。类似地，取决于特定的实现方式，发射器和接收器电路可以在单个ic上实现或跨多个ic实现。

在一个实施例中，drp390被用于基于汽车雷达fmcwmimo的系统。这样的系统需要多个发射器和接收器通道以实现期望的范围、方位角、仰角和速度。通道数越高，分辨率性能越好。根据实施方式，可以将多个发射通道合并到单个芯片中，并且可以将多个接收通道合并到单个芯片中。该系统可以包括多个tx和rx芯片。每个tx和rx芯片都可作为适用于实现最大系统性能的较大系统的一部分进行操作。在一个实施例中，该系统还包括至少一个控制信道。控制通道可操作用于配置tx和rx设备。

本发明提供了一种紧凑的雷达开关阵列天线，其具有高的方位角和仰角分辨率和精度，以及增加的有效孔径，同时使用少量的tx和rx元件。本发明还提供了一种紧凑的雷达天线阵列，其具有高的方位角和仰角分辨率和精度，以及增加的有效孔径，同时减少了不必要的旁瓣。

本发明的一个实施例涉及一种用于使用少量发射和接收阵列元件来增加雷达开关/mimo天线阵列的有效孔径的方法。物理雷达接收/发射元件的阵列布置在至少两个相对的rx行和至少两个相对的tx列中，使得每一行包括彼此均匀间隔的多个接收元件，并且每一列包括彼此均匀间隔的多个发射元件，该阵列形成矩形的物理孔。

用作开关阵列时，来自一列的第一个tx元件被激活以在预定时隙期间发射雷达脉冲。所有rx元件都接收到第一次传输的反射，从而围绕由矩形物理孔径内的第一tx元件的位置确定的原点虚拟复制两个相对的rx行。

在不同的时隙期间对所有剩余的tx元件重复此过程，从而围绕由矩形物理孔径内每个已激活的tx元件的位置确定的原点虚拟复制两个相对的rx行。在每个时间段内，所有rx元件都接收来自每个tx元件的传输反射。以这种方式，通过复制两个相对的rx行，获得了具有矩形物理孔径尺寸的两倍尺寸的矩形虚拟孔径。该虚拟孔径确定雷达波束的宽度和旁瓣。

注意，上述复制方法在mimo或混合开关/mimo设计中同样有效，其中，由使用正交波形的多个tx阵列元件同时发送一些信号，该正交波形随后在接收器中分离。

有两组tx列，一组在物理孔径的每一侧。每一组可包含一个或多个标称间隔为λ/2的列18。左组的最左列与右组的最左列之间的间距正好是rx元件之间的间距乘以rx元件的数量。同样，底行和顶行之间的间隔正好是tx元件之间的间距乘以tx元件的数量。这两个设计约束对于保持旁瓣较低至关重要。

在一个实施例中，本发明提供了一种高分辨率紧凑型雷达开关阵列天线设计，它使用少量的tx和rx元件，具有高的方位角和仰角精度，并增加了有效孔径和减少了不需要的旁瓣。

为了获得高分辨率，已经基于具有开关或非开关天线阵列(saa)的mimo-sar薄/全方式设计了一种相控阵。在这种类型的雷达中，有几个发射阵列元件，其以不同时间或同时使用正交波形被激活，还有一组接收阵列元件，从这些接收阵列元件中同时收集数据。为了获得高分辨率，雷达应相对于载波信号波长具有较大的孔径(例如，对于79ghz，λ＝0.4cm)。此外，对于全3d感测，在方位角和仰角上都优选大孔径。为了在两个方向上都获得最大孔径，同时最小化元件数量和阵列的物理尺寸，提出了一种特殊的框架设计，该设计在薄/全阵列设计中使用了tx-rx对偶性。根据该设计，rx阵列的方位角全满且仰角薄，而tx阵列的仰角全满且方位角薄。

而且，所得的等效阵列孔径(确定光束宽度和旁瓣衰减)约为阵列物理尺寸的两倍。使用适当的信号处理，所得的孔径是实际框架尺寸的两倍。

常规解决方案增加了阵列的物理孔径内的rx和tx元件的数量，但缺乏上述的加倍效果。例如，典型的阵列可以包括12个tx元件的列和144个rx元件的行，从而生成144x12＝1728个元件的阵列。这极大地增加了成本并降低了这种阵列的可靠性。

另一方面，本发明仅用48个rx元件和36个tx元件就可以达到相同的精度和旁瓣衰减，这在阵列中给出总共仅84个元件，因此节省了大约95％。

等效孔径被归一化为发射雷达脉冲的波长λ。因此，为了获得高分辨率，优选以高频发射。在这种情况下，雷达频率约为79ghz。

注意，即使阵列需要发射36个后续或正交雷达脉冲以获得单个帧，也可以节省大量元件。

注意，在一个实施例中，物理孔径的大小是a×b，并且由矩形尺寸定义，而与元件总数无关。在切换模式下，系统在每个时隙中从单个tx元件进行发射，并在所有rx元件中接收反射。在此示例中，传输从左下角的发射元件开始。所有行中的rx元件都接收反射的信号。切换模式下的发射元件的顺序可以是任意的。

孔径的有效大小在不增加附加元件的情况下向上增加。下一个传输是从tx元件激活的，该元件位于左下位置上方的一个位置。这等效于虚拟复制上面一个位置的物理行。所有行中的rx元件都接收反射的信号。对所有tx元件重复此过程，而每次都添加物理行的附加复制，直到行上方的区域被复制的虚拟行分层为止。这将孔径矩形的有效垂直尺寸增加到2b，而不是物理垂直尺寸b。

由于激活所有tx元件(每个时隙一个元件)，孔径的有效大小既向上又向右增加，而无需添加更多元件。所得的等效孔径为2ax2b，是物理元件确定的孔径的两倍。物理孔径的这种加倍对于使用正交波形同时发射天线同样有效。

在上述阵列的第二种变型中，两列中的每列都通过一系列每次λ/2的移位(例如向右)重复(n-1)次，从而创建了两个三列。现在，所有六列中的元件总数为6n。对于n＝3，tx元件总数为36。两个72个元件行均按3：1进行抽取，因此，每行具有24个标称间距为3/2λ的元件，两行中的元件总数为48。从所有36个元件进行发射(无论是顺序进行还是同时进行)，仅使用36个tx和48个rx阵列元件就可以生成等效的36x48＝1728个元件的阵列。

上面的两个替代设计例示了tx和rx元件数量之间的权衡，例如从12个tx元件和144个rx元件到36个tx元件和49个rx元件。在使设计适应可用的雷达收发器芯片以节省芯片硬件数量时，这一点至关重要。在一个实施例中，雷达前端基于具有四个rx通道和三个tx通道的瑞士日内瓦的st微电子公司的雷达收发器芯片strada770，以及连接这些芯片中的几个以创建更大的阵列的选项。

在一个实施例中，使用这些芯片中的12个芯片，生成48个rx通道和36个tx通道，并在开窗前在视轴上提供约0.9°的方位角分辨率和2.4的仰角分辨率，方位角为90°和仰角为22.5°的视场(fov)。阵列的物理大小约为13x10厘米。

注意，本文档中使用的术语“天线”也用于指代阵列元件。每个阵列元件本身可以是天线的子阵列。例如，每个tx或rx阵列元件本身可以是天线的垂直子阵列。

在一个实施例中，相关的信号处理单元基于加利福尼亚州圣何塞市的xilinx的zynq7000系列组合微处理器fpgasoc。该单元控制雷达前端并同时处理中频(if)数据。在每个雷达帧中，从36个tx通道中的每一个通道发射高达1ghz带宽的100μs啁啾，其中某些啁啾频率增加(向上啁啾)，而某些啁啾降低(向下啁啾)。处理单元使用集成的fifo缓冲区经由并行总线接收采样的if数据。然后为每个rx-tx对计算512点fft。然后，对与速度、方位角和仰角尺寸相对应的结果执行3dfft。以分层方式执行3dfft，以便在后续步骤中仅处理目标存在概率合理的bin。这种方法会导致从每个fft步骤到下一个fft步骤的稀疏输出，这在平均情况下会显着减少处理量。最终，生成4d体素的列表(范围、速度、方位角、仰角)，该列表指示目标存在于特定体素中的概率。针对在负频谱中计算的噪声分布(零假设)计算出该概率，该负频谱是由噪声分量而不是实际目标组成的。

图6示出了说明基于两个rx行和六个tx列的示例mimo虚拟雷达天线阵列的图。总体上以标记10表示的阵列包括多个rx行14，每个rx行具有多个接收元件12，多个tx列18，每个tx列具有多个发射元件16，发射元件16均布置在三个tx元件的多行19中。

在该实施例中，mimo虚拟雷达天线阵列基于两个接收器行和六个发射器列(每侧三个)。rx天线元件之间的水平距离为3λ/2，并且tx列之间的水平距离为λ/2。在一个示例实施例中，使用了36个tx和72个rx元件。这导致图7中所示的大小为12x216的完整虚拟阵列。完整虚拟阵列(总体以标记20表示)包括多个虚拟天线元件22。

请注意，此天线阵列配置可启用完整虚拟阵列，但具有一些可以改进的属性。首先，对于某些应用，所得的阵列仰角分辨率可能不足。其次，在sinθ与修正角度分开±2/3的角度处有两个方位角旁瓣(向下约～25db)。第三，在某些应用中，tx和rx元件彼此太靠近，从而导致物理天线元件之间的隔离问题。

图8示出了说明基于两个rx行和四个tx列的示例mimo虚拟雷达天线阵列的示意图。总体上以标记30表示的阵列包括多个rx行，每个rx行具有多个接收元件32，多个tx列，每个tx列具有多个发射元件34，其均布置在两个tx元件的多行中。

在该改进的实施例中，天线阵列配置通过修改tx和rx元件的位置和配置来解决所有上述问题。为了提高天线的仰角分辨率，修改了tx-rx元件的比例和位置。

在一个示例实施例中，使用了48个tx和48个rx元件。使用两个rx行(每个具有24个元件)和四个tx列(每侧两个)来创建图9所示的虚拟阵列。虚拟阵列(总体上以标记120表示)包括多个虚拟天线元件122。该虚拟阵列展现更大的垂直(即仰角)比例。注意，在该实施例中，阵列使用λ的水平rx距离和λ/2的水平tx距离。虚拟阵列已满，并且大小为24x96。

注意，这种情况下的方位角分辨率降低了，但是由于tx天线复用而引起的方位角旁瓣数量减少了一个(即，单侧列的数量减去一)。

在另一个改进的实施例中，使用天线阵列形状，其试图通过增加tx元件之间的分离来改善元件之间的隔离。图10示出了说明基于两个rx行和四个tx列的示例mimo虚拟雷达天线阵列的图，其中在tx元件之间增加了分离。总体上以130表示的天线阵列包括多个rx行，每个rx行具有多个接收元件132，多个tx列，每个tx列具有多个发射元件134，其均布置在两个tx元件的多行中。

注意，尽管图8的天线阵列已满，但是tx元件之间的距离相对较小(λ/2)，这导致tx发射器之间的隔离问题。通过将tx列之间的水平距离修改为3λ/2，可以大大提高隔离。

图11中示出了说明图10所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图。虚拟阵列(总体上以140表示)包括多个虚拟天线元件142。但是，在虚拟阵列的边缘中创建了两个垂直间隙144、146。

根据本发明的特定实施方式，(1)可以丢弃阵列的侧面以去除间隙，或者(2)可以简单地忽略间隙。在图12中示出了说明图10的示例天线阵列的时域仿真的图，其中曲线150具有间隙(即，间隙被忽略)而曲线152具有去除的间隙。在图13中示出了说明图10的示例天线阵列的频域仿真的图，其中曲线156具有间隙(即，间隙被忽略)而曲线154具有去除的间隙。从仿真中可以看出，虚拟阵列的侧边缘中的间隙的影响并不明显，并且在许多情况下不需要特殊的处理。相关的汉明窗代码示例如下：win1＝hamming(94)；win2＝hamming(98)；win2([2(end-1)])＝0；wvtool(win1，win2)。

在一个实施例中，为了进一步改善tx和tx元件之间的隔离，将距离小于特定值的虚拟元件丢弃，从而在虚拟阵列中创建间隙，并且为全阵列创建与初始矩形相反的更圆形的虚拟阵列形状。在图14中示出了说明在丢弃近角元件之后的第一示例虚拟阵列的图。使用3λ的最小tx-rx距离，在丢弃近角元件之后示出了示例虚拟阵列。注意，尽管有新的间隙，但要求虚拟阵列不需要的特殊处理。图15示出了示例有效仰角-方位角窗口的图。

在另一个实施例中，通过使用行和列的圆形移位使rx行和tx列分开一定距离(即，交错、偏斜、偏移等)来实现改善的天线元件分离。图16示出了说明具有偏斜或交错的行和列的示例天线阵列的图。总体上以160表示的天线阵列包括多个rx行，每个rx行具有多个接收元件162，多个tx列，每个tx列具有多个发射元件164，其均布置在两个tx元件的多行中。图17示出了说明图16所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图。

注意，由于天线元件的物理大小，不可能将行和列放置在全阵列对称rx-tx图案中，而不在虚拟阵列的中心创建间隙。

为了在最小化阵列中心的间隙大小的同时克服该问题，在一个实施例中，行和列沿其主轴移位(即，偏斜、交错或偏移)。在一个示例天线阵列中，每一列沿着它们各自的主轴移位3λ/2并且每一行沿着它们各自的主轴移位3λ/2。这创建了总体上以170表示的虚拟阵列，其包括多个虚拟元件172，这些虚拟元件在边缘具有间隙176并且在阵列图案的通风口中具有间隙176。

该阵列减小了天线的整体大小，该天线实现了紧凑的大小和低旁瓣电平(sll)。该配置还允许相对简单的物理天线布局，其中元件彼此不重叠。例如，考虑贴片天线元件，可以通过垂直组合几个贴片来使用接收阵列中的高增益元件。可以通过进一步偏斜发射器阵列并释放更多空间来增加接收器元件的大小。该阵列设计提供了一般的框架阵列设计原理，其中设计者选择发射器阵列的垂直和/或水平偏斜因子以及接收器阵列的水平和/或垂直偏斜因子。

偏斜因子是对称边缘(即上行和下行，左列和右列)平移(即移位、偏斜或移动)的移位大小。例如，图10所示的接收器阵列的偏斜因子d(以米为单位)意味着上rx行向左移位了接收偏斜因子距离drx，而下rx行向右移位(相反方向)了偏斜因子drx。左tx列向下移位发射偏斜因子距离dtx，而右tx列向上移位(相反方向)偏斜因子dtx。偏斜因子drx和dtx可以为正或负，并且行和列通常不同，但可以相同。在一个实施例中，发射偏斜因子dtx是物理阵列中发射元件之间距离的一半的整数倍，而接收偏斜因子drx是物理阵列中接收元件之间距离的一半的整数倍。例如，如果接收元件之间的距离为1λ，则drx为λ/2的倍数。为了获得均匀的虚拟阵列，在每个元件之间(间隙除外)之间的距离恒定是优选的。

通常，天线框架阵列中的上行和下行以及左列和右列围绕中心点169沿箭头168的方向以圆形图案偏斜。换句话说，上行向左移位，左列向下移位，下行向右移位，右列向上移位。注意，在图16所示的示例实施例中，偏斜是沿逆时针方向执行的。替代地，可以使阵列沿顺时针方向偏斜。

注意，在替代实施例中，上rx行可以向右移位，而下rx行可以向左移位。此外，左tx列可以向上移位，而右tx列可以向下移位。

在示例实施例中，物理天线框架阵列的接收和发射偏斜因子是drx＝8λ/2和dtx＝3(3λ/2)/2。上行和下行中的接收物理元件的水平间距为λ。左列和右列中的发射物理元件的垂直间距为3λ/2。取决于特定的实施方式，其他间距也是可能的。在另一个实施例中，tx和rx物理间距是互质的，但是，本发明不限于该间距。

图18示出了说明用于3λ的最小tx-rx虚拟元件距离(两个轴上的汉明窗)的示例有效窗口函数的图。图19示出了说明图16的天线阵列的示例方位角窗口的图。图20示出了说明图16的天线阵列的示例仰角窗口的图。该曲线图指示了方位角和仰角中的旁瓣电平约为-30db。

注意，可以在图18、19、20中看到虚拟阵列中间隙的影响。在此示例中，所选的多普勒并不完全在fft网格上，因此也存在向下-30db的方位角旁瓣。如下的表1示出了，理想的情况下窗口属性是行和列的移位的函数。注意，rx行水平移位，tx列垂直移位。另外，hmin表示接收器和发射器之间的最小水平距离，而vmin表示接收器和发射器之间的最小垂直距离。还要注意，rx元件之间的距离是λ(即水平)，tx元件之间的距离是1.5λ(即水平和垂直)。虚拟元件的最小rx-tx距离为3λ。

表1：方位角旁瓣电平(asl)和仰角旁瓣电平(esl)作为理想的基于汉明窗口的移位的函数

在另一个实施例中，增加天线阵列中的tx列之间的距离。图21示出了说明示例天线阵列的图，该示例天线阵列具有偏斜的或交错的行和列，其在tx列之间具有增加的距离。总体上以180表示的天线阵列包括多个rx行，每个rx行具有多个接收元件182，多个tx列，每个tx列具有多个发射元件184，其均布置在两个tx元件的多行中。图22示出了说明图21所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图。总体上以190表示的虚拟阵列包括多个虚拟元件192，其在边缘具有间隙196、198，在阵列图案的中心具有间隙194。

图23示出了说明在丢弃近角元件之后的第二示例虚拟阵列的图。图24示出了说明图21的天线阵列的示例方位角窗口的图。如图所示，第一方位角旁瓣向下超过-27db。图25示出了说明图21的天线阵列的示例仰角窗口的图。如图所示，第一仰角旁瓣向下约-30db。

在下面的表2中呈现旁瓣电平是2.5λ的tx列水平距离(最小rx-tx距离3λ)的理想的基于汉明窗口的移位的函数。注意，rx行水平移位，tx列垂直移位。另外，hmin表示接收器和发射器之间的最小水平距离，而vmin表示接收器和发射器之间的最小垂直距离。

表2：旁瓣电平(sl)是2.5λ的tx列水平距离(最小rx-tx距离3λ)的理想的基于汉明窗口的移位的函数

在一个实施例中，如图16所示，交错天线阵列中的tx和rx元件重叠以节省空间。由于这种布置，在框架的拐角处存在与rx天线非常接近的tx天线。这些tx和rx元件被称为边缘元件。边缘tx天线在框架的拐角处靠近rx天线。因此，当从边缘tx天线发射时，最近的rx天线将接收到相对强的信号，并且rx链(例如，lna、adc等)将可能饱和。这意味着最终的雷达数据将被破坏，并且无法用于虚拟阵列。

作为该问题的解决方案，在本发明的一个实施例中，将用于受影响的rx信道的adc的数据输出替换为零，从而消隐数据。然而，重要的是，由于波束成形是在虚拟阵列上执行的，因此这会对虚拟阵列产生影响。但是，将数据消隐应用于虚拟阵列不会造成重大损失，因为仅当从边缘tx天线进行发射并从边缘rx天线进行接收(即虚拟阵列的四个角)时，阵列才会受到影响(即数据丢失)。受影响的tx和rx天线元件的示例在图16中示出，其中在阵列的拐角处的圆形166内的元件是被消隐的那些元件。在图17中示出了在虚拟阵列拐角处的圆形178内受消隐影响的虚拟天线元件。

此外，由于在执行方位角和仰角的fft之前执行了开窗，所以虚拟阵列受消隐的影响不会很大。在开窗期间，数据乘以二维窗口，该二维窗口的作用是由于加权而减弱窗口边缘处的数据。

对边缘天线元件处的数据进行消隐允许tx/rx天线元件的重叠，因此消除了对间隙填充物的需求。因此，在交换在虚拟阵列的拐角处的一些较小的数据丢失时，交错的天线阵列在虚拟阵列的中心导致相对较小的孔，从而消除了对于间隙填充物的需求。阵列中心的小孔可以忽略，雷达数据处理可以在不代表孔的情况下进行任何修改。替代地，可以填充孔并相应地修改雷达数据处理。在本文提出的实施例中，边缘处的孔和间隙被忽略。

在另一个实施例中，除了以上技术之外，构成发射器阵列的元件可以逐行水平地交错，其中，所述发射器阵列由在框架阵列的每个边缘上的几列组成。图26示出了说明示例天线阵列的图，该示例天线阵列具有偏斜的或交错的rx行和具有附加交错的tx列子行的tx列。总体上以200表示的天线阵列包括多个rx行202，每个rx行202具有多个接收元件201，多个tx列204，每个tx列204具有多个发射元件203，其均布置在两个tx元件的交错子行206中。为了避免与阵列的行混淆，列的行在本文中称为子行。在图27中示出了说明图26所示的天线阵列的所得虚拟阵列的图。总体上以210表示的虚拟阵列包括多个虚拟元件212，其在边缘处具有间隙216，在阵列图案的中心中具有间隙214。

在该实施例中，发射天线阵列列的交错有效地为发射阵列中的每个元件释放了更多空间，从而可以使用具有更多增益的更大元件来改善雷达的整体灵敏度及其在长范围检测小物体的能力。在一个实施例中，在框架阵列的左边缘和右边缘上对称地执行交错，使得每个发射子行的两个边缘之间的距离仍然对应于接收阵列的大小，如常规的(即，非交错的)mimo阵列那样。在此示例中，子行交错以使每个第二发射器子行向右移位。注意，交错(或偏斜)是对称实现的，这意味着对于任何子行，两列中的元件都将以完全相同的方式和相同的方向进行偏斜(移位)。注意，每个子行中的元件可以向左或向右偏斜，也可以保留在中心。替代地，可以根据特定实施方式以任何期望的方式使元件偏斜。如果交错(或偏斜)不是对称地实现的，则这将为所得的虚拟天线阵列添加一个或多个新的孔或间隙。还要注意的是，具有重叠的虚拟天线元件避免了在虚拟阵列的中心具有孔或间隙。

在替代实施例中，除了或代替列的子行的水平交错之外，天线框架阵列的上行和下行中的元件垂直地交错。

图28示出了说明图26的天线阵列的示例方位角窗口的图。如图所示，旁瓣电平向下约-37db。图29示出了说明图26的天线阵列的示例仰角窗口的图。如图所示，旁瓣电平向下约-30db。

注意，对于发射器阵列的奇数倍偏斜因子，执行两个边缘的反对称交错。对于偶数倍偏斜因子，需要对称交错。这意味着对于特定的子行，跨整个子行(即，两列)的元件都相同地偏斜。交错移位优选地是虚拟阵列中的元件之间的距离的整数倍。这创建了仅在虚拟阵列的边界(即边缘)上具有附加间隙的均匀阵列。这种方法允许更高的发射器元件增益，而对旁瓣电平的影响却很小。另外，该技术可以被用来甚至通过引入多个移位来进一步增加天线元件的增益。例如，某些行可以向左移位，而其他行可以向右移位。

注意，列元件的偏斜因子是虚拟框架阵列的列中虚拟元件之间距离的一半的整数倍。类似地，行元件的偏斜因子是虚拟框架阵列的行中虚拟元件之间距离的一半的整数倍。

还要注意，关于在本文描述的实施例中的物理天线框架阵列，行中的天线元件包括接收天线元件，而列中包括发射天线元件。然而，应当理解，可以切换发射和接收元件，从而行包括发射天线元件，而列包括接收天线元件。因此，发射和接收元件是可互换的。

下文描述的天线框架阵列实施例是在tdmmimo系统的背景下描述的。然而，本发明不限于这样的系统，然而，可以使用任何期望的机制来获得发射波形的正交性，例如，tdmmimo、非tdmmimo、pmcw、fdm、空间编码等。

还要注意，本发明的偏斜机构不限于本文公开的矩形框架阵列，并且可以应用于具有任何期望形状的天线阵列，例如，正方形、圆形、椭圆形、六边形、八边形等。

有效地“关联”用于实现相同功能的组件的任何布置，从而实现所需的功能。因此，本文中组合以实现特定功能的任何两个组件可以被视为彼此“关联”，从而实现期望的功能，而与架构或中间组件无关。同样地，如此关联的任何两个组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，上述操作之间的边界仅是示例性的。可以将多个操作组合成单个操作，可以将单个操作分布在附加操作中，并且可以在时间上至少部分重叠地执行操作。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在各种其他实施例中可以改变操作的顺序。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。

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所附权利要求书中的所有装置或步骤加上功能要素的相应结构、材料、作用和等同物旨在包括用于与具体要求保护的其他要求保护的要素组合地执行功能的任何结构、材料或作用。已经出于说明和描述的目的给出了本发明的描述，但并不意图是穷举的或将本发明限制为所公开的形式。由于本领域技术人员将容易想到许多修改和改变，因此本发明不意图限于在此描述的有限数量的实施例。因此，将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可诉诸所有适当的变型、修改和等同形式。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解本发明的各种实施例，这些实施例具有适合于预期的特定用途的各种修改。