紧凑型混合低成本高分辨率双重模式相控阵列天线的制作方法

实施方案整体涉及包括相控阵列孔径的天线设备。实施方案还涉及用于非平坦表面标测的体积感测的天线设备和系统以及相控阵列孔径。实施方案还涉及用于使天线设备和相控阵列孔径工作的方法。

背景技术：

1、当前，通常结合使用手动方法和专用设备对保管转移、过程控制和库存监测以及资产管理中的囤聚材料进行体积测量。所采用的具体技术可随着材料的性质和保管转移和/或供给控制过程的要求而变化。特别是在颗粒状固体或材料表面起伏不定或不平坦的情况下，实时确定连续变化的体积是一项挑战。

2、一些常用的方法涉及，例如，物理测量囤聚料的尺寸并且使用数学公式计算体积。可使用卷尺、尺子、重量秤或测量设备进行测量。对于形状不规则的囤聚料，可将各区段划分成较简单的几何结构以估算总体积。这种方法可能耗时并且易于出现人为错误。

3、其他技术涉及使用基于地面的光探测和测距(lidar)技术，其使用激光束来测量距离并且创建囤聚料的详细3d点云表示，并且在一些情况下，安装在飞机或无人驾驶飞机上的空中lidar系统用于从上方捕获大型囤聚料的3d数据。然而，激光束在多尘环境中容易受到影响，甚至会受到易燃物质的限制。附加的方法可涉及使用超声料位传感器，其测量筒仓或储罐中的材料的料位。通过在不同高度处安装多个传感器，可估算囤聚料的料位。然而，这种方法假定整个囤聚料的材料密度一致，这对于特定材料而言可能不精确。另外，超声料位传感器可能难以测量不规则或不平坦的表面。

4、当表面不平坦时，目前的料位感测仪器依赖于点对点应用(即，一维测量)，这对于固体尤其如此。这些料位测量无法准确确定体积。

5、原材料的价格正在急剧上升。例如，金属/矿物质(诸如铝粉)的平均价格约为6500美元/m3。脱离可能导致使用目前的料位传感器产生测量误差，继而可能导致超过1万美元的成本误差。目前，除了原材料价格增加之外，由于环境法规的原因，露天采矿应用中也存在对更准确测量的需求。因此，存在对囤聚料进行实时自动体积测量的需求。

6、诸如目前的超声、光学技术、asic雷达晶圆芯片设计和上述其他技术的技术“不可行”，因为它们无法满足对保管转移、过程控制和库存监测中的囤聚材料进行体积测量的关键要求。这些要求中的一些要求包括易于安装和操作的设备(例如，单个安装入口点)，以及非离线重新校准、非接触式测量、能够在苛刻条件(例如，灰尘、蒸汽、温度)下工作、重量轻和低产品开发成本。

7、本发明人认为，应当开发出用于非平坦表面标测的低成本高分辨率三维(3d)体积感测方法，以用于诸如保管转移例如散装固体、糊剂和散剂，监测例如材料供给和装罐以及管理颗粒状固体/囤聚料的库存之类的应用。

8、当前存在非常受限的用于实时准确3d体积感测的体积测量解决方案。这些解决方案的量程较差和/或角分辨率无法形成粗糙表面的轮廓。这些解决方案也是非紧凑的设备并且成本昂贵。特别是对于远量程应用，这种较差的角分辨率可导致准确度较低并且用于远量程操作的视场(fov)受限。

技术实现思路

1、以下的
技术实现要素：
是为了便于理解本发明所公开的实施方案的一些特征而提供的，并非旨在作为完整的描述。通过将说明书、权利要求书、附图和说明书摘要作为一个整体，能够获得对本文公开的实施方案的各个方面的全面理解。

2、因此，所公开的实施方案的一个方面是提供一种得到改进的天线装置以及使该天线装置工作的方法。

3、所公开的实施方案的另一方面是提供一种用于测量和标测材料的表面以确定用于保管转移和/或(过程)库存控制和监测的准确体积的低成本相控阵列天线装置。

4、所公开的实施方案的另一方面是提供一种天线装置，该天线装置使用波束转向来扫描散装囤聚料的整个区域并且处理容器内部的阻碍结构。

5、现在可如本文所述实现上述方面以及其他目标。在一个实施方案中，一种天线装置可包括多个接收天线振子以及包括多个发射天线振子的发射天线阵列，其中发射天线阵列位于相控阵列孔径中的中心处，该相控阵列孔径包括发射阵列天线和多个接收天线振子；和隔离区域，该隔离区域将相控阵列孔径中的发射天线阵列与多个接收天线振子隔离，其中相控阵列孔径以混合双重模式工作，该混合双重模式包括雷达模式和有源波束转向模式。

6、在一个实施方案中，雷达模式可包括多输入多输出(mimo)雷达模式。

7、在一个实施方案中，波束形成模式可包括天线波束形成模式。

8、在一个实施方案中，雷达模式可包括多输入多输出(mimo)雷达模式，并且有源波束转向模式包括天线瞬时波束形成模式。

9、在一个实施方案中，可使多个接收天线振子和多个发射天线振子中的天线振子的振子位置随机化。

10、在一个实施方案中，相控阵列孔径可在24.05ghz至26.5ghz或57ghz至64ghz或75ghz至85ghz的频率下或范围内工作。

11、在一个实施方案中，相控阵列孔径可在扫描角度高达+/-60度在所有方向上进行波束转向的情况下工作。

12、在一个实施方案中，相控阵列孔径可包括部分相控阵列孔径，该部分相控阵列孔径包括多个接收天线振子和多个发射天线振子中的多个不同组的不同天线。

13、一个实施方案还可包括与以下至少一项相关联的透镜：仅与多个发射天线振子或仅与多个接收天线振子相关联的天线振子；或与所有多个发射天线振子和所有多个接收天线振子相关联的天线振子。

14、在一个实施方案中，相控阵列孔径可提供材料含量的直接三维(3d)体积测量结果，该材料具有变化的斜率和不平坦表面中的至少一者。

15、在一个实施方案中，一种使天线装置工作的方法可涉及：提供多个接收天线振子以及包括多个发射天线振子的发射天线阵列，其中发射天线阵列位于相控阵列孔径中的中心处，该相控阵列孔径包括发射阵列天线和多个接收天线振子；以及使相控阵列孔径以混合双重模式工作，该混合双重模式包括雷达模式和有源波束转向模式，其中相控阵列孔径包括隔离区域，该隔离区域将相控阵列孔径中的发射天线阵列与多个接收天线振子隔离。

16、在该方法的一个实施方案中，雷达模式可包括多输入多输出(mimo)雷达模式。

17、在该方法的一个实施方案中，波束形成模式可包括天线波束形成模式。

18、在该方法的一个实施方案中，雷达模式可包括多输入多输出(mimo)雷达模式；并且有源波束转向模式可包括天线瞬时波束形成模式。

19、在该方法的一个实施方案中，可使多个接收天线振子和多个发射天线振子中的天线振子的振子位置随机化。

20、该方法的一个实施方案可涉及使相控阵列孔径在24.05ghz至26.5ghz或57ghz至64ghz或75ghz至85ghz的频率下或范围内工作。

21、该方法的一个实施方案可涉及使相控阵列孔径在扫描角度高达+/-60度在所有方向上进行波束转向的情况下工作。

22、该方法的一个实施方案可涉及提供与以下至少一项相关联的透镜：仅与多个发射天线振子或仅与多个接收天线振子相关联的天线振子；或与所有多个发射天线振子和所有多个接收天线振子相关联的天线振子。

23、该方法的一个实施方案可涉及对材料含量执行直接三维(3d)体积测量，该材料具有变化的斜率和不平坦表面中的至少一者，其中相控阵列孔径对材料含量执行直接三维(3d)体积测量。