专利名称：阵列天线装置和雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够抑制栅瓣的阵列天线装置，并且涉及一种雷达装置，其通 过使用该阵列天线装置来检测位于主瓣的扫描范围内的目标。
背景技术：
例如，如在专利文献JP-B-4147447中所公开的，提供这种阵列天线装置以及雷 达装置的技术是已知的。在专利文献JP-B-4147447中公开的技术中，雷达装置包括阵列 天线装置，该阵列天线装置配置为具有多个天线元件的发送阵列天线、连接到发送阵 列天线的发送处理单元、具有多个天线元件的接收阵列天线、以及连接到接收阵列天线 的接收处理单元。这个雷达装置通过使用混合发送/接收方向性(compositetransmission/reception directivity),来检测位于主瓣的扫描范围内的目标，在混合发送/接收方向性中，发送阵 列天线的栅瓣的方向(即，光栅受抑制侧)与接收阵列天线的零点的方向(即，光栅抑制 侧)相一致。术语“混合发送/接收方向性”指代对光栅受抑制侧上的方向性与光栅抑 制侧上的方向性进行混合而产生的方向性。因而，混合发送/接收方向性能够使得在光栅受抑制侧上的栅瓣的方向与在光 栅抑制侧上的零点的方向相一致。因此，可以抑制在光栅受抑制侧上的栅瓣的方向上的 灵敏度，而同时可以检测位于主瓣的扫描范围内的目标。光栅受抑制侧未必具有单一的栅瓣，而可具有多个栅瓣。类似地，光栅抑制侧 不但具有主瓣，还具有多个栅瓣。此外，在光栅受抑制侧上的波瓣以及在光栅抑制侧上 的波瓣具有相同的方向间隔。以到主瓣的距离递增的顺序，可以将这些相应的栅瓣称为 初级栅瓣，二级栅瓣，......N级栅瓣，或者称为第一栅瓣，第二栅瓣，......第N栅瓣。根据在上面的专利文献JP-B-4147447中描述的技术，在光栅受抑制侧上的第一 栅瓣的方向，与在光栅抑制侧上的主瓣与第一栅瓣之间的零点的方向相一致。因此，可 以使用混合发送/接收方向性来抑制在光栅受抑制侧上的第一栅瓣的方向上的灵敏度。然而，尽管在上面的专利文献JP-B-4147447中没有公开，但是在光栅抑制侧上 的波瓣之间的方向间隔，是在光栅受抑制侧上的波瓣之间的方向间隔的“两倍”(参照 JP-B-4147447的图2)。因而，在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向将与在光栅抑制侧上 的第一栅瓣的方向相一致。为此，随同JP-B-4147447中描述的技术，不能使用混合发送 /接收方向性来抑制在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向上的灵敏度。因此，会产生以下 顾虑即，如果在可视区域中包括在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向，则可能会引起 目标检测错误。为了消除这样的顾虑，可以 减小在天线元件之间的间隔，从而在可视区域中， 在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向将与在光栅抑制侧上的第一栅瓣的方向不相一致。 具体而言，例如可视区域展开至“士90° ”以内。为了在这个可视区域中栅瓣的方向 相互不一致，可以将在光栅抑制侧上的天线元件的间隔设置为是使用的无线电波的波长λ的“一半”或更小。然而，将在光栅抑制侧上的天线元件之间的间隔设置为这样小的间隔在物理上 是困难的。由于这种困难性，可视区域本身需要变得更小以便不引起光栅。减小可视区 域本身可能导致目标检测范围的减小。因而，在专利文献JP-B-4147447中公开的技术依 然具有改进的空间。

发明内容
根据上面描述的情形提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种能够扩宽可 视区域的阵列天线装置，而同时增加天线元件之间的间隔，并且提供一种能够通过使用 该阵列天线装置来检测目标的雷达装置。为了实现该目的，作为一个方面，本发明提供阵列天线装置，包括发送阵列 天线，其包括多个发送天线元件；发送侧方向性控制单元，其通过控制多个发送天线元 件中的至少部分发送天线元件的相位来控制发送阵列天线的方向性；接收阵列天线，其 包括多个接收天线元件；以及接收侧方向性控制单元，其通过控制多个接收天线元件中 的至少部分接收天线元件的相位来控制接收阵列天线的方向性，其中，阵列天线装置具 有混合发送/接收方向性，在该混合发送/接收方向性中，发送阵列天线和接收阵列天线 之中的一个的栅瓣的方向，与发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的零点或部分 旁瓣的方向相一致，并且发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的栅瓣的方向，与 发送阵列天线和接收阵列天线之中的前述一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且使 用该混合发送/接收方向性来在扫描范围中进行扫描。


在附图中图1是示出根据一个实施例的包括阵列天线装置的雷达装置的总体配置的框 图；图2是示出阵列因数AF(U)的示例的图示；图3是示出在主瓣的方向为“45°，，时的情形下的阵列因数AF(e)的示例的图 示；图4是示出发送阵列天线的方向性的示例和接收阵列天线的方向性的用于解释 栅瓣的出现原理的示例的图示；图5是示出对发送阵列天线的方向性和接收阵列天线的方向性进行混合而产生 的混合发送/接收方向性的用于解释抑制栅瓣的方法的示例的图示；图6是示出根据实施例的分别具有虚线和实线的发送阵列天线的方向性的示例 和接收阵列天线的方向性的示例的图示；图7是示出根据实施例的对发送阵列天线的方向性和接收阵列天线的方向性进 行混合而产生的混合发送/接收方向性的图示；图8是示出根据修改实施例的雷达装置的总体配置的框图；
图9是示出根据另一修改实施例的雷达装置的总体配置的框图；以及图10是示出根据又一修改实施例的雷达装置的总体配置的框图。
具体实施例方式参照图1至7，在下文中将会描述包括阵列天线装置的雷达装置的实施例。图1 是示出根据本发明实施例的包括阵列天线装置的雷达装置1的总体配置的框图。参考图 1，首先描述雷达装置1的配置和功能。如图1中所示，雷达装置1包括微型计算机10、振荡器11、功率分解器12、发 送侧移相器13、发送阵列天线14、接收阵列天线15、接收侧移相器16、混频器17以及 A/D转换器18。 将微型计算机10连接到振荡器11，使得微型计算机10位于振荡器11的上游， 而将功率分解器12连接到振荡器11使得功率分解器12位于振荡器11的下游。振荡器 11在由微型计算机10分配的频段(例如，毫米波段)下提供振荡。同时，振荡器11产 生变换为三角波的高频信号，并且将所产生的高频信号输出给功率分解器12。将发送阵列天线14经由发送侧移相器13连接到功率分解器12，使得发送阵列 天线14位于功率分解器12的下游。将混频器17连接到功率分解器12。功率分解器12 将从振荡器11输入的高频信号分成发送信号S和本地信号L。随后，功率分解器12将 发送信号S经由发送侧移相器13输出给发送阵列天线14，并且将本地信号L输出给混频 器17。在发送阵列天线14与功率分解器12之间放置发送侧移相器13，而同时将发送侧 移相器13连接到微型计算机10。通过在(天线表面上的)平面(未示出)上以规则的间 隔排列的多个(例如，5个)发送天线元件14a至14e来配置发送阵列天线14。根据微 型计算机10的指令，发送侧移相器13设置从功率分解器12输入给发送天线元件14a至 的14e的每个发送信号S的一定量的相移。因而，经由发送侧移相器13从功率分解器12输入发送信号(电信号)S。发送 阵列天线14以发送波束(无线电波)的形式通过发送天线元件14a至14e将这些发送信 号S发射(radiate)到外面。每个发送波束的方向取决于输入给发送天线元件14a至14e 的每个的发送信号S的相移量。基于发送阵列天线14的天线表面来决定每个发送波束的方向。具体而言，垂直 于天线表面的方向为“0°，，，而平行于天线表面的方向为“士90°，，针对发送天线元 件14a至14e的每个来控制发送信号的相位。因而，发送阵列天线14可以按所需的方向 范围来对发送波束进行发射。换句话说，发送阵列天线14的方向性是变化的。另一方面，通过在平面(未示出)上以规则的间隔排列的多个(例如，3个)接 收天线元件15a至15c来配置接收阵列天线15。将接收天线元件15a至15c经由接收侧 移相器16连接到混频器17。当目标反射了从发送阵列天线14发射的发送波束(无线电 波)时，接收阵列天线15的接收天线元件15a至15c接收反射波束(无线电波)。随后， 接收天线元件15a至15c以接收信号(电信号)R的形式将接收到的反射波束输出给接收 侧移相器16。根据微型计算机10的指令，接收侧移相器16设置从接收天线元件15a至 15c输入的每个接收信号R的一定量的相移，并且随后将接收信号R输出给混频器17。因而，从连接在混频器17上游的接收侧移相器16来将接收信号R输入给混频器 17。将微型计算机10经由A/D转换器18连接到混频器17，使得微型计算机10位于混频器17的下游。混频器17将从接收侧移相器16输入的接收信号R和从功率分解器12 输入的本地信号L进行混频(进行同步检测)，从而取出基带信号。经由A/D转换器18 将所取出的基带信号转换为数字信号，并且随后将转换后的数字信号输出给微型计算机 10。在接收阵列天线15上的每个反射波束的入射的方向(下文称为反射波束的“入 射方向”)取决于从接收天线元件15a至15c输出的每个接收信号R的相移(相位差)的 量。基于接收阵列天线15的天线表面来决定反射波束的入射方向。具体而言，垂直于 天线表面的入射方向为“0°，，，而平行于天线表面的入射方向为“士90°，，。对于接 收天线元件15a至15c的每个来控制接收信号R的相位。因而，接收阵列天线15可以从 期望的方向范围内接收反射波束。微型计算机10主要由包括CPU、ROM、RAM、备份RAM以及I/O (均未示
出)的微型计算机来配置。微型计算机10设置有处理单元(例如，DSP (数字信号处理 器))，该处理单元对经由A/D转换器18而从混频器17获取的基带信号进行快速傅里叶 变换(FFT)处理。通过执行在ROM中存储的各种控制程序，微型计算机10来进行各种处理。微型计算机10首先以从“-90°，，到“+90°，，的目标检测范围扫描主瓣的发射 角度，而同时允许发送阵列天线14发射发送波束。(因而，目标的检测范围对应于扫描 范围。)当目标位于检测范围之内时，由目标来反射从发送阵列天线14发射的发送波。 随后由接收阵列天线15接收反射波。微型计算机10判断由接收阵列天线15接收的每个 接收信号R的强度是否等于或大于阀值。当它判断出信号的强度等于或大于阀值时，微 型计算机10使用接收信号R的相位差(相移)来检测目标的方向。以这种方式，雷达装置1使用所谓的电子扫描法。微型计算机10对应于对象检 测单元。在本实施例中，使发送阵列天线14的天线表面平行于接收阵列天线15的天线 表面，并且目标的检测范围为从“_90° ”到“+90° ”的范围。下文描述栅瓣的出现原理。经由下面的表达式(1)来表示作为阵列天线的转换 函数的阵列因数AF。在该表达式中，An是每个波源的振幅，d是天线元件的元件间隔， Θ。是主瓣的方向，并且N是天线元件的数量。
权利要求
1.一种阵列天线装置，包括发送阵列天线，其包括多个发送天线元件；发送侧方向性控制单元，其通过控制所述多个发送天线元件中的至少部分发送天线 元件的相位来控制所述发送阵列天线的方向性；接收阵列天线，其包括多个接收天线元件；以及接收侧方向性控制单元，其通过控制所述多个接收天线元件中的至少部分接收天线 元件的相位来控制所述接收阵列天线的方向性，其中，所述阵列天线装置具有混合发送/接收方向性，在所述混合发送/接收方向性中，所 述发送阵列天线和所述接收阵列天线之中的一个的栅瓣的方向与所述发送阵列天线和所 述接收阵列天线之中的另一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，而所述发送阵列天线和 所述接收阵列天线之中的所述另一个的栅瓣的方向与所述发送阵列天线和所述接收阵列 天线之中的所述一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且所述阵列天线装置使用所述 混合发送/接收方向性来在扫描范围中进行扫描。
2.根据权利要求1所述的阵列天线装置，其中，所述发送天线元件和所述接收天线元件之中的一个的元件间隔Dt与所述发送天线元 件和所述接收天线元件之中的另一个的元件间隔Dr具有关系“Dt<Dr<DtX2”和“Dt < λ/Sin θ ”，其中λ是用于所述阵列天线装置的无线电波的波长，并且“士 θ，，是所 述发送阵列天线和所述接收阵列天线的扫描范围。
3.根据权利要求2所述的阵列天线装置，其中，当所述扫描范围是“士90°，，时，所述元件间隔Dt和所述元件间隔Dr具有关系 "Dr = DtX 1.5” 禾口 “Dt < λ ”。
4.根据权利要求1所述的阵列天线装置，还包括移相器，所述移相器控制至少部分的 所述接收天线元件的相位，其中，所述接收侧方向性控制单元使用所述移相器来控制所述接收阵列天线的方向性。
5.根据权利要求1所述的阵列天线装置，还包括切换器，所述切换器控制至少部分的 所述接收天线元件的相位，其中，所述接收侧方向性控制单元使用所述切换器来控制所述接收阵列天线的方向性。
6.—种雷达装置，包括根据权利要求1所述的阵列天线装置；以及基于接收信号来对对象进行检测的对象检测单元，所述接收信号是从所述发送阵列 天线发送的、由所述对象进行反射的、并且由所述接收阵列天线接收的无线电波。
全文摘要
本发明涉及阵列天线装置和雷达装置。阵列天线装置包括发送阵列天线，其包括发送天线元件；发送侧方向性控制单元，其通过控制至少部分的发送天线元件的相位来控制发送阵列天线的方向性；接收阵列天线，其包括接收天线元件；以及接收侧方向性控制单元，通过控制接收天线元件的相位来控制接收阵列天线的方向性。阵列天线装置具有混合发送/接收方向性，其中，发送阵列天线和接收阵列天线之中的一个的栅瓣的方向，与发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且之中的前述另一个的栅瓣的方向，与之中的前述一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且使用该混合发送/接收方向性来在扫描范围中进行扫描。
文档编号G01S13/02GK102025026SQ20101028777
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者近藤旭 申请人:株式会社电装