专利名称：射频脉冲信号发射器、接收器及包含发射器的收发机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于发射RF(RadiC) Frequency，射频)脉冲信号的发射器、包括 该发射器的收发机设备以及用于接收由RF脉冲信号发射器发射的信号的接收器。
背景技术：
已知有多种类型的发射器(例如用于雷达应用)，其包括具有多个天线元件的阵 列天线，其中RF脉冲信号以相应的单个发射信号被提供给天线元件，且预先确定单个发射 信号的相位分布(相位的组合)以便朝特定方向将RF脉冲信号作为调制的电磁波束发射。 此处使用的术语“RF脉冲信号”表示由已知类型的脉冲调制器电路生成的信号(如图12的波形图 所示)。该信号包括被较低幅度RF信号(此处称为“脉冲关”状态)的时段(PofT)分开的 较高幅度RF信号(此处称为“脉冲开”状态)的时段(Pon)。对于用于在高RF频率生成该信号的实际类型的脉冲调制器电路，不可能在“脉冲 关”状态期间完全排除RF信号分量。“脉冲关”状态中的较低幅度RF信号在以下被称为泄
漏信号分量。期望“脉冲开”和“脉冲关”部分的幅度比(即“脉冲开”状态的幅度与泄漏信号幅 度的比)应足够高。然而迄今为止这难以实现。为了尝试减小泄漏信号分量的相对幅度， 已提出(例如在国际专利公开No. 2006/059367)并入一种开关，该开关将被控制成使RF脉 冲信号的每个“脉冲开”部分通过和阻断每个“脉冲关”部分。还提出了并入用于仅在每个“脉冲 开”时段期间放大RF脉冲信号的放大器。然而，通过减小泄漏信号分量的相对幅度来提高发射/接收性能的这种方法具有 需要昂贵的附加装置(如开关和放大器等)的缺点。
发明内容
本发明的目的是克服以上问题，实现RF脉冲信号的泄漏信号分量的负面效果的 减�。恍枰褂枚钔獾目鼗蚍糯笃骼词迪指媚康�。为了实现该目的，根据第一方面，本发明提供了一种RF脉冲信号发射器，其具有 由以固定间距设置的天线元件的阵列形成的发射天线；以及RF脉冲信号提供电路，其提供 要由所述天线发射的(作为电磁波的)RF脉冲信号(为对应于相应的天线元件的多个单个 的发射信号)。如上所示，RF脉冲信号是高频率信号，其在被称为“脉冲开”状态的高幅度 状态的时段和被称为“脉冲关”状态的低幅度状态的时段(包含泄漏信号分量的时段)之 间交变。在此“高频”表示例如微波范围内的频率。 该设备进一步包括相位调节电路，其被控制成调节各个发射信号的相位分布。该 设备还包括方向控制电路，其控制相位调节电路以在“脉冲开”时段期间设置相位分布，使 得从阵列天线朝预定发射方向发射RF脉冲信号(即作为调制的电磁波)。
该设备特征在于进一步包括相位改变电路，其控制相位调节电路以建立“脉冲关” 状态期间的各个发射信号的相位分布，该相位分布不同于“脉冲开”状态的每个时段期间的相位分布。更具体地，取决于发射器的应用，各个发射信号的相位分布可在多个相继的“脉冲 开”时段中的每个时段期间保持不改变，或可在相继的“脉冲开”时段中依次地改变(即用 于建立相继不同的发射方向)。然而在任一情况下，本发明可确保在与RF脉冲信号的“脉 冲开”时段期间建立的发射方向(发射的束方向)相同的方向中，不会以最大强度辐射由 RF脉冲信号的泄漏信号分量导致的电磁波。以这种方式，与其中相位分布相对于“脉冲开”时段期间的相位分布保持不变的情 况相比，确保了在每个“脉冲关”时段期间在发射方向上来自天线的辐射功率的水平(即从 RF脉冲信号的泄漏信号分量导致的发射的噪声)被显著减小。因而，在每个“脉冲关”时段期间由RF脉冲信号的泄漏信号分量导致的从天线发 射的噪声水平(即在与“脉冲开”时段期间发射的束相同的方向上作为电磁波发射的噪声) 降低的情况下，可实现改进的性能。另一方面，本发明提供了一种包括上述发射器的收发机设备，其中阵列天线被共 用为发射天线和接收天线。当在天线处接收回从天线发射的RF脉冲信号(即从某物体反 射回的电磁波)时，在发射的RF脉冲信号的每个“脉冲关”状态的时段期间，该信号作为分 别来自对应天线元件的多个单个的接收信号被接收。收发机设备包括多个循环器(即微波循环器)。每个循环器在将单个发射信号和 单个接收信号彼此隔离的同时，将对应的单个发射信号转移到对应的天线元件，还转移来 自对应天线元件的对应的单个接收信号。各个接收信号从循环器转移到收发机设备的接收 器电路，这些信号被组合成单个接收信号。在现有技术中，通过这种类型的收发机设备，发射的RF脉冲信号的泄漏信号分量 (在该信号的每个“脉冲关”时段期间出现)通过与各个循环器内的单个接收信号相互作 用而造成对各个接收信号的干扰。当接收信号和发射信号是相同相位时该干扰特别强。然 而，如上所述，当在这样的收发机设备中应用根据本发明的发射器时，每个“脉冲关”时段期 间各个发射信号的相位分布(即这些单个的发射信号的相应泄漏信号分量的相位分布)与 “脉冲开”时段中的相位分布不同。结果，可有效地减小由所发射的RF脉冲信号的泄漏信号分量造成的在循环器内 出现的干扰。除了根据本发明的发射器的上述基本优点(即降低了每个“脉冲关”时段期间在发射的束方向上辐射的噪声功率的水平)之外，还获得了该优点。
另一方面，本发明提供了一种包括上述发射器的收发机设备，其具有由以固定间 距布置的天线元件的第二阵列形成的第二阵列天线。收发机设备进一步包括接收器电路， 其接收从第二阵列天线的对应天线元件分别提供的多个单独的接收信号；以及接收侧相位 调节电路，其被控制成调节各个接收信号的相位分布。收发机设备还包括用于选择距离选 通时段的接收方向控制电路。距离选通时段是与所发射的RF脉冲信号的“脉冲开”时段的 持续时间近似相同的时段，其在“脉冲开”时段之后经过预定时间后开始。接收方向控制电 路还控制接收侧相位调节电路以建立距离选通时段期间的各个接收信号的第一相位分布， 第一相位分布被预设成最大化对相应于发射方向的接收信号的接收灵敏度。
更具体地，在距离选通时段期间，确定第一相位分布，以便最大化对接收信号的接收灵敏度，该接收信号由沿特定方向(即在前的“脉冲开”时段期间所发射的束的方向)到 达的接收电磁波生成。收发机设备进一步包括距离选通时段扫描电路，用于在所发射的RF脉冲信号的 相继“脉冲开”时段之间的时段内扫描距离选通时段的定时。该收发机设备特征在于包括接收侧相位改变电路，其控制接收侧相位调节电路以 建立各个接收信号的第二相位分布，第二相位分布不同于第一相位分布。除了接收方向控 制电路施加控制以建立第一相位分布的每个时段(即距离选通时段)之外，连续地建立第 二相位分布。以这种方式，只在每个距离选通时段期间优化接收灵敏度，使得可以有效地增加 对于接收信号传递的噪声的阻抗。
图1是示出第一实施例的总体配置的框图，示出的是RF脉冲信号发射器；图2是通过第一实施例执行的束发射处理的流程图；图3A是用于描述通过第一实施例生成的RF脉冲信号的时序图；图3B示出通过第一实施例生成的相继发射的束的相应的方向图；图4示出紧接在从信号的“脉冲开”时段到“脉冲关”时段的转变之后的RF脉冲 信号的波形图；图5是用于描述改变分别提供给第一实施例的天线元件的各个发射信号的相位 分布的效果的波形图；图6是示出对于各个天线元件的单独的RF脉冲信号的相位不改变的情况和对于 各个相位被改变以减小泄漏信号(噪声)分量的情况，所发射的RF脉冲信号的图；图7是示出第二实施例的总体配置的框图，示出的是包括第一实施例的发射器的 RF脉冲信号收发机设备；图8A和8B是用于描绘第二实施例中使用的循环器的操作原理的图，图9是示出第三实施例的总体配置的框图，示出的是包括第一实施例的发射器的 RF脉冲信号收发机设备；图10是通过第三实施例执行的处理的流程图；图11示出用于描绘第三实施例的操作的时序图；以及图12是示出RF脉冲信号的波形图。
具体实施例方式第一实施例图1是示出第一实施例的总体配置的框图，所示出的是由附图标记1表示的发射 器。如图1所示，发射器1包括阵列天线11、发射器部12、信号分配器13、发射侧相位调节 部14和信号处理部15。阵列天线11具有五个天线元件11a。发射器部12生成高频信号 (RF信号)作为发射信号，该信号被所示的信号分配器13在五个路径之间分割，以经由发射 侧相位调节部14提供给各个天线元件11a。发射侧相位调节部14具有五个移相器14a，通过从信号处理部15提供的命令信号来控制移相器14a以调节从信号分配器13输出的各个 发射信号的相应相位。除了控制这些相位之外，信号处理部15生成用于控制发射器1的各 个部件的命令信号。因而应理解发射器1可发射电磁波束，所述电磁波束具有通过调节分别提供给天 线元件Ila的各个发射信号的相位而控制的方向图。如以下所述，根据信号处理部15产生 的发射侧束调节命令进行上述的调节。信号处理部15是由CPU、ROM、RAM、A/D转换器等形成的一般类型的微型计算机， 其通过执行包括生成发射侧束调节命令等的处理来控制高频信号的发射。
以下参考图2的流程图和图3A的时序图来说明信号处理器部15执行的处理(以 下称为束发射处理)，该处理用于在所发射的RF脉冲信号的相继的“脉冲开”时段期间以预 定顺序从阵列天线11生成朝向相继不同方向的电磁波束。在信号处理部15工作时，即在 负载功率被提供给信号处理部15时，该处理被信号处理部15重复执行。当开始执行处理时，首先(步骤S10)信号处理部15将发射方向命令值Kb设为发 射方向初始值θ ini，对于该实施例该值是-10° (例如是方位角)。接着在步骤S20，相位 差调节命令被提供给发射侧相位调节部14。这些命令是(1) “发射开”相位调节命令，其指定在图3A所示的“发射开”时段TSon (即对应 于由发射器部12生成的RF脉冲信号的“脉冲开”时段)期间的多个单独的发射信号的相 位分布，从而阵列天线11朝由发射方向命令值Kb指定的方向θ k发射电磁波束，以及(2) “发射关”相位调节命令，其指定直到随后的“发射开”时段TSon开始时要被 建立(即在RF脉冲信号的随后的“脉冲关”时段期间建立)的多个单独的发射信号的相位 分布，该相位分布不同于“发射开”时段TSon的相位分布。从而减小了朝着由发射方向命 令值Kb指定的方向自阵列天线11发射的作为噪声的电磁波(由RF脉冲信号的泄漏信号 分量产生)的水平。在此，“相位分布”表示提供给阵列天线11的天线元件Ila的多个单独的发射信号 的相位的特定组合。特别地，在此处说明的实施例的情况下，“相位分布”表示相邻天线元件 的各个发射信号之间的预定的固定量的相移。由“发射开”相位调节命令所表达的相位分布使得相邻的天线元件Ila的各个发 射信号之间的相位差Φ 遵从以下等式φ k = ( π · d · sin θ k) / λ ... (1)。在此，“d”表示天线元件Ila的阵列的间距，而λ表示所发射的电磁波的波长。由“发射关”相位调节命令所表达的相位分布使得相邻天线元件Ila之间的相位 差Φ 遵从以下等式Φ = 2 π/N." (2)。在此，N表示构成天线元件Ila的元件的数目。在S20之后，执行S30，其中信号处理部15将下文中被称作“脉冲开”命令的命令 发射到发射侧相位调节部14。结果，发射侧相位调节部14首先在“发射开”时段TSon (在 该实施例中是例如10纳秒)期间将天线元件Ila的各个发射信号设为由“发射开”相位调 节命令指定的相位分布。当经过了“发射开”时段TSon时，发射侧相位调节部14将各个发 射信号设为由“发射关”相位调节命令指定的相位分布。
在步骤S30之后，在步骤S40中，开始增加发射延续时段判断定时器值TMl。使用 信号处理部15的RAM来实施该定时器，在本实施例中，每100纳秒增加一次。在步骤S50，增加发射延续时段判断定时器值TM1，并判断定时器是否到达脉冲时 段判断值JTl (在该实施例中，对应于例如500纳秒)。如果还没有到达该值，则重复步骤 S50。如果发现到达了值JTl (步骤S50中的是)，则停止增加发射延 续时段判断定时器 值TM1，且定时器值被重置为零(步骤S60)。因此，在执行步骤S40之后第一次执行步骤 S50时，发射延续时段判断定时器值TMl的增加总是从为零的初始定时器值开始。然后判断(步骤S70)发射方向命令值Kb是否超过了发射方向上限值JKm(在该 实施例中为+10° )。如果判断出没有超过发射方向上限值JKm(步骤S70中的否)，则更新 发射方向命令值Kb (在该实施例中，将10°加到Kb的当前值上)，操作返回步骤S20。然后 重复步骤S20-S80的处理。如果到达了限制值JKm(步骤S70的是)，则结束对束发射处理的这种执行。对于该实施例，当图2的处理开始时所发射的束方向初始被设为10° (在步骤 S10)，且每次执行步骤S80时加10°。可理解在每次执行图2的处理中，建立了三个相继的 束方向(-10°，0°，10° )，分别对应于图3A所示的三个相继的“脉冲开”时段PN1、PN2和 PN3，对于该实施例每个“脉冲开”时段的持续时间为10纳秒。此外如图3A所示，利用等于 脉冲时段判断值JTl的时段来分开相继的“脉冲开”时段Pm、PN2和PN3。作为在每次执行步骤S20中(即对应于“脉冲开”时段Pm、PN2和PN3的三个相继 的执行)由所提供的“发射开”相位调节命令表达的相应相位分布的结果，在天线元件Ila 的各个发射信号的相位被如上所述相应地调节的情况下，阵列天线11相继地建立了图3B 所示的束方向图DP1、DP2、DP 3 (分别对应于“脉冲开”时段Pm、PN2和PN3)。也就是说，当 分别在“脉冲开”时段PN1，PN2和PN 3期间发射方向θ k分别变为-10°，0°和10°时， 出现来自阵列天线11的最大发射功率。下面参考图4和5说明通过各个发射信号的相位调节来在每个“脉冲关”时段(图 3A中的时段JT1、JT2)期间减小RF脉冲信号的泄漏信号分量朝着特定方向发射的强度的 原理。图4示出了紧接在从“脉冲开”时段到“脉冲关”时段的改变之后的相应的各个发射 信号的相位，示出了每个信号从在“脉冲开”时段期间存在的相位状态到针对“脉冲关”时段 建立的相位状态的转变。上述实施例的五个天线元件分别标记为AN1-AN5，且假定各个发射 信号在“脉冲开”时段期间具有相同的相位，即在“脉冲开”时段期间朝阵列天线11的视轴 (0° )方向发射波束。在随后的“脉冲关”时段期间，如果使各个发射信号的相位分布不改 变，则经组合的多个单独的发射信号(所发射的RF脉冲信号)将如图5的Wll所示。在这 种情况下，所发射的RF脉冲信号的泄漏信号分量将产生显著的干扰，即在与之前的“脉冲 开”时段期间相同的方向上具有最大强度。如果如图4的波形W2所示，相邻天线元件之间的相位差被设为45°，则在“脉冲 关”时段期间经组合的多个单独的发射信号(即针对朝着在“脉冲开”时段中建立的方向的 发射)将具有如下的有效幅度，该有效幅度是相位分布不改变时的幅度的1/2。这在图5中 以波形W12示出。相似地，如果在“脉冲关”时段期间的天线元件之间建立90°的相位差，如图4的波形W3所示，则在“脉冲关”时段中经组合的多个单独的发射信号的有效幅度将减小到1/5，如图5的波形W13所示。因而，应理解在图2的步骤S20中由“发射关”相位调节命令指定的相位分布用来 确保在“脉冲开”时段期间阵列天线11朝由命令值Kb指定的方向发射了束之后，在随后 的“脉冲关”时段期间各个发射信号(泄漏信号)的相位分布被适当地改变，以建立阵列天 线11的与“脉冲开”时段期间的方向图大为不同的方向图。因而，可有效减小所发射的由RF脉冲信号的泄漏信号分量导致的噪声的影响，即 在“脉冲开”时段期间朝方向θ k发射的信号功率与在“脉冲关”时段期间朝方向9 k发射 的(噪声)信号功率的比有效地增加。图6示出了针对上述方法获得的结果。在图6中，PS 11表示在“脉冲关”时段期 间的各个发射信号的相位分布相对于“脉冲开”时段期间保持不变的情况下，每个“脉冲关” 时段期间经组合的信号的相对幅度(例如作为所发射的电磁波的强度被检测到的)。PS 12 表示如上所述在每个“脉冲关”时段期间适当地调整各个发射信号的相位分布的情况下的 对应幅度。如所示出的那样，可实现在每个“脉冲关”时段期间由泄漏信号分量导致的噪声 水平的显著降低。上述实施例的基本优点在于在不需要使用额外的装置(如开关或放大器等)的 情况下有效地实现了期望的目的。因而，在实现期望的结果的同时，可利用RF脉冲信号发 射器的现有系统硬件。除了上述泄漏信号分量(具有相位的信号分量)之外，在每个“脉冲关”时段期间， RF脉冲信号还包含随机噪声分量Nr。如果泄漏信号分量大于噪声Nr，则如上所述可通过 降低Nc来实现发射器1的改进的发射性能。也就是说，使Nc小于Nr不能获得进一步的改进。相对于所附权利要求而言，发射器部12、信号分配器13和图2的流程图的步骤 S30的处理结合起来对应于脉冲信号提供电路。发射侧相位调节部14对应于发射侧相位调 节电路。步骤S20的处理对应于发射方向控制电路以及发射侧相位改变电路。第二实施例图7是示出第二实施例的总体配置的框图，所示出的是RF脉冲信号收发机设备2。 如图所示，收发机设备2包括阵列天线21 (阵列天线21具有天线元件21a的阵列)、信号 分离器部22、发射器部23、信号分配器24、发射侧相位调节部25、接收侧相位调节部26、信 号组合器27、接收器部28和信号处理部29。信号分离器部22将各个发射信号分布(相位 调节)到天线元件21a中的相应天线元件，从天线元件21a中的相应天线元件接收各个接 收信号。发射器部23被信号处理部29控制，以生成针对在前实施例的发射器部12描述的 RF脉冲信号，其被提供给信号分配器24。信号分配器24和发射侧相位调节部25的功能分 别与上述第一实施例的信号分配器13和发射侧相位调节部14的功能相同(即发射侧相位 调节部25的移相器25a的功能对应于发射侧相位调节部14的移相器14a的功能)，因此省 略其详细说明。从发射侧相位调节部25产生的经相位调节的各个发射信号经由信号分离 器部22被传送到天线元件21a中的相应天线元件。接收侧相位调节部26由多个移相器26a形成，移相器26a分别对从信号分离器部 22提供的各个接收信号进行相位调节。信号组合器27组合来自接收侧相位调节部26的所生成的经相位调节的各个接收信号，并将所生成的经组合的接收信号提供给接收器部28。接收器部28对经组合的接收信号进行频率转换、滤波和放大，并将结果提供给信号处理部 29。信号处理部29产生用于控制收发机设备2的各个部件的各种类型的命令，还基于从接 收器部28接收到的输出进行各种形式的处理。对于该实施例，通过独立地控制多个单独的发射信号的相位和多个单独的接收信 号的相位，彼此无关地控制从阵列天线21产生的发射束的方向图和阵列天线21的接收束 的方向图。各个发射信号和各个接收信号具有微波范围内的频率，信号分离器部22由如图7 所示方式连接的五个微波循环器22a形成。该实施例的循环器的内部配置和操作如图8A 和8B所示。使用微带线形成循环器。由薄金属膜形成的环状带PT连接到三个1/0(输入 /输出)端TNI、TN2、TN3,并被布置在铁氧体衬底上。在薄膜PT上布置柱形永久磁体(由 坡莫合金形成，图中未示出)，以对铁氧体衬底施加单向磁场。如果没有施加磁�。蛉缤�8A所示，当通过I/O端TN 1输入电磁波(即微波)时， 将分别从I/O端TN2和TN3产生相同的输出。然而，如果如图8B所示施加磁场Hdc，则铁氧 体中电子的自旋与磁场Hdc相互作用，导致电磁传播模式的转换。通过施加适当强度的磁 场Hdc (如该实施例的循环器22a那样)，模式变为旋转30°。因而，例如，通过I/O端TNl 输入的电磁波被转移到从I/O端TN2输出，不从I/O端TN3产生输出。信号处理部29是由CPU、ROM、RAM、A/D转换器等形成的通常类型的微型计算机， 其进行处理以控制由发射器部23生成RF脉冲信号，且控制在RF脉冲信号的每个“脉冲开” 时段期间从阵列天线21发射高频波的方向，如以上针对第一实施例所述。信号处理部29 进一步执行用于控制在每个“脉冲关”时段期间的阵列天线21的接收束方向图的处理，如 以下所述。由于本实施例的发射操作(在信号处理部29的控制下由信号分配器24和发射侧 相位调节部25进行)与针对第一实施例描述的发射操作相似，因此省略其详细说明。对于该实施例，在每个“脉冲关”时段期间，对接收器部28提供来自信号组合器27 的接收信号(通过由接收侧相位调节部26对天线元件21a的相应的各个接收信号进行相 位调节之后组合这些信号而产生该接收信号)。在每个“脉冲关”时段期间，存在如下危险 所发射的RF脉冲信号的上述泄漏信号分量将进入信号分离器部22的接收侧，即干扰循环 器22a的操作从而干扰从天线元件21a提供的接收信号。从而可降低收发机设备2的接收 性能。特别地，如果来自天线元件21a的各个接收信号具有与天线元件21a的对应天线 元件的各个发射信号相同的相位，则该干扰的影响特别大。然而，对于本实施例，由于以与参考图2的流程图针对第一实施例描述的发射操 作相同的方式控制发射操作，即在每个“脉冲开”时段之前发出“发射关”相位调节命令以 指定在随后的“脉冲关”时段期间各个发射信号的适当相位分布(与“脉冲开”时段不同的 相位分布)，确保了由所发射的RF脉冲信号的泄漏信号分量造成的干扰被有效地减小。特 别地，每个“脉冲关”时段期间在循环器22a内发生的干扰被减小。因此，收发机设备2的 接收性能被提高了。对于上述第二实施例，发射器部23、信号分配器24以及步骤S30和S60的处理结合起来对应于所附权利要求中提及的脉冲信号提供电路，而发射侧相位调节部25对应于 发射侧相位调节电路，循环器22a和接收器部28结合起来对应于接收器电路。第三实施例将说明第三实施例，其是具有图9的框图所示的总体配置的雷达收发机设备3。收发机设备3与在前实施例基本不同之处在于分别分开地提供接收天线和发射天线，发射 信号的信号路径与接收信号的信号路径分开。如图所示，收发机设备3包括阵列天线31 (该阵列天线31具有天线元件31a的阵 列)、发射器部32、信号分配器33、发射侧相位调节部34、阵列天线35、接收侧相位调节部 36、信号组合器37、接收器部38和信号处理部39。如针对第一实施例的发射器部12所述， 发射器部32在信号处理部39的控制下生成RF脉冲信号，RF脉冲信号被提供给信号分配 器33。发射器部32、信号分配器33、发射侧相位调节部34和阵列天线31的功能分别与上 述第一实施例的发射器部12、信号分配器13、发射侧相位调节部14和阵列天线11的功能 相同，且被信号处理部39控制(如针对第一实施例的信号处理部15执行的控制所描述的 那样)，因此省略其详细说明。另外，接收器部38、信号组合器37、接收侧相位调节部36和阵列天线35的功能分 别对应于上述第二实施例的接收器部28、信号组合器27和接收侧相位调节部26的功能，但 是由信号处理部39以如下所述的专用于本实施例的方式控制这些部件从阵列天线35的 天线元件35a产生的各个接收信号被分别直接提供给接收侧移相器36a中的对应的接收侧 移相器。信号处理部39是由CPU、ROM、RAM、A/D转换器等形成的通常类型的微型计算机， 其进行处理以控制收发机设备3的各个部件，如下所述。以下参考图10的流程图和图11的时序图说明由信号处理部39执行的用于控制 发射和接收操作的处理。该处理在信号处理部39工作时由信号处理部39重复执行。首先(步骤S310)，信号处理部39将发射方向命令值Kb设为初始值θ ini，对于 本实施例为-10°。接着，在步骤S320，将距离选通时段开始定时值JT2设为初始距离选通时段开始 定时值Tini。这是接收距离选通时段RG开始的定时，如图11所示。在步骤S330，将“发射开”相位调节命令和“发射关”相位调节命令提供给发射侧相 位调节部34。如以上针对第一实施例所述，“发射开”相位差调节命令(对于提供给天线元 件31a的各个发射信号)指定预定的相位分布，从而阵列天线31在发射器部32生成的RF 脉冲信号的下一“脉冲开”时段期间(具有持续时间TSon，在本实施例中例如是10纳秒) 生成在由发射方向命令值Kb指定的方向上具有最大强度的束，而“发射关”相位差调节命 令指定预定的相位分布，从而来自天线元件31a的束(沿发射方向命令值Kb指定的方向) 的强度在随后的“脉冲关”时段期间被最小化。接着在步骤S340，距离选通时段开始定时值JT2、“接收开”相位差调节命令以及 “接收关”相位差调节命令被提供给接收侧相位调节部36。“接收开”相位差调节命令指定 来自阵列天线35的各个接收信号的预定相位分布，从而对于由发射方向命令值Kb指定的 方向出现最大接收灵敏度(即对于沿该方向到达的接收波的最大接收灵敏度)。“接收关” 相位差调节命令指定各个接收信号的预定相位分布，从而对于由发射方向命令值Kb指定的方向出现最小(即零)接收灵敏度。结果，(如图11的时序图所示)，当在步骤S350 “脉冲开”时段开始时，在经过了对应于距离选通时段开始定时值JT2的时段之后，接收侧相位调整部36调整各个相应接收 信号的相位分布，以变为如“接收开”相位差调整命令所指定的那样，然后经相位调整的各 个接收信号被信号组合器37组合成单个的接收信号，其被提供给接收器部38。在距离选通时段RG的时段(对于本实施例具有持续时间TSon)期间持续这种情 况，然后接收侧相位调整部36调整各个相应的接收信号的相位分布，以变为如“接收关”相 位差调整命令所指定的那样。从下一“脉冲开”时段的开始重复上述操作，如以下所述那样施加距离选通时段开 始定时值JT2的更新值。在步骤S340之后，执行步骤S350，其中信号处理部39向发射器部32和发射侧相 位调节部34发射“脉冲开”命令。结果，发射侧相位调节部34首先在上述“发射开”时段 (持续时间TSon，在本实施例中例如10纳秒)期间将天线元件31a的各个发射信号设为由 “发射开”相位调节命令指定的相位分布。当经过了“发射开”时段时，发射侧相位调节部34 将各个发射信号设为由“发射关”相位调节命令指定的相位分布。在步骤S350之后，在步骤S360中，开始增加发射持续时段判断定时器TMl。使用 信号处理部39的RAM来实施该定时器，对于本实施例，例如每100纳秒增加一次。接着，在步骤S370，判断发射持续时段判断定时器值TMl是否到达了脉冲时段判 断值JTl (表示发射器部32生成的RF脉冲信号的一个周期的持续时间，例如对于本实施例 表示500纳秒)。如果没有到达该值，则增加定时器且重复步骤S370。如果发现到达了值JTl (步骤S37的是)，则停止增加发射持续时段判断定时器值 TMl，定时器值被重置为零(步骤S380)。接着，在步骤S390，判断距离选通时段开始定时值JT2是否超过了脉冲时段判断 值JT1。如果没有(即步骤S390的否判决)，则执行步骤S400，其中距离选通时段开始定时 值JT2通过增加预定的距离选通时段开始更新值而得以更新。然后操作返回步骤S330，从 步骤S330开始重复上述处理。对于本实施例，距离选通时段开始更新值与“发射开”时段 值TSon相同。然而，如果在步骤S390发现距离选通时段开始定时值JT2超过了脉冲时段判断值 JT1，则执行步骤S410。在步骤S410，判断发射方向命令值Kb是否超过了发射方向上限值 JKm(对于本实施例，例如是+10° )。如果没有超过发射方向上限值JKm(步骤S410的否)， 则在步骤S420通过增加发射方向命令值Kb (例如以10° )来更新发射方向命令值Kb。然后执行步骤S430，其中距离选通时段开始定时值JT2被设为初始距离选通时段 开始定时值Tini。然后操作返回步骤S330，从步骤S330开始重复以上处理。如果达到了发射方向的上限值JKm(步骤S410的是)，则结束处理的执行。对于本实施例，从以上内容可理解到，控制在由发射器部32生成的RF脉冲信号的 “脉冲开”时段(具有持续时间TSon)，从而朝由发射方向命令值Kb指定的方向发射电磁波 束。该控制基于步骤S340的“发射开”相位调节命令。在开始“脉冲开”时段之后经过了距 离选通时段开始时段JT2之后，在接收距离选通时段的时段(也具有持续时间TSon)期间， 接收侧相位调节部36被控制以提供针对接收波(该接收波从由发射方向命令值Kb指定的方向到达)的最大接收灵敏度(即信号组合器37得出的经组合的接收信号的最大幅度)。该控制基于步骤S340的“接收开”相位调节命令。在距离选通时段期间之外的时间，接收侧相位调节部36被控制以建立来自天线 元件35a的各个接收信号的相位分布，其与在前的“脉冲开”时段期间的各个发射信号的相 位分布不同。从而降低了针对从由发射方向命令值Kb指定的方向到达的接收波的接收灵 敏度。该控制基于步骤S340的“发射关”相位调节命令。依据步骤S 390所确定的结果，该操作在固定的多次相继RF脉冲信号时间段重 复，在循环期间束方向θ k保持不变而通过步骤S400的更新操作在相继的“脉冲开”时段之 间的每个脉冲间时段内(即在每个“脉冲关”时段内)扫描距离选通时段的开始定时JT2。 每次发射方向9k被更新了时(S310或步骤S420)重复该操作序列，而距离选通时段的开 始定时JT2被重置为初始定时Tini (步骤S320或S430)。以这种方式，除了如上所述针对第一实施例描述的发射器部的优点之外，通过对 来自阵列天线35的各个接收信号的相位分布的适当调节，通过在每个距离选通时段之外 的时间降低收发机设备的接收灵敏度，实现了改进的接收性能(改进了接收噪声阻抗)。应 理解该实施例可用作雷达设备，其接收反射的电磁波，该电磁波一般沿与所发射的电磁波 基本相同的方向返回。应注意到尽管针对收发机设备包括了根据第一实施例的发射器的情况说明了第 三实施例，同样也可以结合现有技术类型的RF脉冲信号发射器(其不改变“脉冲关”时段 中各个发射信号的相位分布)来利用第三实施例的接收器部。因此应理解本发明不限于上述实施例，可想到所述实施例的落入本发明的要求保 护的范围内的各种改型或替代配置。
权利要求
一种发射器，包括，第一阵列天线，包括以固定间距排列的多个第一天线元件，射频脉冲信号提供电路，被配置成向所述多个第一天线元件中相应的天线元件提供作为多个单独的发射信号的射频脉冲信号，所述射频脉冲信号在高幅度的“脉冲开”状态和低幅度的“脉冲关”状态之间交变，发射侧相位调节电路，被控制以调节所述单独的发射信号的相位分布，以及发射方向控制电路，被配置成在所述“脉冲开”状态期间控制所述发射侧相位调节电路，以建立所述单独的发射信号的第一相位分布，从而从所述天线朝预定方向将所述射频脉冲信号作为电磁波发射，其中所述发射器包括发射侧相位改变电路，被配置成在所述“脉冲关”状态期间控制所述发射侧相位调节电路，以建立所述单独的发射信号的第二相位分布，所述第二相位分布不同于所述第一相位分布。
2.一种包括根据权利要求1所述的发射器的收发机设备，其中所述第一阵列天线共用 为发射天线和接收天线，在所述射频脉冲信号的所述“脉冲关”状态期间从所述多个第一天 线元件中相应的天线元件产生多个单独的接收信号，其中所述收发机设备包括多个循环器，被耦合成在隔离所述单独的接收信号与所述单独的发射信号的同时，向 所述多个第一天线元件提供所述单独的发射信号和从所述多个第一天线元件接收所述单 独的接收信号，以及接收器电路，被耦合成从所述循环器接收所述接收信号。
3.—种收发机设备，包括 根据权利要求1所述的发射器，第二阵列天线，包括以固定间距排列的多个第二天线元件，接收器电路，被耦合成接收从所述多个第二天线元件中相应的天线元件提供的多个单 独的接收信号，接收侧相位调节电路，被控制成调节所述单独的接收信号的相位分布， 接收方向控制电路，被配置成在所述单独的发射信号的所述“脉冲开”状态的终止和 所述“脉冲开”状态的下一发生之间的脉冲间时段内，选择距离选通时段，所述距离选通时 段在所述“脉冲开”状态的发生之后经过了预定的调节开始时段之后开始；以及控制所述接 收侧相位调节电路以在所述距离选通时段期间建立所述单独的接收信号的第一相位分布， 以便最大化关于对应于所述预定方向的接收信号的接收灵敏度，所述距离选通时段的持续 时间基本上等于所述“脉冲开”状态的持续时间，以及距离选通时段扫描电路，被配置成在所述脉冲间时段内扫描所述距离选通时段， 接收侧相位改变电路，被配置成在所述接收方向控制电路施加用于建立所述第一相位 分布的控制之外的时候，控制所述接收侧相位调节电路，以建立所述单独的接收信号的第 二相位分布，所述第二相位分布不同于所述第一相位分布。
4.根据权利要求3所述的收发机设备，其中所述单独的接收信号的所述第二相位分布 被预先确定以最小化对相应于所述预定方向的接收信号的所述接收灵敏度。
5.一种结合发射器使用的接收器，用于接收由所述发射器朝预定方向作为电磁波发射 的射频脉冲信号，所述接收的射频脉冲信号在高幅度的“脉冲开”状态和低幅度的“脉冲关”状态之间交变，所述接收器包括阵列天线，包括以固定间距排列的多个天线元件，接收器电路，被配置成获取作为从所述多个天线元件中的相应天线元件供给的多个单 独的接收信号的所述接收的射频脉冲信号，相位调节电路，被控制成调节所述单独的接收信号的相位分布， 接收方向控制电路，被配置成在所述接收的射频脉冲信号的所述“脉冲开”状态的终 止和所述“脉冲开”状态的下一次发生开始之间的脉冲间时段内选择距离选通时段，所述距 离选通时段在所述“脉冲开”状态的发生之后经过了预定的调节开始时段之后开始；以及控 制所述接收侧相位调节电路以在所述距离选通时段期间建立所述单独的接收信号的第一 相位分布，以便最大化对相应于所述预定方向的接收信号的接收灵敏度，所述距离选通时 段的持续时间基本上等于所述“脉冲开”状态的持续时间，以及距离选通时段扫描电路，被配置成在所述脉冲间时段内扫描所述距离选通时段， 其中所述收发机设备包括相位改变电路，所述相位改变电路被配置成在所述接收方向 控制电路施加控制以建立所述第一相位分布之外的时间，控制所述相位调节电路，以建立 所述单独的接收信号的第二相位分布，所述第二相位分布不同于所述第一相位分布。
6.根据权利要求5所述的接收器，其中所述单独的接收信号的所述第二相位分布被预 先确定，以最小化对相应于所述预定方向的接收信号的所述接收灵敏度。
全文摘要
公开了射频脉冲信号发射器、接收器及包含发射器的收发机设备。该发射器生成射频脉冲信号，该射频脉冲信号具有交变的高幅度“脉冲开”时段和低幅度“脉冲关”时段，并提供作为阵列天线的天线元件的相应的单独的发射信号的射频脉冲信号，这些单独的发射信号在每个“脉冲开”时段期间具有一相位分布，从而从天线朝预定的发射方向发射束。在每个“脉冲关”时段期间，针对这些单独的发射信号建立不同的相位分布，从而减小了在每个“脉冲关”时段期间朝发射方向辐射的噪声的水平。
文档编号G01S7/28GK101813766SQ201010004429
公开日2010年8月25日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年2月25日
发明者三宅康之, 大川邦彦 申请人:株式会社电装
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
