CN111381213B - 电子设备、雷达设备和雷达控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及电子设备、雷达设备和雷达控制方法。提供了一种能够减少与雷达搜索相关联的处理的电子设备。电子设备DEVa具有发射线性阵列天线TXA、接收线性阵列天线RXA以及用于控制发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA的控制电路CTLU。发射线性阵列天线TXA包括沿着Z方向布置的多个发射天线TXr[1]至TXr[4]，并且发射发射波。接收线性阵列天线RXA包括沿着与Z方向正交的X方向布置的多个接收天线RXr[1]至RXr[4]，并且接收发射波的反射波。

Description

电子设备、雷达设备和雷达控制方法

相关申请的交叉引用

于2018年12月26日提交的日本专利申请No.2018-242717的公开(包括说明书、附图和摘要)的全部内容通过引用合并于此。

背景技术

本公开涉及一种电子设备、雷达设备和雷达控制方法，例如，具有发射线性阵列天线和接收线性阵列天线的电子设备、雷达设备和雷达控制方法。

本发明的背景

日本未审查专利申请公开号2016/45132示出了一种具有相控阵天线的气象雷达设备。气象雷达设备控制相控阵天线以形成在垂直方向上具有宽波束宽度并且在方位方向上具有窄波束宽度的发射波束、以及在方位方向上具有宽波束宽度并且在垂直方向上具有窄波束宽度的发射波束。作为用于产生虚拟天线并且增加发射数据量的技术，MIMO(多输入多输出)雷达是已知的。MIMO雷达是一种用于通过将一个发射天线添加到包括例如一个天线和四个接收天线的配置中来产生另外的四个虚拟天线的技术。

发明内容

例如，当如日本未审查专利申请公开No.2016/45132中所示的相控阵天线被使用时，发射波或接收波的方位角和仰角可以以电子方式而不是以机械方式被改变。此时的方位角和仰角的分辨率取决于天线的数目。因此，为了实现高分辨率相控阵天线，需要大量天线。结果，可能发生成本等的增加。

考虑到以上内容而做出了下面描述的实施例，并且根据本说明书的描述和附图，其他问题和新颖特征将很清楚。

解决问题的手段

根据一个实施例的一种电子设备，包括用于发射的线性阵列天线、用于接收的线性阵列天线以及用于控制用于发射的线性阵列天线和用于接收的线性阵列天线的控制电路。发射线性阵列天线包括沿着第一方向布置的多个发射天线，并且发射发射波。接收线性阵列天线包括沿着与第一方向正交的第二方向布置的多个接收天线，并且接收发射波的反射波。

[本发明的效果]

根据上述实施例，在具有发射线性阵列天线和接收线性阵列天线的电子设备中，与雷达搜索相关联的处理可以被减少。

附图说明

图1(a)是示出根据本第一实施例的电子设备的示意性配置示例的平面图，图1(b)是示出图1(a)的等效配置示例的平面图；

图2是示出图1中的控制电路的配置示例的示意图；

图3(a)和3(b)是图示与图1(a)和1(b)的电子设备中的天线的垂直布置相关联的效果的示例的概念图；

图4是示出当图1(a)和1(b)的天线布置被使用时图2的控制电路的处理内容的示例的流程图；

图5是示出图1(a)和1(b)的电子设备中的控制电路的主要部分的示例性配置的电路图；

图6是用于说明图5中的FMCW系统中的示例性处理内容的概念图；

图7是图示图5中的接收波束形成器的处理内容的示例的概念图；

图8是示出根据本第二实施例的实施例的电子设备的示意性配置的平面图；

图9是示出根据本第三实施例的实施例的电子设备的示意性配置的平面图；

图10是示出根据本第四实施例的实施例的电子设备的示意性配置的平面图；

图11是示出线性阵列天线的操作原理的示例的示意图；

图12是示出图11的线性阵列天线的特性的示例的图；

图13(a)是示出在其中使用图11的线性阵列天线执行雷达搜索的环境的示例的图，图13(b)是示出图13(a)中的雷达搜索结果的示例的图；

图14是示出通过二维扩展图11的线性阵列天线而获取的平面阵列天线的配置示例的示意图；

图15(a)是示出作为本发明的第一比较示例的电子设备中的天线的布置配置示例的平面图，图15(b)是示出作为本发明的第二比较示例的电子设备中的天线的布置配置示例的平面图；以及

图16是示出当图15(b)的天线布置被使用时图2的控制电路的处理内容的示例的流程图。

具体实施方式

在以下实施例中，当为了方便而需要时，将通过分成多个部分或实施例来进行描述，但是除非特别说明，这些部分或实施例不是彼此独立的，并且这些部分或实施例之一与部分或全部部分或实施例的修改示例、细节、补充说明等相关。在以下实施例中，元素等的数目(包括数目、数字、数量、范围等)不限于特定数目(除非特别指定或在原则上很清楚限于特定数目)，并且可以是特定数目或更多或更少。

此外，在以下实施例中，不用说，构成要素(包括要素步骤等)不是必须的，除非特别指定或在原则上很清楚是必须的情况。类似地，在以下实施例中，当参考组件等的形状、位置关系等时，假定形状等基本上与形状等近似或相似，除非特别指定或在原则上很明显的情况。这同样适用于上述数值和范围。

在下文中，参考附图详细描述本发明的实施例。在用于解释实施例的所有附图中，原则上相同的构件由相同的附图标记表示，并且省略其重复描述。

图1(a)是示出根据本第一实施例的电子设备的示意性配置示例的平面图，图1(b)是示出图1(a)的等效配置示例的平面图。图1(a)所示的电子设备DEVa是例如雷达设备，并且包括发射线性阵列天线TXA、接收线性阵列天线RXA和控制电路CTLU。在说明书中，X、Y和Z方向被用于说明位置关系。Z方向是与X方向正交的方向，Y方向是与X方向和Z方向正交的方向。

发射线性阵列天线TXA包括沿着Z方向依次布置的多个(在该示例中为四个)发射天线TXr[1]至TXr[4]。接收线性阵列天线RXA包括沿着X方向依次布置的多个(在该示例中为四个)接收天线RXr[1]至RXr[4]。换言之，发射线性阵列天线TXA被布置在形成矩形的四个边之一的第一边SD1上，并且接收线性阵列天线RXA被布置在垂直于第一边SD1的另一边的第二边SD2上。发射线性阵列天线TXA向目标对象(未示出)发射发射波，并且接收线性阵列天线RXA接收发射波的反射波(接收波)(例如，来自目标对象的反射波)。也就是说，发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA不是同时用于发射和接收的天线。

控制电路CTLU经由布线LN而被耦合到发射天线TXr[1]至TXr[4]和接收天线RXr[1]至RXr[4]中的每个，并且控制发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA。具体地，控制电路CTLU以电子方式控制发射线性阵列天线TXA的方向和接收线性阵列天线RXA的方向。此时，控制电路CTLU控制从发射天线TXr[1]至TXr[4]发射的相应发射波的相位，从而控制在YZ平面中的仰角作为发射线性阵列天线TXA的方向。控制电路CTLU控制由接收天线RXr[1]至RXr[4]接收的接收波(反射波)的每个接收波的相位，从而控制在XY平面中的方位角作为接收线性阵列天线RXA的方向。

在该示例中，发射天线TXr[1]至TXr[4]沿着Z方向被布置在距离d1处，并且接收天线RXr[1]至RXr[4]也沿着X方向被布置在距离d1处。通常，通过使用要被使用的发射波的波长λ，将距离d1设定为“λ/2”等。发射波通常是毫米波(30至300GHz的频带)或准毫米波(20至30GHz的频带)，包括24GHz(波长λ≒12.5mm)或79GHz(波长λ≒3.8mm)的频带，但不特别限于此。

在此，电子设备DEVa被形成在诸如例如用于小型且高速的MMIC(单片微波集成电路)等单个半导体芯片(半导体器件)上。但是，本发明不必限于此，并且在一些情况下，控制电路CTLU可以被形成在单个半导体芯片上，并且半导体芯片以及发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA可以被安装在布线板上，或者，控制电路CTLU可以通过组合多个半导体芯片来被配置。

如图1(b)所示，当以这种垂直布置的方式布置的发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA被使用时，通过MIMO雷达的技术，产生了4×4个虚拟接收天线(称为虚拟接收天线)RXi[mn](m和n均为1至4的整数)。虚拟接收天线RXi[mn]被布置在多个发射天线TXr[1]至TXr[4]在Z方向上的坐标与多个接收天线RXr[1]至RXr[4]在X方向上的坐标的相应交点处。

也就是说，在虚拟线VLx[m]和虚拟线VLz[n]相交的位置处产生虚拟接收天线RXi[mn]。虚拟线VLx[m]是穿过作为多个发射天线TXr[1]至TXr[4]之一的发射天线TXr[m]并且沿着X方向延伸的线。虚拟线VLz[n]是穿过作为多个接收天线RXr[1]至RXr[4]之一的接收天线RXr[n]并且沿着Z方向延伸的线。

在该实施例中，发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA没有被布置在第一边SD1和第二边SD2的相交点处，而是被布置在除了该相交以外的位置处。然而，在某些情况下，例如，可以采用其中发射线性阵列天线TXA或接收线性阵列天线RXA被布置在相交点处的配置。在本说明书中，多个发射天线被统称为发射天线TXr，多个接收天线被统称为接收天线RXr，并且多个虚拟接收天线被统称为虚拟接收天线RXi。

图2是示出图1中的控制电路的配置示例的示意图。如图2所示，控制电路CTLU包括发射波生成电路TXGU、发射波输出电路TXOU、接收波输入电路RXIU和接收波处理电路RXPU。发射波生成电路TXGU生成例如FMCW(调频连续波)系统中的基带的发射波Tx。发射波输出电路TXOU将所生成的基带发射波Tx上变频到预定频带，并且然后将基带发射波Tx发射到发射线性阵列天线TXA，并且控制此时发射线性阵列天线TXA的方向(发射波束形成)等。

接收波输入电路RXIU从目标TG接收与发射波Tx相对应的反射波(接收波)Rx，并且将接收波Rx下变频到基带。接收波处理电路RXPU基于基带接收波Rx来计算目标TG的位置。位置的计算处理包括到目标TG的距离的计算处理、目标TG存在的方位角的计算处理(接收波束形成)等。

<线性天线的概述>

在详细说明图1所示的电子设备DEVa的操作之前，将简要说明作为相控阵天线之一的线性阵列天线。图11是示出线性阵列天线的操作原理的示例的示意图。如图11所示，线性阵列天线是通过在一条直线上(在该示例中是在X方向上)布置多个天线而形成的。多个天线根据发射波从目标接收反射波(S(t))。

此时，通过适当地加权(w₁至w_M)多个天线的接收信号(x₁(t)至x_M(t))，可以以电子方式而不是物理方式改变天线的方位角θ(结果，等效地控制相位)，并且然后生成组合信号(y(t))。也就是说，可以在XY平面上以电子方式获取天线的方向性。但是，不能在YZ平面上获取天线的方向性。

图12是示出图11的线性阵列天线的特性的示例的图。图12示出了当如图11所示(当M＝8时)以相等间隔(这里为“λ/2”间隔)布置八个天线并且权重(w₁至w_M)没有区别时模拟方向性的结果。在图12中，当方位角θ为0[rad]时，获取最大增益。包含该最大增益的峰被称为主瓣。来自目标对象的反射波(S(t))在主瓣的方位角θ处以高灵敏度被接收，而在其他方位角处以低灵敏度被接收。因此，天线基本上以主瓣的方位角θ被取向。

通过适当地设置图11所示的权重(w₁到w_M)之差，可以适当地控制主瓣的方位角θ。另外，在图12中，例如，在方位角θ为约0.37π[rad]等的位置也发生山峰。这些峰值是在与原始方位角不同的方位角θ处生成的增益，并且被称为旁瓣。通常，如果天线的数目被增加，则旁瓣的增益被减小，并且主瓣的方位角θ的宽度可以变窄。结果，方位角θ的分辨率可以被提高。在图11和12中，已经描述接收侧的方向性，但是方向性可以以相同的方式被给予发射侧。

图13(a)是示出在其中使用图11的线性阵列天线执行雷达搜索的环境的示例的图，图13(b)是示出图13(a)中的雷达搜索结果的示例的图。在图13(a)中，目标TG1至TG3在X方向上位于不同的坐标上。在图13(a)中，图11的线性阵列天线被布置为使得天线在X方向上被对准。在这种情况下，如上所述，图11的线性阵列天线执行雷达搜索，同时通过使用权重(w₁至w_M)顺序地改变XY平面的方位角来在如图13(a)所示的XY平面中扫描。

结果，如图13(b)所示，在X-Y平面中，获取关于每个目标TG1至TG3(例如，TG1)存在的方位角θ的信息、以及关于到每个目标TG1至TG3(例如，TG1)的距离R的信息。但是，没有获取目标TG1至TG3在YZ平面上的位置(即，仰角)。也就是说，如图13(a)所示，在作为YZ平面的区域AR1至AR3中，目标对象TG1至TG3分别被布置在不同的YZ坐标(即，仰角)处，但是如图13(b)所示，YZ坐标的信息退化到XY平面。

图14是示出通过二维扩展图11的线性阵列天线而获取的平面阵列天线的配置示例的示意图。通过在二个维度上扩展图11的线性阵列天线(例如，通过在XZ平面上以矩阵形状布置每个天线)，可以如图14所示在三个维度上控制波束BM的方向。也就是说，XY平面的方位角θ和YZ平面的仰角能够被控制。

<电子设备的概述和问题(比较示例)>

图15(a)是示出作为本发明的第一比较示例的电子设备中的天线的布置配置示例的平面图，图15(b)是示出作为本发明的第二比较示例的电子设备中的天线的布置配置示例的平面图。图15(a)示出具有一个发射天线TXr和“4×4”个接收天线RXr[mn]的平面阵列天线(m和n均为1至4的整数)。接收天线RXr[mn]在XZ平面内被布置成矩阵。使用这样的配置示例，可以在三个维度上控制波束的方向性。但是，由于天线数目增加，所以可能导致成本等增加。

因此，可以想到使用如图15(b)所示的配置。在图15(b)中，布置了四个发射天线TXr[11]、[12]、[21]、[22]和四个接收天线RXr[11]、[13]、[31]、[33]。四个发射天线TXr在XZ平面上以距离d1被布置成矩阵。另一方面，四个接收天线RXr在XZ平面上以“2×d1”的间隔被布置成矩阵。

在MIMO雷达中，多个发射天线和多个接收天线通常被布置在同一方向上。因此，在图15(b)的示例中，四个发射天线TXr和四个接收天线RXr被并排布置在同一方向(在这种情况下为X方向)上。使用这样的示例配置，围绕四个接收天线RXr中的每个(例如，RXr[11])产生三个虚拟接收天线(RXi[12]、[21]、[22])。结果，通过使用总共8个天线可以实现与图15(a)的情况等效的配置。

图16是示出当使用图15(b)的天线布置时图2的控制电路的处理内容的示例的流程图。在该示例中，以FMCW方法为例执行雷达搜索，但是可以使用其他方法。在图16中，首先，发射波生成电路TXGU生成作为数字基带信号的线性调频信号(步骤S101)，并且将线性调频信号转换为模拟信号(步骤S102)。

接下来，发射波输出电路TXOU基于模拟转换后的线性调频信号来调制具有预定频率(例如，79GHz)的本地信号，以在高频带(RF频带)中生成发射波(步骤S103)。随后，发射波输出电路TXOU选择第k发射天线TXr(步骤S104)，根据需要执行发射波束形成(S105)，并且然后引起所选择的发射天线TXr发射在步骤S103中生成的发射波(步骤S106)。发射波被目标对象反射，并且与反射波相关联地生成反射波(接收波)(步骤S107)。

接收波输入电路RXIU在接收天线RXr处接收反射波(接收波)(步骤S108)，并且将接收波转换为模拟基带信号(步骤S109)。接收波处理电路RXPU将模拟基带信号转换为数字信号(步骤S110)，并且基于数字基带信号计算目标对象的位置。具体地，接收波处理电路RXPU使用例如FFT(快速傅立叶变换)来计算到目标的距离(步骤S111)，并且使用接收波束形成来计算目标的方位角(步骤S112)。

此后，接收波处理电路RXPU返回到步骤S104，并且依次相加通过步骤S112的计算处理而获取的输出信号，同时顺序地改变要被选择的发射天线TXr(步骤S113、S114)。在步骤S114中，接收波处理电路RXPU重复步骤S104至S113的处理，直到所有发射天线TXr都被选择(步骤S114)。通过这些处理，例如，可以获取与使用16个接收天线RXr检测特定目标的位置的情况相对应的结果。

如上所述，当使用如图15(b)所示的天线布置时，需要在以时分方式改变所选择的发射天线TXr的同时执行雷达搜索(图16的步骤S104、S114)。例如，图15(b)中的至少来自发射天线TXr[11]的发射波和来自发射天线TXr[12]的发射波需要满足正交关系(可以在不相互相关的情况下区分信号的关系)。在图16的示例中，时分被用于获取该正交关系。然而，正交关系不限于时分，并且可以通过例如编码(码分)来实现。

然而，当时分被使用时，处理时间(雷达搜索所需要的时间)随着发射天线TXr的数目的增加而增加。另外，处理负荷随着图16所示的步骤S113的处理而增加，并且还需要保留缓冲器等。另一方面，如果编码等被使用，则处理时间的增加可以被抑制，但是由于发射时的编码和接收时的解码，可能导致处理负荷等的增加。

如上所述，当如图15(b)所示的天线布置被使用时，与图15(a)的情况相比，天线的数目可以被减少，但是需要用于区分来自多个发射天线TXr的发射波中的哪个发射波进行反射的处理，因此伴随雷达搜索的处理的增加可能发生。另外，由于发射波的功率是由所选择的发射天线TXr而不是所有发射天线TXr确定的，所以S/N比的降低可能发生。

<电子设备的操作(第一实施例)>

图3(a)和3(b)是图示与图1(a)和1(b)的电子设备中的天线的垂直布置相关联的效果的示例的概念图。如图1(a)和图1(b)所示，当发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA被布置以便于彼此垂直时，不同于图16的控制，图2的控制电路CTLU可以在不区分与发射波相对应的反射波(接收波)的情况下执行目标位置的计算处理。

这将参考图3(a)和3(b)在概念上进行描述。在图3(a)中，在与图13(a)中相同的环境下使用图1(a)的电子设备(雷达设备)DEVa执行雷达探测。发射线性阵列天线TXA被沿着Z方向布置，并且接收线性阵列天线RXA被沿着X方向布置。在这种情况下，如区域ARyz所示，使用发射线性阵列天线TXA的发射波束形成在Y-Z平面上在仰角方向上执行扫描。与该扫描相关联的方向分量包括在YZ方向上的分量，并且不包括在X方向上的分量。

另一方面，在使用接收线性阵列天线RXA的接收波束形成中，如区域ARxy所示，在XY平面中在方位角θ方向上执行扫描。与该扫描相关联的方向分量包括在XY方向上的分量，并且不包括在Z方向上的分量。因此，可以独立地执行使用发射线性阵列天线TXA的发射波束形成和使用接收线性阵列天线RXA的接收波束形成而不会相互干扰。结果，不需要诸如上述时分和编码(码分)等区分处理。

例如，如果发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA没有被正交布置，如图3(b)的区域ARxyz所示，伴随发射波束形成的方向分量包括与接收波束形成相同的X方向上的分量XC。在这种情况下，由于发射波束形成和接收波束形成相互干扰，因此需要诸如上述时分和编码(代码划分)等区分处理。

作为具体示例，在图15(b)中，假定接收天线RXr[11]根据来自发射天线TXr[11]的发射波来接收来自方位角θ的反射波，并且接收天线RXr[11]根据来自发射天线TXr[12]的发射波来接收来自方位角θ的反射波。这等效于接收天线RXr[11]和虚拟接收天线RXi[12]都接收来自方位角θ的反射波的情况。

由接收天线RXr[11]接收的来自方位角θ的反射波与由虚拟接收天线RXi[12]接收的来自方位角θ的反射波的相位由于X方向上的坐标在两个天线之间不同而不同。具体地，生成与距离“d1×sinθ”相对应的相位差。因此，如果两个反射波按原样组合，则该关系变得难以区分。因此，需要诸如时分和编码(码分)之类的区分处理。

另一方面，在图1(b)中，假定接收天线RXr[1]响应于来自发射天线TXr[1]的发射波而接收来自方位角θ的反射波，并且接收天线RXr[1]响应于来自发射天线TXr[2]的发射波而接收来自方位角θ的反射波。这等效于虚拟接收天线RXi[11]和虚拟接收天线RXi[21]都接收来自方位角θ的反射波的情况。

由虚拟接收天线RXi[11]接收的来自方位角θ的反射波和由虚拟接收天线RXi[21]接收的来自方位角θ的反射波由于两个天线在X方向上的坐标相同而具有相同的相位。因此，不必区分两个反射波，并且两个反射波可以被合成。结果，上述区分处理变得不必要，并且发射天线TXr[1]和发射天线TXr[2]可以在重叠时段中发射发射波。然后，由于使用两个接收天线RXi[11]和RXi[21]等效地确定方位角θ，所以也提高了方位角θ的分辨率。

更具体地，例如，通过使用移相器等，在重叠时段中从发射天线TXr[1]和发射天线TXr[2]发射的发射波(Tx[1])和发射波(Tx[2])的相位不同，因此，在仰角方向上的方向性被增加。理想地，两个发射波到达存在于仰角和方位角θ的目标对象而没有相位差，因此，虚拟接收天线RXi[11]和RXi[21]接收来自目标对象的反射波而没有相位差。尽管这里为了方便起见描述了两个发射天线TXr和两个接收天线RXr之间的关系，但是四个发射天线TXr和四个接收天线RXr之间的关系是相同的。

在此处，如图1(a)所示，例如，发射天线TXr[1]至TXr[4]被理想地布置在Z轴上。然而，实际上，如果Z轴与每个发射天线TXr[1]至TXr[4]的中心位置之间的距离相对于波长λ足够小，则在通过距离进行位置计算时会出现误差，但是可以获取足够的效果。另外，关于发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA的正交布置，根据允许位置计算的精度而允许一定程度的布置变化。

图4是示出当图1(a)和1(b)的天线布置被使用时图2的控制电路的处理内容的示例的流程图。在图4所示的处理流程中，与图16所示的处理流程相比，图16中的步骤S104和S114的处理(用于顺序地选择发射天线TXr的处理)以及步骤S113的处理(用于将针对每个发射天线TXr获取的输出信号相加的处理)被删除。在图4的步骤S106a中，与图16的步骤S106不同，发射天线TXr没有彼此区分。

如上所述，当图1(a)和1(b)的电子设备DEVa被使用时，多个发射天线TXr[1]至TXr[4]可以在重叠时段中发射发射波。然后，控制电路CTLU可以计算目标的位置而无需区分哪个发射波对应于由多个接收天线RXr[1]至RXr[4]接收的反射波。

<控制电路的细节>

图5是示出图1(a)和1(b)的电子设备中的控制电路的主要部分的示例性配置的电路图。图6是用于说明图5中的FMCW系统中的示例性处理内容的概念图，并且图5所示的控制电路CTLU具有高频单元RFU、处理器单元MPU和数字信号处理单元DSPU。高频单元RFU对应于图2的发射波输出电路TXOU和接收波输入电路RXIU，并且数字信号处理单元DSPU对应于图2的发射波生成电路TXGU和接收波处理电路RXPU。处理器单元MPU控制例如整个控制电路CTLU。

数字信号处理器DSPU具有线性调频信号发生器CPG、多个快速傅立叶变换电路FFT[1]至FFT[4]、接收波束形成器DBFr以及输出缓冲器OBUF。高频单元RFU具有数模转换器DAC、压控振荡器VCO、多个移相器PSF[1]至PSF[4]以及多个功率放大器PA[1]至PA[4]作为发射系统电路。高频单元RFU具有多个低噪声放大器LNA[1]至LNA[4]、多个混频器MIX[1]至MIX[4]、多个中频处理电路IF[1]至IF[4]以及多个模数转换器ADC[1]至ADC[4]作为接收系统电路。

线性调频信号发生器CPG生成线性调频信号作为数字信号，该线性调频信号的频率与时间成比例地变化。数模转换器DAC将数字线性调频信号转换为模拟信号。压控振荡器VCO基于模拟线性调频信号对具有预定频率(诸如79GHz)的本地信号LO进行频率调制。每个移相器PSF[1]至PSF[4]通过适当地控制调制的本地信号LO的相位来执行在仰角方向上的发射波束形成。相位的控制量(即，仰角)例如由处理器单元MPU等指定。功率放大器PA[1]至PA[4]分别放大来自移相器PSF[1]至PSF[4]的信号，并且将放大后的信号输出到发射天线TXr[1]至TXr[4]。

低噪声放大器LNA[1]至LNA[4]分别放大由接收天线RXr[1]至RXr[4]接收的反射波(接收波)。混频器MIX[1]至MIX[4]分别将来自低噪声放大器LNA[1]至LNA[4]的信号与来自压控振荡器VCO的本地信号LO相乘。中频处理电路IF[1]至IF[4]分别对来自混频器MIX[1]至MIX[4]的信号执行滤波处理、放大处理等。模数转换器ADC[1]至ADC[4]分别将来自中频处理电路IF[1]至IF[4]的信号转换为数字信号，从而输出IF信号If[1]至If[4]。

快速傅立叶变换电路FFT[1]至FFT[4]分别对IF信号If[1]至If[4]执行快速傅立叶变换以计算距目标对象的距离。从概念上讲，如图6所示，通过混频器(MIX[1])将发射波Tx(经调制的本地信号LO)乘以接收波Rx，IF信号(例如，If[1])具有拍频fb(＝|Tx频率-Rx频率|)。发射波Tx被目标对象反射，经过延迟时间2τ，并且被接收作为接收波(反射波)Rx。线性调频信号的周期T与频率调制宽度BW之间的比率等于延迟时间2τ与拍频fb之间的比率。因此，在FMCW系统中，除了计算到目标对象的距离，还通过计算IF信号的频率(即，拍频fb)来计算延迟时间2τ。

接收波束形成器DBFr基于IF信号If[1]至If[4]来计算目标存在处的方位角θ，并且将计算结果保存在输出缓冲器OBUF中。从概念上讲，如图7所示，方位角θ作为IF信号If[1]至If[4]之间的相位差Δα出现。相位差Δα是使用相邻接收天线RX[p]和RX[p+1]之间的间隔d的与距离“d×sinθ”相对应的值。因此，可以通过检测相位差Δα来计算方位角θ。作为接收波束形成器DBFr的具体系统，波束形成器方法、Capon方法、线性预测方法等是已知的。

<第一实施例的主要效果>

第一实施例的电子设备(雷达设备)的使用通常能够减少天线的数目(同时抑制成本等的增加)并且减少与雷达搜索相关联的处理(处理时间、处理负载等)。另外，可以提高信噪比。

(第二实施例)

<电子设备的结构>

图8是示出根据本第二实施例的实施例的电子设备的示意性配置的平面图。在图8所示的电子设备(雷达设备)DEVb中，发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA被正交布置，如在图1(a)的配置中。该正交布置提供与第一实施例相同的优点。然而，在图8的配置示例中，与图1(a)的配置示例不同，发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA以十字形(加号(+)形)被布置。此外，形状不限于十字形，并且可以是T形等。

在第二实施例中，布置发射线性阵列天线TXA的Z方向与布置接收线性阵列天线RXA的X方向相交。通过以这种方式灵活地布置发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA，例如，根据需要，可以促进半导体芯片的布局设计或布线板的布局设计，并且使其高效。

(第三实施例)

<电子设备的结构>

图9是示出根据本第三实施例的实施例的电子设备的示意性配置的平面图。图9所示的电子设备(雷达设备)DEVc包括两个发射线性阵列天线TXA1、TXA2和两个接收线性阵列天线RXA1、RXA2。与图1(a)的配置相似，发射线性阵列天线TXA1和接收线性阵列天线RXA1被正交布置，并且发射线性阵列天线TXA2和接收线性阵列天线RXA2也被正交布置。

具体地，两个发射线性阵列天线TXA1、TXA2中的每个被布置在作为形成矩形的四个边之一的第一边SD1上，以及被布置在垂直于第一边SD1的第三边SD3上。两个接收线性阵列天线RXA1、RXA2分别被布置在面向第三边SD3的第二边SD2和面向第一边SD1的第四边SD4上。

该正交布置提供与第一实施例相同的优点。此外，此处，例如，将发射线性阵列天线TXA1和接收线性阵列天线RXA1用作第一对，并且将发射线性阵列天线TXA2和接收线性阵列天线RXA2用作第二对。当第一对被使用时，如在第一实施例中所述，通过发射波束形成获取仰角方向的方向性，并且通过接收波束形成获取方位角θ方向的方向性。相反，当第二对被使用时，通过发射波束形成获取方位角θ方向的方向性，并且通过接收波束形成获取仰角方向的方向性。

例如，当接收波束形成具有比发射波束形成更高的分辨率时，通过使用第一对以高分辨率计算方位角θ，并且通过使用第二对以高分辨率计算仰角如上所述，通过使用图9的配置示例适当地使用第一对和第二对，可以以更高的精度计算目标对象的三维位置。此处，第一对与第二对之间的布置关系是正交布置关系，但是在某些情况下可以不是正交布置关系。也就是说，例如，也可以在第二对的坐标轴相对于第一对的坐标轴倾斜的状态下执行雷达搜索。

(第四实施例)

<电子设备的结构>

图10是示出根据本第四实施例的实施例的电子设备的示意性配置的平面图。在图10所示的电子设备(雷达设备)DEVd中，发射线性阵列天线TXA和接收线性阵列天线RXA被正交布置，如在图1(a)的配置中。该正交布置提供与第一实施例相同的优点。然而，在图10的配置示例中，被包括在发射线性阵列天线TXA中的多个发射天线TXr[1]至TXr[4]之间的间隔d2不同于在图1(a)的情况下的间隔d1(例如，d1＜d2)。

在线性阵列天线中，图12所示的主瓣的波束宽度、在与本来期望干扰的周期不同的周期中的由无线电波的干扰产生的光栅波瓣的特性等根据天线间隔而改变。发射天线TXr[1]至TXr[4]之间的间隔(同样适用于接收天线RXr[1]至RXr[4])可以根据要获取的线性阵列天线的特性适当地优化。

尽管已经基于实施例具体描述了本发明人做出的发明，但是本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离其主旨的情况下进行各种修改。

Claims (14)

1.一种电子设备，包括：

矩形区域，具有i)第一边，ii)与所述第一边正交的第二边，iii)与所述第一边正交并且与所述第二边相对的第三边，和iv)与所述第二边和所述第三边两者正交并且与所述第一边相对的第四边；

第一对第一发射线性阵列天线和第一接收线性阵列天线，其中所述第一发射线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第一边布置、并且发射第一发射波的多个第一发射天线，其中所述第一接收线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第二边布置、并且接收所述第一发射波的反射波的多个第一接收天线；

第二对第二发射线性阵列天线和第二接收线性阵列天线，其中所述第二发射线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第三边布置、并且发射第二发射波的多个第二发射天线，其中所述第二接收线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第四边布置、并且接收所述第二发射波的反射波的多个第二接收天线；以及

控制电路，用于控制1)所述第一对所述第一发射线性阵列天线和所述第一接收线性阵列天线，以获得：i)通过发射波束形成的仰角方向的方向性和ii)通过接收波束形成的方位角方向的方向性，同时控制2)所述第二对所述第二发射线性阵列天线和所述第二接收线性阵列天线，以获得：i)通过所述发射波束形成的所述方位角方向的所述方向性和ii)通过所述接收波束形成的所述仰角方向的所述方向性。

2.根据权利要求1所述的电子设备，

其中所述多个第一发射天线包括第一发射天线和第二发射天线，所述第一发射天线和所述第二发射天线在重叠的时段中分别发射所述第一发射波和所述第二发射波，以及

其中所述多个第一接收天线包括第一接收天线和第二接收天线，并且所述第一接收天线和所述第二接收天线中的每个接收天线接收所述第一发射波的反射波和所述第二发射波的反射波。

3.根据权利要求2所述的电子设备，

其中所述控制电路基于由所述第一接收天线和所述第二接收天线接收的所述第一发射波的反射波和所述第二发射波的反射波，来计算距目标的距离，以及

其中所述控制电路在不区分所述反射波对应于所述第一发射波还是所述反射波对应于所述第二发射波的情况下，计算距所述目标的所述距离。

4.根据权利要求1所述的电子设备，

其中所述发射线性阵列天线和所述接收线性阵列天线布置在除了所述第一边和所述第二边的相交点以外的位置处。

5.根据权利要求1所述的电子设备，

其中所述控制电路以电子方式控制由所述第一发射线性阵列天线发射的所述第一发射波的方向、以及由所述第一接收线性阵列天线接收的所述反射波的方向。

6.根据权利要求1所述的电子设备，

其中所述发射波是毫米波或准毫米波。

7.一种雷达设备，包括：

矩形区域，具有i)第一边，ii)与所述第一边正交的第二边，iii)与所述第一边正交并且与所述第二边相对的第三边，和iv)与所述第二边和所述第三边两者正交并且与所述第一边相对的第四边；

第一对第一发射线性阵列天线和第一接收线性阵列天线，其中所述第一发射线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第一边布置、并且发射第一发射波的多个第一发射天线，其中所述第一接收线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第二边布置、并且接收所述第一发射波的反射波的多个第一接收天线；

第二对第二发射线性阵列天线和第二接收线性阵列天线，其中所述第二发射线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第三边布置、并且发射第二发射波的多个第二发射天线，其中所述第二接收线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第四边布置、并且接收所述第二发射波的反射波的多个第二接收天线；以及

控制电路，用于1)控制所述第一对所述第一发射线性阵列天线和所述第一接收线性阵列天线，以获得：i)通过发射波束形成的仰角方向的方向性和ii)通过接收波束形成的方位角方向的方向性，同时控制2)所述第二对所述第二发射线性阵列天线和所述第二接收线性阵列天线，以获得：i)通过所述发射波束形成的所述方位角方向的所述方向性和ii)通过所述接收波束形成的所述仰角方向的所述方向性，

其中在平面图中，穿过所述多个第一发射天线中的一个第一发射天线、并且沿着平行于所述第二边的第一方向延伸的线是第一假想线，

其中在平面图中，穿过所述多个第一接收天线中的一个第一接收天线、并且沿着平行于所述第一边的第二方向延伸的线是第二假想线，以及

其中在与所述第一假想线和所述第二假想线相交的位置处产生虚拟接收天线。

8.根据权利要求7所述的雷达设备，

其中所述多个第一发射天线在重叠的时段中分别发射第一发射波，以及

其中所述控制电路在不区分所述反射波对应于所述第一发射波中的哪个第一发射波的情况下，执行相对于由所述多个第一接收天线接收的所述反射波计算目标对象的位置的过程。

9.根据权利要求7所述的雷达设备，

其中所述第一发射线性阵列天线和所述第一接收线性阵列天线分别被布置在除了所述第一边和所述第二边的相交点以外的位置处。

10.根据权利要求7所述的雷达设备，

其中所述发射波是毫米波或准毫米波。

11.一种用于控制雷达设备的方法，其中所述雷达设备包括：

矩形区域，具有i)第一边，ii)与所述第一边正交的第二边，iii)与所述第一边正交并且与所述第二边相对的第三边，和iv)与所述第二边和所述第三边两者正交并且与所述第一边相对的第四边；

第一对第一发射线性阵列天线和第一接收线性阵列天线，其中所述第一发射线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第一边布置、并且发射第一发射波的多个第一发射天线，其中所述第一接收线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第二边布置、并且接收所述第一发射波的反射波的多个第一接收天线；

第二对第二发射线性阵列天线和第二接收线性阵列天线，其中所述第二发射线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第三边布置、并且发射第二发射波的多个第二发射天线，其中所述第二接收线性阵列天线包括沿着所述矩形区域的所述第四边布置、并且接收所述第二发射波的反射波的多个第二接收天线；以及

其中所述方法包括：

使用沿着所述矩形区域的所述第一边布置的所述多个第一发射天线分别发射第一发射波，

使用沿着所述矩形区域的所述第二边布置的所述多个第一接收天线接收所述第一发射波的反射波，

使用沿着所述矩形区域的所述第三边布置的所述多个第二发射天线分别发射第二发射波；以及

使用沿着所述矩形区域的所述第四边布置的所述多个第二接收天线接收所述第二发射波的反射波，

其中所述方法还包括：控制1)所述第一对所述第一发射线性阵列天线和所述第一接收线性阵列天线，以获得：i)通过发射波束形成的仰角方向的方向性和ii)通过接收波束形成的方位角方向的方向性，同时控制2)所述第二对所述第二发射线性阵列天线和所述第二接收线性阵列天线，以获得：i)通过所述发射波束形成的所述方位角方向的所述方向性和ii)通过所述接收波束形成的所述仰角方向的所述方向性。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中所述多个第一发射天线在重叠的时段中分别发射第一发射波。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在不区分所述反射波对应于所述第一发射波中的哪个第一发射波的情况下，相对于由所述多个第一接收天线接收的所述反射波计算目标对象的位置。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

基于所接收的所述第一发射波和所述第二发射波的反射波来计算距所述目标的距离。