具有透镜或用作透镜的无源元件的天线装置的制作方法

专利名称：具有透镜或用作透镜的无源元件的天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线装置，所述天线装置形成具有利用透镜或用作 透镜的无源元件自由设定的辐射方向的波束，在辐射方向上辐射波束并接 收由目标反射回的波束以检测目标的方位角。
背景技术：
天线装置用于辐射电磁波束，并且在预定的扫描角范围内扫描该波 束。此外，此装置接收由目标反射回的波束以检测目标的方位角。
例如，众所周知的具有用作导波通道的罗特曼透镜(Rotmanlens) 图案的罗特曼透镜被用于天线装置。在这种透镜中，由发射信号感应的电 磁波类比(in analog)分布以形成朝向辐射方向的波束，入射波束中的电磁 波类比^L此合成以产生表示波束入射方向的接收信号。
此罗特曼透镜具有通道图案、布置在透镜一侧的多个天线端口以及 布置在透镜另一侧的多个波束端口。响应于发射信号，通过/^耦合在一个 指定的波束端口上感应出电磁波，所感应的波通过具有不同长度的各个通 道而分布到天线端口。因此，在天线端口上的各组波具有彼此不同的相应 相位。响应于在天线端口上的这些波，具有与各个天线端口相连接的天线 单元的阵列天线形成发射波束。此波束由具有相位差的多组电磁波组成。 然后，阵列天线在对应于这些相位差的辐射方向上辐射此波束。
因此，每个波束端口对应于波束的一个辐射方向，并且天线装置可 以在对应于波束端口的任意辐射方向上辐射波束。
天线装置在波束接收块中还具有接收天线阵列和罗特曼透镜。此透 镜具有天线端口和波束端口 。当入射波A^A射方向到i^天线阵列时， 此阵列的天线单元在天线表面上接收组成此波束的各组电磁波。在天线单 元上的各组电磁波具有对应于入射方向的相位差。然后，响应于此波束， 通it^耦合在罗特曼透镜的天线端口上感应出具有这些相位差的各组电 磁波，并对应于相位差，通过具有不同长度的各个通道将所述各组电磁波发射出去，以使得在一个^LJ^端口上有相同的相位。也就是说，感应出的 一组波在波束端口上彼此合成，并且从在波束端口上合成的波产生接收信 号。由于组成波束的各组波的相位差对应于入射方向，因此透镜的每个波 束端口对应于波束的一个输入方向。因此，天线装置可以接收来自对应于 波束端口的任意入射方向的波束。
因此，天线装置可以从接收信号中检测目标的方位角，其中接收信 号从来自对应于波束端口的任意方向的波束产生。
天线装置以代表辐射方向的扫描角执行波束扫描，以便辐射利用罗 特曼透镜形成的波束，并随时间改变扫描角。扫描角的数目等于波束端口 的数目。因此，扫描角是离散设定的，并且天线装置执行方位角检测，并 离散地改变波束扫描的扫描角。在这种情况下，方位分辨率不合期望地变 低。为了提高此分辨率，需要增加波束端口的数目。但是，罗特曼透镜的 尺寸随波束端口数目而增大，使得难以在提高方位检测的方位分辨率的同 时制造小尺寸天线装置。
为解决这个问题，已公开的日本专利第一次公开2003-152422号提出 了一种天线阵列装置。在特定方向上辐射的波束通常有与辐射方向相关的 电功率的辐射图案。也就^3兌，波束的辐射能量在此特定方向上最大化且 波束在此特定方向周围的方向上也有辐射能量。在此装置中，两个彼此相 邻的波束端口是从罗特曼透镜的多个波束端口中可改变地选择出来的，从 一个选定的波束端口向罗特曼透镜的天线端口发出的电磁波与从另 一个 选定的波束端口向天线端口发出的电磁波相加，并辐射^目加后的波感应 出的发射波束。因此，波束有在与一个选定的波束端口相对应的第一方向
上具有最大辐射能量的辐射图案以及在与另 一个选定的波束端口相对应 的第二方向上具有最大辐射能量的另一种辐射图案。辐射图案的和具有复
合图案，此复合图案在位于第一和第二方向之间的第三方向上具有最大辐 射能量。所以，发射波束基本上在第三方向上辐射。
所以，此传统装置可以i殳置数目多于波束端口数目的扫描角。此外， 此传统装置也可以检测来自数目多于波束端口数目的不同方向的各个接 收波束。因此，可以不增加波束端口数目而提高方位检测的方位分辨率。
然而，此传统装置需要选择控制器和多个选择开关，以便从大量波 束端口中适当地选择两个波束端口。由于波束端口的选择是在与几百 MHz到几十GHz的宽频带中的频率相对应的周期中执行的，难以制M 此操作周期中可操作的具有一致特性的多个开关。所以，制造高精度可操作的传统装置很困难。

发明内容
本发明的一个目的是在适当考虑传统天线阵列装置的缺点的情况 下，提供一种天线装置，所述天线装置利用透镜或具有与透镜的功能相同 的功能的无源元件，在由简单结构自由设定的任意方向上辐射波束。
本发明的另一个目的是提供一种天线装置，所述天线装置利用透镜 或具有与透镜的功能相同的功能的无源元件，以简单结构接收来自任意方 向的波束。
根据本发明的一个方面，通过提供一种包括发射信号产生单元、发 射信号调整单元和波束形成单元的天线装置来实现本发明的目的。产生单 元产生第 一发射信号和第二发射信号。调整单元调整由信号产生单元产生 的第一发射信号以使其具有第一振幅或第一相位，并调整由信号产生单元
产生的第二发射信号以使其具有第二振幅或第二相位。形成单元具有第 一输入部分，其发射具有与第一发射信号的第一振幅或第一相位对应的振 幅或相位的第一电磁波；第二输入部分，其发射具有与第二发射信号的第 二振幅或第二相位对应的振幅或相位的第二电磁波；输出部分，在输出部 分，从第一输入部分发射的第一电磁波具有第一相位差而从第二输入部分
发射的第二电磁波具有第二相位差；以及天线表面，在天线表面上形成由
具有第一相位差和与第一电磁波的电功率对应的电功率的第一部分电磁 波以及具有第二相位差和与第二电磁波的电功率对应的电功率的第二部 分电磁波组成的特定波束，并且从天线表面以特定方向辐射特定波束，所 述特定方向基于第一部分电磁波的电功率和第一相位差以及第二部分电 磁波的电功率和第二相位差。
对于此结构的天线设备，在调整单元中调整发射信号的振幅或相位。 波束形成单元具有透镜或用作透镜的无源元件。在此单元中，第一电磁波 在第 一输入部分产生以具有对应于第 一发射信号的第 一振幅或第 一相位 的振幅或相位，并^c送到输出部分以具有第一相位差。以同样的方式， 第二电磁波在第二输入部分产生以具有对应于第二发射信号的第二振幅 或第二相位的振幅或相位，并被发送到输出部分以具有第二相位差。然后，
波束形成单元从第 一和第二电磁波形成特定波束。此波束由具有第 一相位 差和与第一电磁波的电功率对应的电功率的第一部分电磁波以及具有第二相位差和与第二电磁波的电功率对应的电功率的第二部分电磁波组成。 然后，在特定方向上辐射此特定波束。此方向是以第一部分电磁波的电功 率和第一相位差以及第二部分电磁波的电功率和第二相位差为基础确定的。
由于第二输入部分与第 一输入部分不同，所以第 一相位差与第二相 位差被区分开。在这种情况下，波束中的第一部分电磁波具有以第一方向 为中心的传播方向，波束中的第二部分电磁波具有以不同于第一方向的第 二方向为中心的传播方向。
此外，通itiL射信号调整单元独立地调整第一和第二发射信号的振 幅或相位。当调整第一和第二发射信号的振幅时，波束中的第一部分电磁 波和波束中的第二部分电磁波的振幅比取决于此振幅调整。因此，特定波 束的特定方向可以在第一和第二方向之间可调整地设定。当调整第一和第 二发射信号的相位时，组成波束的电磁波的相位取决于此相位调整。所以， 特定波束的特定方向可以在第一和第二方向之间可调整地设定或在第一 和第二方向之间的方向范围之外可调整地i殳定。
相应地，由于波束形成单元只需要两个电磁波的发射从其开始的输 入部分以形成在特定方，上辐射的特;，束，因此i天，装置可以矛J用透镜
意方向上辐射波束。
根据本发明的另一个方面，通过提供一种包括波束接收单元、复合 信号调整单元和接收信号产生单元的天线装置来实现本发明的目的。接收 单元具有天线表面，在天线表面上接收由具有第一相位差的第一部分电 磁波和具有不同于第一相位差的第二相位差的第二部分电磁波组成的入 射波束；输入部分，其发射具有第一相位差和与波束中的第一部分电磁波 的电功率对应的电功率的第一电磁波以及具有第二相位差和与波束中的
第二部分电磁波的电功率对应的电功率的第二电磁波；第一输出部分，在
第一输出部分，从输入部分发射的第一电磁波具有一种相位，且第一复合 信号从第一电磁波中产生以具有对应于第一电磁波的振幅和相位的第一 振幅和第一相位；第二输出部分，在第二输出部分，从输入部分发射的第 二电磁波具有一种相位，且第二复合信号从第二电磁波中产生以具有对应 于第二电磁波的振幅和相位的第二振幅和第二相位。调整单元调整第 一和 第二复合信号的振幅或相位。产生单元从经复合信号调整单元调整的第一 和第二复合信号中产生提供关于入射波束所来自的目标的信息的接收信号，以检测此目标的信息。
对于此结构的天线装置，波束接收单元由透镜或用作透镜的无源元 件构成。当在天线表面上接收到入射波束时，第一电磁波在输入部分生成 以具有第一相位差和与波束中的具有第一相位差的第一部分电磁波的电 功率对应的电功率，且第 一 电磁波被发送至第 一输出部分以具有相同的相 位。此外，第二电磁波在输入部分生成以具有第二相位差和与波束中的具 有第二相位差的第二部分电磁波的电功率对应的电功率，且第二电磁波被 发送至第二输出部分以具有相同的相位。
然后，在第一输出部分，第一复合信号从第一电磁波中产生以具有 对应于第一电磁波的振幅和相位的第一振幅和第一相位。此外，在第二输
出部分，第二复^fT号从第二电磁波中产生以具有对应于第二电磁波的振 幅和相位的第二振幅和第二相位。
第一复合信号的振幅和相位对应于入射波束中的第一部分电磁波的 振幅和相位，第二复合信号的振幅和相位对应于入射波束中的第二部分电 磁波的振幅和相位。所以，复合ff号的振幅和相位表示波束的入射方向。
然后，调整单元适当地调整复合信号的振幅或相位，而产生单元根 据调整后的复合信号产生具有关于目标信息的接收信号。
由于调整单元适当地调整了复合信号，因此可以获得目标的信息， 比如目标相对于天线装置的速度和距离，其中天线装置在目标的对应于波 束入射方向的方位角上。
相应地，由于天线装置中的输出部分的数目是二，因此天线装置可 以利用透镜或具有与透镜的功能相同的功能的无源元件，以简单结构接收 来自任意方向的波束。


图1是根据本发明的第一实施例的具有天线装置的雷达设备的框
图2是示出了布置在图l示出的雷达设备中的威尔金森(Wilkinson) 功率分配器的结构的图3是示出了通过将波的两个部分彼此合成而获得的波束的辐射图
案的图；图4A是示出了在振幅比为1:0的情况下在第一方向上辐射的波束的
图4B是示出了在振幅比为0:1的情况下在第二方向上辐射的波束的
图4C是示出了在振幅比为0.5 : 0.5的情况下在第一和第二方向之间 的中间方向上辐射的波束的图5是示出了根据第一实施例的变型的环形分配器(Rat-Race divider)的结构的图6是根据第一实施例的另一变型的具有天线装置的雷达设备的框
图7是根据本发明的第二实施例的具有天线装置的雷达设备的框图8是^^据第二实施例的另一变型的具有天线装置的雷达i殳备的框
图9是根据本发明的第三实施例的具有天线装置的雷达设备的框图io是根据第一实施例的另一变型的具有天线装置的雷达设备的框 图；以及
图ll是根据第一实施例的另一变型的具有天线装置的雷达设备的框图。
具体实施例方式
现在将参照附图描述本发明的实施例，其中除非另外指出，否则在 整个说明书中同样的标号表示同样的部分、构件或元件。
第一实施例
将描述布置在雷达设备中的天线装置。图1是根据第一实施例的具 有天线装置的雷达设备的框图。
如图1所示，雷达i殳备l具有天线装置60，用于形成和辐射雷达 波束，并接收来自目标的雷达波束，所述目标向装置60反射辐射波束； 以及目标信息检测单元40。天线装置60具有发射块IO,用于根据发射信号而发射由具有方向性的调频连续波(FMCW)组成的雷达波束，并在预定方向范围内以预定周期改变波束的辐射方向；接收块20，用于接收由目标反射的雷达波束，并根据接收到的波束而产生表示关于目标的信息的接收信号；以及波束控制器30,用于控制发射块10以可调整地设定雷达波束的辐射方向，并在预定周期中改变辐射方向，并控制接收块20以便从接收波束适当地产生接收信号。
目标信息检测单元40向块10提供指令作为发射信号，向控制器30提供指定雷达波束的辐射方向的波束指令，并从块20中产生的接收信号中检测关于目标的信息。
此雷达设备1例如被布置在车辆的前部。当在特定方向上辐射的雷达波束被目标反射并从特定方向返回到装置60时，除了对应于特定方向的目标的特定方位角之外，检测单元40还例如根据接收信号来险测车辆相对目标的iiA和车辆与目标之间的距离。
发射块10具有压控振荡器(VCO) 11，用于响应于检测单元40的指令而产生高频信号；第一分配器12，用于将高频信号的电功率分为第一和第二部分，并从第二部分电功率产生本地信号；第二分配器13,
用于将第一部分电功率等分为两部分，以产生具有相同振幅和相同相位的第一发射信号和第二发射信号；发射信号调整单元14,用于从分配器13接收具有相同振幅和相同相位的发射信号，并独立地放;UL射信号；以及波束形成单元80。
此形成单元80在第一输入部分产生具有与调整单元14中放大的第一发射信号的电功率和相位对应的电功率和相位的第一高频波(即，电磁波)，并将此第一高频波发射至输出部分以使第一高频波具有第一相位差。此外，形成单元80在第二输入部分产生具有与调整单元14中放大的第二发射信号的电功率和相位对应的电功率和相位的第二高频波，并将此第二高频波发射至输出部分以使第二高频波具有第二相位差。形成单元80在天线表面上形成特定波束并在特定方向上辐射此波束。此波束由具有第一相位差和与第一电磁波的电功率对应的电功率的第一部分电磁波以及具有第二相位差和与第二电磁波的电功率对应的电功率的第二部分电磁波组成。波束的特定方向由第 一部分电磁波的第 一相位差和电功率以及第二部分电磁波的第二相位差和电功率确定。
VCO 11的高频信号是调频的以便具有中心频率FO (例如，76GHz )。图2是示出了分配器13的结构的图。如图2所示，分配器13有一对诸如微带线之类的传输线131和132以及电阻性元件133。传输线131和132长度均为A/4。 X代表对应于中心频率FO的高频信号的波长。传输线131的一端和传输线132的一端连接到/>共端子。传输线131和传输线132的另一端分别连接到电阻性元件133的相应端。此外，传输线131的另一端与第一单独端子相连接，传输线132的另一端与第二单独端子相连
接。因此，所谓的威尔金森功率分配器被用作分配器13。
在第二分配器13的/>共端子接收第一分配器12中的第一部分电功率，而第二分配器13的发射信号通it^目应的单独端子发射到调整单元14。
调整单元14具有第一可变放大器14a和第二可变放大器14b。可变放大器14a根据控制器30的指令设定第一可变放大因子(即，第一可变增益)，并按此因子来放大第一发射信号以产生具有第一振幅的第一发射信号。可变放大器14b根据控制器30的指令设定第二可变放大因子(即，第二可变增益)，并按此因子iML大第二发射信号以产生具有第二振幅的第二发射信号。第一放大因子和第二放大因子的比率是可改变地设定的。
分别连接分配器13的单独端子与放大器14a和14b的两传输线具有相同的长度。因此，放大器14a和14b可以接收具有相同振幅和相位的发射信号'
形成单元80具有罗特曼透镜15,其具有两个传输波束端口 BP( BP1和BP2)以及多个天线端口 AP (例如，四个天线端口 AP1、 AP2、 AP3和AP4);以及传输阵列天线16，其具有与各个天线端口 AP相连接的多个天线单元(例如，四个天线单元)。罗特曼透镜15是用作透镜的无源元件。波束端口 BP (即，输入部分)位于透镜15的一侧并且以预定间隔彼此隔开。天线端口 AP(即，输出部分)位于透镜15的另一侧并且以预定间隔彼此隔开。各个波束端口 BP以不同间隔通itit镜15的导波通道与天线端口 AP隔开。阵列天线16的天线单元在天线表面AN1上等间隔排成一行。
响应于放大器14a中放大的第一发射信号，由于波束端口 BP1和放大器14a的馈线之间的磁耦合，罗特曼透镜15在波束端口 BP1上感应或产生具有对应于第一发射信号的振幅和相位的相同振幅和相位的高频波，并通过具有不同长度的导波通道将此高频波的电功率分布至天线端口AP。因此，透镜15在各个天线端口 AP上形成具有第一相位差的高频波。响应于天线端口 AP的高频波，由于每个天线端口和对应的天线单元之间的>^耦合，阵列天线16在各个天线单元上产生辐射信号，并由辐射信号 形成第一电磁波束。
第一波束的波在天线16的天线表面AN1上具有第一相位差，且具有 与所述高频波的电功率对应的电功率，但是所述波沿相对于天线表面AN1 倾斜的第一方向具有相同的相位。因此，天线16可以响应于第一放;^ 射信号而在第一方向上(或以相对天线表面AN1的第一角度)辐射第一 波束。
以相同的方式，响应于放大器14b中放大的第二发射信号，罗特曼 透镜15在波束端口 BP2上感应或产生具有对应于第二发射信号的振幅和 相位的相同振幅和相位的高频波，并将所述高频波的电功率分配至天线端 口 AP，以在各个天线端口 AP上形成具有第二相位差的高频波。响应于 天线端口AP的高频波，阵列天线16形成第二电磁波束。
第二波束的波在天线16的天线表面AN1上具有第二相位差，且具有 与所述高频波的电功率对应的电功率，但是所述波沿相对于天线表面AN1 倾斜的第二方向具有相同的相位。因此，天线16可以响应于第二放a
射信号而在第二方向上(或以相对天线表面AN1的第二角度)辐射第二 波束。
在罗特曼透镜15中接收到具有相同相位的第一和第二发射信号的情 况下，透镜15在各个天线端口 AP将从第一发射信号产生的高频波和从 第二发射信号产生的高频波合成。响应于天线单元中合成的高频波，阵列 天线16在天线表面AN1上形成特定波束，并在特定方向上(或以相对于 天线表面AN1的特定角度)将此波束从天线表面AN1上辐射。所述特定 波束具有第一部分电磁波和第二部分电磁波。第一部分波在天线表面AN1 上具有第一相位差和与从第一发射信号产生的高频波的电功率对应的电 功率。第二部分波在天线表面AN1上具有第二相位差和与从第二发射信 号产生的高频波的电功率对应的电功率。
图3是示出了通过将第一和第二部分波彼此合成而获得的波束的辐 射图案的图。如图3所示，第一部分波(即，第一波束)和第二部分波(即， 第二波束)的每一个都具有相对于辐射方向的电功率辐射图案。第一部分 波在第一方向上有最高电功率，第二部分波在第二方向上有最高电功率。 通过将第一和第二部分波彼此合成而获得的特定波束在位于第一和第二 方向之间的特定方向上有最高电功率。因此，在第一和第二方向之间的特 定方向上辐射特定波束。此特定方向取决于第一部分和第二部分的功率比。
第一部分波的电功率取决于第一放;UC射信号的电功率，第二部分 波的电功率取决于第二放;U1射信号的电功率。因此，特定方向由对应于 第一方向的第一相位差、对应于第二方向的第二相位差以及第一放;kJL射 信号与第二放;UC射信号的电功率比(即，第一放大系数和第二放大系数
的比率)(或振幅比)限定。
接收块20具有波束接收单元81，用于接收来自特定方向上的从块 10辐射并从目标反射回的波束，并根据接收波束来产生第一复合信号和 第二复+(t号；复合信号调整单元23,用于适当M大复合信号；功率 合成器(或接收信号产生单元)24,用于合成在调整单元23中放大的复 合信号以产生指示关于目标的信息的接收信号；以及混频器25，用于将 接收信号与发射块10的第一分配器12的M信号混合以产生拍频信号。
接收单元81具有接收阵列天线21和代表用作透镜的无源元件的罗 特曼透镜22。阵列天线21具有分别接收波束的电磁波的多个天线单元(例 如，四个天线单元)。这些天线单元在天线表面AN2上等间隔拍成一行。 罗特曼透镜22有两个接收波束端口 BP (BP3和BP4)和与阵列天线21 的天线单元相连接的多个天线端口 AP (例如，四个天线端口 AP5、 AP6、 AP7和AP8 )。波束端口 BP3和BP4 (即，输出部分)位于透镜22的一 侧并且以预定间隔彼此隔开。天线端口 AP5至AP8 (即，输入部分)位 于透镜22的另一侧并且以预定间隔彼此隔开。各个波束端口 BP以不同 间隔通itit镜22的导波通道与天线端口 AP隔开。
阵列天线21接收来自特定方向(或相对于天线表面AN2的特定角度) 的波束。此波束具有在天线表面AN2上具有第一相位差的第一部分电磁 波和在天线表面AN2上具有第二相位差的第二部分电磁波。第一相位差 对应于第一方向。第二相位差对应于第二方向。响应于波束中包含的第一 部分波，罗特曼透镜22在天线端口 AP上感应或产生具有第一相位差和 与第一部分波对应的电功率的第一高频波。此外，响应于波束中包含的第 二部分波，罗特曼透镜22在天线端口 AP上感应或产生具有第二相位差 和与第二部分波对应的电功率的第二高频波。罗特曼透镜22将天线端口
AP的第一高频波发送至波束端口 BP3，以便在波束端口 BP3上产生具有 相同相位的第一高频波，并且在波束端口 BP3上产生第一复合信号。因 此，第一复合信号具有与第一高频波的相位相同的相位并具有第一高频波 的电功率，因而第一复^f号的电功率和相位对应于第一部分波的电功率和相位。以同样的方式，罗特曼透镜22将天线端口 AP的第二高频波发 送至波束端口 BP4,以便在波束端口 BP4上产生具有相同相位的第二高 频波，并且在波束端口 BP4上产生第二复合信号。因此，第二复+ft号 具有与第二高频波的相位相同的相位并具有第二高频波的电功率，因而第
二复合信号的电功率和相位对应于第二部分波的电功率和相位。
第一部分波与第二部分波的振幅比对应于接收波束的特定方向，因 而第一复合信号与第二复合信号的振幅比表示接收波束的特定方向。因为 接收波束是M射块IO中的具有相同相位的发射信号产生的，所以复合 信号具有相同的相位。
调整单元23具有第一可变放大器23a，连接到波束端口 BP3;以 及第二可变放大器23b，连接到波束端口 BP4。放大器23a根据控制器30 的第一接收控制信号设定第三可变放大因子(即，第三增益)，并按第三 可变放大因子来故大第一复合信号。放大器23b根据控制器30的第二接 收控制信号设定第四可变放大因子(即，第四增益)，并按第四可变放大
因子iMt大第二复^r号。
合成器24具有与图2中所示的第二分配器13的结构相同的结构。 合成器24在各个单独端子上接M大的复^fT号，通it^公共端子上将 复^ft号彼此合成而产生接收信号，并从公共端子输出所述接收信号。分 别连#成器24的单独端子与放大器23a和23b的两个传输线具有相同 的长度，因此，放大器23a和23b中接收的复^ft号具有相同的相位。
控制器30具有温度传感器31，用于检测雷达设备l的环境温度； 图存储单元32，用于存储发射调整图、接收调整图、发射修正图和接收 修正图；以及调^i更定单元33。发射调整图表示M射块10辐射的波束 的方向与表示放大器14a和14b的增益的发射调整之间的关系。接收调整 图表示接收块20中接收的波束的方向与表示放大器23a和23b的增益的 接收调整之间的关系。发射修正图表示环境温度与发射调整的修正之间的 关系。接收修正图表示环境温度和接收调整的修正之间的关系。调整设定 单元33根据单元40的指令、传感器31检测的环境温度以及单元32的图 来设定表示放大器14a、 14b、 23a和23b的增益的调整指令，并将所述调 整指令输出到块10的相应放大器14a和14b,将其他调整指令输出到块 20的相应放大器23a和23b。
因此，放大器14a和14b根据调整指令放;^射信号，而放大器23a 和23b根据调整指令适当地故大复合信号。例如，控制器30控制放大器14a和14b,以使得放;kJL射信号的总电功率为恒定值。
为了在特定方向上辐射特定波束，需要将在放大器14a中放大的第 一发射信号与在放大器14b中放大的第二发射信号的振幅比设定为特定 值.发射调整图是通过实验性地确定在多个方向中的每个方向上辐射波束 所要求的比率而生成的。以同样的方式，为了在放大器23a和23b中适当 M大复^ft号，通过实验性地确定放大器23a中放大的第一复^度号与 放大器23b中放大的笫二复合信号的振幅比来生成接收调整图。
例如，基于发射调整图在放大器14a和14b中设定第一和第二可变 放大因子，以使得M大器14a输出的电功率与M大器14b输出的电功 率的比率在每个扫描周期内依次设定为1:0， 0.9:0.1， 0.81:0.19， 0.5:0.5 和O:l。
图4A是示出了在振幅比为1:0的情况下在第一方向上辐射的波束的 图，图4B是示出了在振幅比为0:1的情况下在第二方向上辐射的波束的 图，图4C是示出了在振暢比为0.5:0.5的情况下在第一和笫二方向之间的 中间方向上辐射的波束的图.
例如，如图4A所示，当调整单元14中的振幅比设定为1:0时，阵 列天线16在第一方向上辐射波束。如图4B所示，当振幅比"^殳定为0:1时， 阵列天线16在笫二方向上辐射波束。当振幅比不同于1:0和0:1时，波 束的特定方向不同于第一和第二方向。如图4C中所示，当振幅比设定为 0.5:0.5时，波束的特定方向与第一和第二方向之间的中间方向一致。
罗特曼透镜15和罗特曼透镜22每个都具有随温度变化的特性。例 如，波束端口 BP1 (或BP3 )与BP2 (或BP4 )之间的距离随温度变化。 因此，控制器30以环境温度为^J^修正调整图的调整，以补偿罗特曼透 镜15的实际特性与罗特曼透镜15的设计特性之间的差异，以及补偿罗特 曼透镜22的实际特性与罗特曼透镜22的设计特性之间的差异。在本实施 例中，例如，根据传感器31中检测到的环境温度来确定修正值或修正因 子作为发射调整的修正，通过将4务正值加到调整上或通过将调整与修正因 子相乘来修正基于发射波束方向确定的发射调整.
目标信息检测单元40由众所周知的微型计算机构成，所述微型计算 机具有包括数字信号处理器(DSP)的中央处理单元(CPU)、用于存储 用于信息检测的软件程序的只读存储器(ROM )、随MM储器(RAM) 和模数(A/D)转换器。单元40向控制器30的单元33提供波束指令。此指令指定在预定范围内的随时间改变的波束辐射方向。单元40向块10 的VCO 11提供发射指令作为发射信号。此指令表示波束发射时间周期。 单元40每采样时间周期在A/D转换器中检测从混频器25输出的拍频信 号的拍频率以获得采样数据。这些采样数据一次性存储在RAM中，DSP 对采样数据执行快速傅立叶变换(FFT)。
将描述雷达i更备l的IMt。
当单元40向发射块11发i!Ul射指令并向控制器30的单元33发送波 束指令时，在VCO 11中每辐射时间周期间歇地产生调频高频信号。众所 周知，通过利用从直流电流源(未示出)输出的受控电压进，制，来以 调频宽JLAF对频率F0的载波进行三角波调制。因此，产生具有在F0:tAF 范围内的可变频率(即，在A^范围内的可变波长)的调制波作为高频 信号。本地信号在分配器12中从该信号产生并输出至接收块20的混频器 25。在分配器13中从该高频信号产生第一和第二发射信号。在调整单元 14的放大器14a和14b中接收这些具有相同振幅和相位的发射信号。
在这种情况下，即使第一发射信号的一部分电功率从放大器14a返 回至分配器13，分配器13的电阻性元件133也基本上阻止返回的功率被 发送至放大器14b。更具体地，如图2所示，第一返回信号通过传输线131 和132从放大器14a发送至放大器14b，第二返回信号通过电阻性元件133 从放大器14a发送至放大器14b。返回信号的相位在放大器14b处而彼此 差别波长入的一半。因此，返回信号基本上被抵消，从而不向放大器14b 提供信号电功率。返回信号的功率被消耗在电阻性元件133中。以同样的 方式，即使第二发射信号的一部分电功率M大器14b返回至分配器13， 分配器13的电阻性元件133也基本上阻止返回的功率仗良送至放大器 14a。因此，具有元件133的分配器13可以加强放大器14a和14b之间的 隔离，而具有元件133的合成器24可以加强放大器23a和23b之间的隔 离。
在控制器30中，响应于波束指令，调整指令从设定单元33发送至 各个放大器14a和14b，且根据调整指令在放大器14a和14b中分别放大 发射信号。在该放大中，在放大器14a中放大的第一发射信号与在放大器 14b中放大的第二发射信号的振幅比在远长于辐射周期的每扫描时间周 期内随时间在预定比率范围内变化。
在罗特曼透镜15的波束端口 BP1和BP2接收到具有相同相位的放 ;UL射信号。在罗特曼透镜15中，在天线端口 AP上从第一放;UL射信号中产生具有第一相位差的第一高频波，在天线端口 AP上从第二放a
射信号中产生具有第二相位差的第二高频波，在每个天线端口 AP上将第 一和第二高频波彼此合成。在阵列天线16中，从天线端口 AP的合成高
频波中形成特定的电磁波波束。
此特定波束由在天线表面AN1上具有第一相位差并具有与第一放大
发射信号的电功率对应的电功率的第一部分电磁波以及在天线表面AN1 上具有第二相位差并具有与第二放大发射信号的电功率对应的电功率的
第二部分电磁波组成。换言之，第一部分电磁波具有以对应于第一相位差 的第一方向为中心的传播方向，而第二部分电磁波具有以对应于第二相位 差的第二方向为中心的传播方向。因此，此特定波束在位于第一和第二辐
射方向之间的特定方向上辐射。由于调整单元14中的振幅比随时间变化， 因此波束的辐射方向也随时间变化。因此，雷达设备l执行波束扫描。
当阵列天线16在特定方向上辐射的波束被目标>^射并返回至天线装 置60时，阵列天线21在各个天线单元上接收来自特定方向上的波束的电 磁波。响应于天线21上的波束接收，罗特曼透镜22在波束端口 23a上产 生第一复务fT号，在波束端口 23b上产生笫二复^fT号。
第一复合信号和第二复合信号的振幅比取决于接收波束所来自的方 向。例如，当接收波束来自第一方向时，振幅比为1:0，当接收波束来自 第二方向时，振幅比为0:1。当振幅比不同于1:0和0:1时，接收波束来 自的方向不同于第一和第二方向。
此外，响应于检测单元40的波束指令，表示放大因子的调整指令从 设定单元33发送至各个放大器23a和23b，根据此调整指令分别在放大 器23a和23b中放大复合信号。由于从块10中辐射的波束的方向由检测 单元40指定，因此单元40已知复合信号的放大比率，并且复合信号例如 在单元40的控制下被放大以具有相同的振幅或具有比阈值高的电功率。 在这种情况下，目标的信息可在单元40中充分地被检测到。
然后，复合信号在合成器24中合成以产生具有目标信息的接收信号， 且接收信号在混频器25中与分配器12的本地信号混合以产生拍频信号。 除了目标的对应于特定方向的特定方位角，检测单元40还从拍频信号中 检测设备1相对于目标的iUL和设备1与目标之间的距离。
如上所述，由于发射信号的振幅比是在控制器30的控制下在放大器 14a和14b中可改变地设定的，因此可以在罗特曼透镜15中可改变地调整^UL射块10中辐射的波束的方向。此外，由于从接收波束形成的复合 信号的振幅是在控制器30的控制下在放大器23a和23b中适当地设定的， 因此接收块20可以调整接收信号，以使得单元40从接收信号中适当, 测关于目标的信息。
因此，当阵列天线16在由单元40指定的特定方向上辐射的波束被 目标反射时，检测单元40可以获得目标的对应于特定方向的方位角，设 备1相对于目标的速度和设备1与目标之间的距离。
相应地，由于天线装置60在发射块10中具有只有两个波束端口 BP1 和BP2的罗特曼透镜15以及与波束端口相连接的两个放大器14a和14b，
不采用任何高频开关的简单结构被制造，且天线装置60可以被自由设定 以形成在第一和第二方向之间的任意方向上辐射的波束。
此外，天线装置60在接收块20中具有只有两个波束端口 BP3和BP4 的罗特曼透镜22以及与波束端口相连接的两个放大器23a和23b。因此，
结构被制造，以适当地接收来自第一和第二方向之间的任意方向上的波 束，并在单元40中>^接收波束中适当#测关于目标的信息。
而且，放大器14a、 14b、 23a和23b中的每一个的放大是根据雷达 设备l的环境温度来调整的。因此，天线装置60可以高精度地设^JL射 波束的辐射方向，且天线装置60可以高精度地检测接收波束的入射方 向，从而提高目标的方位角的检测精度。
在本实施例中，当雷达设备1例如安放在车辆上时，雷达设备1可 以在任意水平和竖直平面内改变发射波束的辐射方向。为了在水平平面内 改变波束的辐射方向，阵列天线16的天线单元沿水平方向拍成一行，且 阵列天线21的天线单元也沿水平方向拍成一行。相反，当雷达设备1竖 直地改变波束的辐射方向时，阵列天线16的天线单元沿竖直方向拍成一 行，且阵列天线21的天线单元也沿竖直方向拍成一行。
当雷达设备l固定到车辆上以使得阵列天线16的天线单元沿竖直方 向排成一行时，天线16的天线表面有时相对于竖直平面倾斜。在这种情 况下，波束相对于天线表面的辐射角不合期望地与波W目对于竖直平面的 辐射角不同。为了避免这个问题，以与车辆的前照灯的光轴的调整操作相 同的方式，通过使用三个螺钉将设备l固定到车辆上，且螺钉的紧固力一
22般通过手调以将天线表面精确地置于竖直平面中。此调整^MtM烦的。 但是，在本实施例中，由于放大器的增益可以任意调整，因此波W目对于 天线表面的辐射方向可以容易地改变而不必通过手调螺钉。结果，雷达i殳 备i可以适当地改变波束的辐射方向以改进设备i的性能。
在本实施例中，罗特曼透镜15和22中的每一个都有两个波束端口 BP。但是，每个罗特曼透镜可以有三个或更多波束端口。在这种情况下， 波束端口与调整单元14或23中的相应放大器相连接。
此外，图2所示的威尔金森功率分配器或合成器被用作分配器13和 合成器24中的每一种。但是，图5所示的环形功率分配器或合成器也可 以用作分配器13和合束器24中的每一种。如图5所示，环形功率分配器 或合成器包括四个传输线231、 232、 233和234以及一个电阻性元件235。 传输线231位于公共端子和第一单独端子之间，传输线232位于公共端子 和第二单独端子之间。传输线233位于第二单独端子和元件235的一端之 间，传输线234位于笫一单独端子和元件235的所述端之间。元件235的 另一端接地。传输线231至233有相同的长度A/4，且传输线234长度为 3A/4。因此，发送到调整单元14的第一和第二发射信号具有相同的幅度 和相位。此外，经过传输线231和232的在两单独端子之间的第一路线的 长度与经过传输线233和234的第二路线的长度相差波长X的一半。因此， 即使当第一发射信号的一部分电功率>^故大器14a (或14b)返回至分配 器13时，分配器13的电阻性元件235基本阻止返回功率被发送至放大器 14b (或14a )。
而且，放大器14a和14b中接收的发射信号具有相同的振幅和相同 的相位。然而，放大器14a和14b中接收的发射信号可以具有不同的振幅 或不同的相位。在这种情况下，需要在单元14中执行校准以补偿信号的 不同振幅或不同相位。
此外，单元14中的放大因子被设定为使得放;UL射信号的总电功率 为恒定值。因此，雷达波束的发射功率恒定，且可根据相关的法律和规定 来辐射雷达波束。
另外，调整单元14和23的每一个均具有可变放大器。但是，调整 单元14或23可以具有移相器来代替放大器，或者除放大器之外还具有移 相器。
图6是才艮据第一实施例的第一变型的具有天线装置的雷达设备的框图。如图6所示，雷达设备2与图l所示的雷达设备l的不同之处在于调 整单元14有两个移相器14c和14d来代替放大器，而调整单元23有两个 移相器23c和23d来代替放大器。
对于此结构，发射块10的移相器14c和14d将发射信号的相位移位 以设定信号之间的相位差。因此，阵列天线16在不同于第一和第二方向 的特定方向上辐射波束。此特定方向通过适当设定信号之间的相位差而被 置于第一和第二方向之间的方向范围之外。
此外，当接收块20的阵列天线21接^块10辐射而由目标反射的 波束时，移相器23c和23d接收的复合信号具有对应于调整单元14中设 定的相位差的不同相位。由于控制器30已知复合信号的相位，因此在移 相器23c和23d中将复合信号的相位移位以使复合信号具有相同的相位。 因此，合成器24中产生的接收信号适当地具有关于目标的信息。在这种 情况下，检测单元40可以适当iW^测此信息。
因此，由于调整单元14和23调整接收信号的相位，天线装置60可 以在第一和第二方向之间的特定方向上辐射波束，且可以在位于第一和第 二方向之间的方向范围之夕卜的特定方向上辐射波束。
此外，天线装置60可以通过接j)^Mi殳备60辐射而由目标反射回的 波束来适当地产生表示关于目标的信息的接收信号。
第二实施例
图7是根据本发明的第二实施例的具有天线装置的雷达设备的框图。 如图7所示，雷达设备3与根据第 一 实施例的雷达设备1的不同之处在于 雷达设备3的天线装置61具有发射块110的波束形成单元82来替代单元 80，且具有接收块120的波束接收单元83来替代单元81。
形成单元82具有发射阵列天线17和电介质凸透镜18。天线17具有 连接到相应放大器14a和14b的两个天线单元。透镜18具有第一输A^ 面(即，第一输入部分)18a、第二输入表面(即，第二输入部分)18b 以及用作单元82的输出部分的天线表面AN3。天线17的天线单元被布 置为相对于透镜18的光轴(即，中心轴)彼此对称。这些天线单元沿光 轴面向透镜18的各个输A^面。
接收块120的形成单元83具有电介质凸透镜26;发射阵列天线 27，其具有连接到相应放大器23a和23b的两个天线单元。透镜26包括用作输入部分的天线表面AN4、第一输出表面(即，第一输出部分)26a 以及第二输出表面(即，第二输出部分)26b。天线27的天线单元被布置 为相对于透镜22的光轴(即，中心轴)彼此对称。天线27的天线单元分 别沿光轴面向透镜26的输出表面。
控制器30的图存储单元32具有对应于透镜18和26、透镜18和天 线17之间的位置关系以;5Ut:镜26和天线27之间的位置关系的图。
响应于放大器14a中放大的第一发射信号，天线17中的一个天线单 元产生具有与该信号的振幅和相位相对应的振幅和相位的第一波束电磁 波，并辐射此波束。此波束^UL射至透镜18的第一输A^面。然后，此 波束被透镜18折射并移相。也就是说，此波束的波在透镜18的天线表面 AN3上具有第一相位差。因此，第一波束在对应于第一相位差的第一方 向上辐射。此第一方向相对于透镜18的光轴偏斜。
以同样的方式，响应于放大器14b中放大的第二发射信号，天线17 的另 一个天线单元产生具有与第二发射信号的振幅和相位相对应的振幅 和相位的第二波束电磁波，并辐射此波束。此波束^LiL射至透镜18的第 二输A^面。然后，此波束被透镜18折射并移相。也就是说，此波束的 波在透镜18的天线表面AN3上具有第二相位差。因此，第二波束在对应 于第二相位差的第二方向上辐射。此第二方向相对于透镜18的光轴倾斜。
当第一和第二发射信号以可改变的放大比率在放大器14a和14b中 被放大时，第一波束的电磁波和第二波束的电磁波在透镜18的天线表面 AN3上彼此合成以形成特定波束。此特定波束具有以位于第一和第二方 向之间的特定方向为中心的传播方向。因此，发射块110在特定方向上辐 射此特定波束，同时改变波束的方向。
当来自第一方向的电磁波M透镜26中被接收时，这些波在透镜26 的天线表面AN4上具有第一不同相位。此波束由透镜26折射，同时波的 相位被移位，并且所述波在透镜26的第一输出表面上具有相同的相位。 换句话说，波的接收强度在第一输出表面上被最大化。然后，波>*^镜 26输出。天线27的与放大器23a相连接的天线单元接收此波束，并从此 波束产生第一接收信号。因此，可以从在目标的对应于第一方向的方位角 上的接收信号中检测出关于目标的信息。
以同样的方式，当来自第二方向的电磁波束在透镜26中被接收时， 这些波在透镜26的天线表面AN4上具有第二不同相位。此波束由透镜26折射，同时波的相位被移位，并且所述波在透镜26的第二输出表面上 具有相同的相位。然后，波A^it镜26输出。天线27的与放大器23b 相连接的天线单元接收此波束，并从此波束产生第二接收信号。因此，可 以从在目标的对应于第二方向的方位角上的接收信号中检测出关于目标 的信息。
当具有以第一和第二方向之间的特定方向为中心的传播方向的电磁 波M透镜26中被接收时，形成第一波束的这些波的第一部分在透镜26 的天线表面AN4上具有第一不同相位，而形成第二波束的这些波的第二 部分在透镜26的天线表面AN4上具有第二不同相位。第一波束由透镜 26折射，并且此波束的波在透镜26的第 一输出表面上具有相同的相位， 并在天线27的与放大器23a相连接的天线单元中被接收。然后，从具有 相同相位的波中产生第一接收信号，并在放大器23a中放大该第一接收信 号。第二波束由透镜26折射，并且第二波束的波在透镜26的第二输出表 面上具有相同的相位，并在天线27的与放大器23b相连接的天线单元中 被接收。然后，从具有相同相位的第二波束的波中产生第4收信号，并 在放大器23b中放大该第4收信号。因此，可以从在目标的对应于特定 方向的方位角上的接收信号中获得关于目标的信息。
相应地，由于块110的形成单元82只有两个天线单元以在特定方向 上辐射波束，因此采用电介质透镜18的天线装置61可以用简单的结构在 第一和第二方向之间的任意方向上辐射波束。
此外，由于块120的接收单元83只有两个天线单元以接收来自特定 方向上的波束，采用电^h质透镜26的天线装置61可以以简单的结构适当 地接收来自第一和第二方向之间的任意方向上的波束，以从接收的波束中 获得关于目标的信息。
而且，以与第一实施例中相同的方式，天线装置61可以高精度地控 制波束的辐射方向，且可以高精度W^测目标的方位角。
在本实施例中，阵列天线17和27的每一个均有两个天线单元。但 是，每个阵列天线也可以有三个或更多天线单元。在这种情况下，天线单 元与调整单元14或23中的相应放大器相连接。
此外，如图8所示，天线装置可以具有图6所示的移相器14c和14d 以及移相器23c和23d以替代放大器14a、 14b、 23a和23b。在这种情况 下，以与图6所示的天线装置中相同的方式，天线装置可以在不同于第一 26和第二方向的任意方向上高精度地辐射波束，并且可以高精度地接收来自 不同于第一和第二方向的任意方向上的波束。
第三实施例
图9是根据第三实施例的具有天线装置的雷达设备的框图。如图9 所示，雷达设备5与根据第一实施例的雷达设备1的不同之处在于，雷达 设备5的天线装置62具有发射和接收块50以替代块10和20。块50包 括VCOll、分配器12和13、调整单元14、波束形成和接收单元84、调 整单元23、合成器24以及混频器25。
单元84具有罗特曼透镜52和阵列天线51。透镜52具有两个发射波 束端口 BP (BP1和BP2 )、多个天线端口 AP (例如，四个天线端口 API、 AP2、 AP3和AP4)以及两个接收波束端口 BP (BP3和BP4 )。透镜52 是用作透镜的无源元件。波束端口 BP1和BP2 (即，输入部分)位于透 镜52的第一侧并以预定间隔彼此隔开。波束端口 BP1和BP2与单元14 的相应放大器14a和14b相连接。波束端口 BP3和BP4 (即，接收部分) 位于透镜52的第一侧并以另一个预定间隔彼此隔开。波束端口 BP3和 BP4与单元23的相应放大器23a和23b相连接。天线端口 AP (即，输 出部分)位于透镜52的第二侧并以预定间隔彼此隔开。每个波束端口 BP 通itit:镜52的导波通道以不同间隔与天线端口 AP隔开。阵列天线51有 多个与相应天线端口相连接的天线单元(例如，四个天线单元)。天线单 元等间隔地在天线表面AN5上拍成一行。
控制器30的图存储单元32具有对应于罗特曼透镜52的图。
对于天线装置62的此结构，以与第一实施例中相同的方式，单元84 在特定方向上辐射M射信号产生的特定电磁波束。
当目标将特定波束反射到天线装置62作为入射波束时，天线51接 收来自特定方向的此入射波束。此波束由具有以第三方向为中心的传播方 向的第三波束电磁波和具有以不同于第三方向的第四方向为中心的传播 方向的第四波束电磁波组成。
响应于此接收，透镜52在输出端口 AP上产生具有第三相位差的第 三高频波和具有第四相位差的第四高频波，将第三高频波发送至波束端口 BP3以便Z使第三高频波在波束端口 BP3上具有相同的相位，并将第四高 频波发送至波束端口 BP4以便使第四高频波在波束端口 BP4上具有相同的相位。透镜52从在波束端口 BP3上具有相同相位的第三高频波中产生第一复合信号，并^波束端口 BP4上具有相同相位的第四高频波中产生第二复^fT号。
相应地，可以获得与第一实施例的效果相同的效果。此外，由于对于天线装置62只使用一个罗特曼透镜52，因此天线装置62的结构可以进一步简化。
在本实施例中，天线装置可以根据第二实施例的构思来构造。也就是说，替代单元84，天线装置可以具有电介质凸透镜，面向透镜的第一侧布置的阵列天线17 (见图7)以及面向透镜的第一侧布置的阵列天线27 (见图7)。
在第一到笫三实施例中，通过罗特曼透镜或电介质透镜接收波束，以便高精度g测关于目标的信息。但是，也可以不采用罗特曼透镜或电介质透镜来接收波束。
图IO是根据第一实施例的变型的具有天线装置的雷达设备的框图。如图10所示，雷达设备7与图l所示的雷达设备l的不同之处在于，设备7的天线装置63具有接收块70以替代接收块20。块70包括阵列天线21和与天线21的各个天线单元相连接的多个混频器25。控制器30的存储单元32具有对应于发射块10的图，并且设定单元33向调整单元14输出指令。
对于i殳备7的此结构，在天线21的天线单元中接收来自特定方向的电磁波束。在天线单元中接收的波束具有特定的相位差。在每个天线单元中接收的波的相位与天线单元中接收的波的相位不同。
响应于此波束接收，天线21在每个天线单元中产生目标信号。每个混频器25从对应的天线单元的信号和分配器12的;^L信号中产生拍频信
号。检测单元40接收混频器25的拍频信号，并使用信号处理例如数字波束形成(DBF)如险测关于目标的信息。
因此，天线设备的接收块可以进一步简化。
在第一至第三实施例中，波束在具有罗特曼透镜或电介质透镜的单元中形成以在特定方向上辐射。然而，可以不采用罗特曼透镜或电^h质透镜来形成发射波束。
图ll是根据第一实施例的变型的具有天线装置的雷达设备的框图。如图11所示，雷达设备9与图l所示的雷达设备l的不同之处在于，设备9的天线装置64具有发射块90以替代块10。块90具有VCO 11、分配器12以及具有单个天线单元的天线16。控制器30的存储单元32具有对应于接收块20的图，并且设定单元33向调整单元23输出指令。
对于天线装置64的此结构，阵列天线16从分配器12输出的发射信号的电功率中形成电磁波束，并在固定方向上辐射此波束。此波束的电功率由朝向第一方向的第一波束的电功率和朝向第二方向的第二波束的电
功率组成。
当接收块20接收来自固定方向的波束时，检测单元40在目标的对应于固定方向的固定方位角上检测关于目标的信息。
因此，天线装置64可以在位于第一和第二方向之间的固定方向上辐射波束，并且可以从此波束中产生接收信号以检测关于目标的信息。
此外，天线设备的发射块可以进一步简化。
在天线装置63和64中，可以采用放大器14a和14b或放大器23a和23b。但是，图6中所示的移相器14c和14d或放大器23c和23d可以被用于替代放大器。在这种情况下，天线装置可以在不同于第一和第二方向的方向上辐射波束，或者可以接收来自不同于第一和第二方向的方向上的波束。
这些实施例不应该被解释为将本发明限制于这些实施例的结构上，
并且;^发明的结构可以与基于现有技术的结构结合。
权利要求
1.一种天线装置，所述天线装置包括发射信号产生单元，其产生第一发射信号和第二发射信号；发射信号调整单元，其将由所述信号产生单元产生的所述第一发射信号调整为具有第一振幅或第一相位，并且将由所述信号产生单元产生的所述第二发射信号调整为具有第二振幅或第二相位；以及波束形成单元，其具有第一输入部分，其发射具有与经所述发射信号调整单元调整的所述第一发射信号的第一振幅或第一相位相对应的振幅或相位的第一电磁波；第二输入部分，其发射具有与经所述发射信号调整单元调整的所述第二发射信号的第二振幅或第二相位相对应的振幅或相位的第二电磁波；输出部分，在所述输出部分，从所述第一输入部分发射的所述第一电磁波具有第一相位差而从所述第二输入部分发射的所述第二电磁波具有第二相位差；以及天线表面，在所述天线表面上形成由第一部分电磁波和第二部分电磁波组成的特定波束，其中所述第一部分电磁波具有所述第一相位差和与所述第一电磁波的电功率相对应的电功率，所述第二部分电磁波具有所述第二相位差和与所述第二电磁波的电功率相对应的电功率，并且从所述天线表面以特定方向辐射所述特定波束，其中所述特定方向基于所述第一部分电磁波的电功率和所述第一相位差以及所述第二部分电磁波的电功率和所述第二相位差。
2. 根据权利要求1所述的天线装置，其中所^射信号调整单元具有第一可变放大器，其用于放大所述笫一发射信号以产生具有所述第一 振幅的所述第一发射信号；以及第二可变放大器，其用于放大所述笫二发射信号以产生具有所述第二 振幅的所述第二发射信号.
3. 根据权利要求2所述的天线装置，其中所i^L射信号调整单元还具有控制器，所述控制器用于响应于所述特定波束的特定方向来i更定所述 第一发射信号的第一可变调整和所述第二发射信号的第二可变调整，并且 控制所述第一可变放大器和第二可变放大器以根据所述第一可变调整产 生具有所述第 一振幅的所述第 一发射信号以及根据所述第二可变调整产 生具有所述第二振幅的所述第二发射信号。
4. 根据权利要求3所述的天线装置，其中所述控制器设定所述第一 可变调整和第二可变调整，以使得由所述第一可变放大器产生的所述第一 发射信号的电功率和由所述第二可变放大器产生的所述第二发射信号的 电功率之和为恒定值。
5. 根据权利要求3所述的天线装置，其中所述控制器具有用于检测 所述天线装置的环境温度的温度传感器，并且才艮据检测到的环境温度来修 正所述第一可变调整和第二可变调整，以4M尝所述波束形成单元的随环境 温度改变的实际特性和所述波束形成单元的设计特性之间的差异。
6. 根据权利要求1所述的天线装置，其中所^L射信号调整单元具有第一移相器，其用于将所述第一发射信号的相位移位以产生具有所述 第一相位的所述第一发射信号；以及第二移相器，其用于将所述第二发射信号的相位移位以产生具有所述 第二相位的所述第二发射信号。
7. 根据权利要求6所述的天线装置，其中所述发射信号调整单元还 具有控制器，所述控制器用于响应于所述特定波束的特定方向来i殳定所述 笫 一发射信号的第 一调整和所述第二发射信号的第二调整，并且控制所述 笫 一移相器和第二移相器以产生具有所述第 一相位和第二相位的所述第 一发射信号和第二发射信号。
8. 根据权利要求1所述的天线装置，其中所iOL射信号产生单元产 生具有相同振幅和相同相位的所述第 一发射信号和笫二发射信号。
9. 根据权利要求1所述的天线装置，其中所述发射信号产生单元具有振荡器，其用于产生高频波信号；以及分配器，其用于将所述高频波信号的电功率分为笫一部分电功率和第 二部分电功率，以从所述第一部分电功率产生所述第一发射信号并从所述第二部分电功率产生所述第二发射信号。
10. 根据权利要求9所述的天线装置，其中所述分配器具有第一端彼 此连接的两个传输线和将所述传输线的第二端彼此连接的电阻器，所述高 频波信号从所述传输线的笫 一端通过每个传输线发射到所述传输线的第 二端，以在所述传输线的第二端上获得所述第一发射信号和第二发射信号。
11. 根据权利要求l所述的天线装置，其中所述波束形成单元具有罗特曼透镜，其具有作为所述第一输入部分的第一波束端口，作为所 述第二输入部分的第二波束端口和作为所述输出部分的多个天线端口；以及阵列天线，其具有位于所述天线表面上且与所述罗特曼透镜的相应天 线端口相连接的多个天线单元，所述罗特曼透镜在所述笫一波束端口上从所述第一发射信号产生具 有相同相位的所述第一电磁波，在所述第二波束端口上从所述第二发射信 号产生具有相同相位的所述第二电磁波，在所述天线端口上4吏所述第一电 磁波具有所述第一相位差，以及在所述天线端口上使所述第二电磁波具有 所述笫二相位差，并且在所述天线端口上合成所述第 一 电磁波与所述第二 电磁波以产生合成电磁波，所述阵列天线形成具有在相应天线单元中接收 到的所述合成电磁波的特定波束，并在所述特定方向上辐射所述特定波 束。
12. 根据权利要求l所述的天线装置，其中所述波束形成单元具有电介质透镜，其具有作为所述第一输入部分的第一输A^面，作为所 述第二输入部分的第二输/^面以及位于所述输出部分的所述天线表面； 以及阵列天线，其具有面向所述电介质透镜的第一输A^面的笫一天线单 元和面向所述电介质透镜的第二输A^面的第二天线单元，所述阵列天线在所述第 一天线单元中从所述第 一发射信号产生具有 相同相位的所述第一电磁波，并且在所述第二天线单元中从所述第二发射 信号产生具有相同相位的所述第二电磁波，所述电介质透镜在所述第一输 入表面上接收来自所述第一天线单元的第 一电磁波并折射所述第一电磁 波，以在所述天线表面上形成具有所述第一相位差的所述笫一电磁波，所 述电介质透镜在所述第二输入表面上接收来自所述第二天线单元的第二电磁波并折射所述第二电磁波，以在所述天线表面上形成具有所述第二相 位差的所述笫二电磁波，具有所述第 一相位差的所述第 一 电磁波和具有所 述第二相位差的所述第二电磁波的合成作为所述特定波束从所述电介质 透镜的天线表面输出。
13. 根据权利要求l所述的天线装置，还具有复^ff号调整单元，所述复合信号调整单元从所述波束形成单元接收第一复合信号和第二复合信号，所述波 束形成单元在所述天线表面上接收入射波束，所i^射波束由具有第三相 位差的第三部分电磁波和具有与第三相位差不同的第四相位差的第四部 分电磁波组成，所述复合信号调制单元在所述输出部分上产生具有所述第 三相位差和与所述第三部分电磁波的电功率相对应的电功率的第三电磁 波，在所述输出部分上产生具有所述第四相位差和与所述第四部分电磁波 的电功率相对应的电功率的笫四电磁波,发射所述第三电磁波至第一接收 部分以使所述第三电磁波在所述第 一接收部分上具有相同相位，发射所述 第四电磁波至第二接收部分以使所述第四电磁波在所述第二接收部分上 具有相同相位，产生具有与在所述第一接收部分上的所述第三电磁波的振 幅和相位相对应的振幅和相位的所述第一复合信号，以及产生具有与在所 述第二接收部分上的所迷第四电磁波的振幅和相位相对应的振幅和相位 的所述第二复^ft号，并且调整所述第一复合信号和第二复合信号的振幅或相位，以产生具 有相同振幅和相同相位的所述第一复合信号和第二复合信号；以及接收信号产生单元，其从经所述复合信号调整单元调整的所述第一复 合信号和第二复合信号中产生提供关于目标的信息的接收信号，以检测关于所述目标的信息，所述目标将所述特定波束>^射到所述波束形成单元以 作为所"射波束。
14. 根据权利要求l所述的天线装置，其中所述波束形成单元具有阵 列天线，其中所述阵列天线具有在竖直平面中排成一行的多个天线单元， 以从所述阵列天线辐射所述特定波束，并在所述竖直平面中改变所述特定 波束的特定方向。
15. —种天线装置，所述天线装置包括 波束接收单元，所述波束接收单元具有天线表面，在所述天线表面上接收由具有第一相位差的第一部分电磁波和具有与所述第 一相位差不同的第二相位差的第二部分电磁波组成的入射波束；输入部分，其发射第一电磁波和第二电磁波，其中所述第一电磁 波具有所述第一相位差和与所述波束中的所述第一部分电磁波的电功率 相对应的电功率，而所述第二电磁波具有所述第二相位差和与所述波束中 的所述第二部分电磁波的电功率相对应的电功率；第一输出部分，在所述第一输出部分，从所述输入部分发射的所 述第 一电磁波具有一种相位，并且第 一复合信号从所述第 一电磁波中产 生，以具有与所述第 一电磁波的振幅和相位相对应的第 一振幅和第 一相 位；以及第二输出部分，在所述第二输出部分，从所述输入部分发射的所 述第二电磁波具有一种相位，并且第二复合信号从所述第二电磁波中产 生，以具有与所述第二电磁波的振幅和相位相对应的第二振幅和第二相位；复合信号调整单元，其调整所述第一复合信号和第二复合信号的振幅或相位；以及接收信号产生单元，其从经所述复合信号调整单元调整的所述第一复 合信号和第二复合信号中产生带有关于所i^射波束所来自的目标的信 息的接收信号，以检测所述关于目标的信息。
16. 根据权利要求15所述的天线装置，其中所述复合信号调整单元 具有用于放大所述第一复合信号的第三可变放大器和用于放大所述第二 复合信号的第四可变放大器，并且所述控制器响应于所述入射波束的特定方向而设定所述第一复^r号的第三可变调整和所述第二复^r号的第四可变调整，并^iL据所述第三可变调整和第四可变调整来控制所述第三可变放大器和第四可变放大器以产生具有相同振幅的所述第一复合信号和 第二复^ft号。
17. 根据权利要求15所述的天线装置，其中所述复合信号调整单元 具有用于将所述第 一复合信号的相位移位的第 一移相器和用于将所述第二复^fr号的相位移位的第二移相器，并且所述控制器响应于所述^v射波 束的特定方向而设定所述第 一复合信号的第三可变调整和所述第二复合 信号的第四可变调整，并才艮据所述第三可变调整和第四可变调整来控制所述第三可变放大器和第四可变放大器以产生具有相同相位的所述第一复^ft号和第二复^ff号。
18. 根据权利要求15所述的天线装置，其中所述接收信号产生单元 具有用于合成所述第 一复+ft号的电功率和所述第二复合信号的电功率 以产生所述接收信号的合成器，所述合成器具有第 一端彼此连接的两个传 输线和将所述传输线的第二端彼此连接的电阻器，所述第一复Xt号和第 二复合信号分别从所述传输线的第二端通过所述传输线发射到所述传输 线的第一端。
19. 根据权利要求15所述的天线装置，其中所述波束接收单元具有罗特曼透镜，其具有作为所述输入部分的多个天线端口、作为所述第 一输出部分的第 一波束端口和作为所述第二输出部分的第二波束端口 ；以 及阵列天线，其在所述天线表面上具有与所述罗特曼透镜的相应天线端 口相连接的多个天线单元，所述阵列天线接^射波束，并且所述罗特曼透镜在所述天线端口上 产生所述第一电磁波和第二电磁波，在所述第一波束端口上产生所述第一 复合信号，以及在所述第二波束端口上产生所述第二复合信号。
20. 根据权利要求15所述的天线装置，其中所述波束接收单元具有电介质透镜，其具有位于所述输入部分的天线表面、作为所述第一输 出部分的第一输出表面以及作为所述第二输出部分的第二输出表面；以及阵列天线，其具有面向所述电介质透镜的第一输出表面的第一天线单 元和面向所述电介质透镜的第二输出表面的第二天线单元，所述电介质透镜折射在所述天线表面上接收的所述入射波束的第一 部分以在所述第 一输出表面上获得所述第 一电磁波，所述电介质透镜折射 在所述天线表面上接收的所述入射波束的第二部分以在所述第二输出表 面上获得所述第二电磁波，所述阵列天线在所述各个天线单元上接收所述 第 一 电磁波和第二电磁波以产生所述第 一复务ft号和第二复合fT号。
全文摘要
本发明公开了一种具有透镜或用作透镜的无源元件的天线装置。所述天线装置具有产生第一信号和第二信号的分配器以及以可改变的第一信号对第二信号的振幅比来放大所述信号的放大器。罗特曼透镜使在输入端口从第一放大信号产生的并发射到输出端口的第一高频波具有第一相位差，使在另一个输入端口从第二放大信号产生的并发射到输出端口的第二高频波具有第二相位差。天线形成由具有第一相位差和与天线表面上的第一放大信号的电功率对应的电功率的电磁波以及具有第二相位差和与天线表面上的第二放大信号的电功率对应的电功率的电磁波组成的波束，并在对应于所述相位差和振幅比的特定方向上辐射所述波束。
文档编号H01Q3/26GK101685907SQ200910169089
公开日2010年3月31日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年9月22日
发明者藤田晶久 申请人:株式会社电装