专利名称：支持近程和远程雷达操作的雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明的示范实施例涉及一种雷达装置，并更具体地，涉及一种支持近程和远程雷达操作的雷达装置，其在通过单一装置或系统配置支持近程雷达操作和远程雷达操作的同时，能够通过在单一芯片上实现雷达装置中的大部分组件，而实现小型化、高集成度和低功耗。
背景技术：
本发明的背景技术在韩国专利公开第2009-0067990号(2009年6月25日公布)
中公开。近来，随着对毫米/亚毫米波段中的近程高分辨率雷达需求的增加，该方面的研究已得到延续。能够区分或分解临近对象之间的距离的高分辨率雷达系统已被广泛地用作工业、军事应用等，并在现实生活中主要用于交通工具的雷达系统。作为实现智能交通系统的重要技术的交通工具的雷达系统可意味着这样的交通工具的安全驾驶系统，其被开发为使得通过感测在250米或更少半径内移动或停止的其他交通工具或对象的动作，来预防由于恶劣天气条件或司机的粗心导致发生的事故。根据现有技术的高分辨率雷达系统通过利用精密机械装置扫描对象而全面检测对象，以便获得小视野内的高空间分辨率。然而，当增加天线数目以便提高空间分辨率时，机械装置的尺寸大。因此，已使用了能实现电气扫描的多波束天线和数字波束形成技术，它们主要应用到(尤其是)用于交通工具的小型雷达。用于交通工具的雷达技术可分类为能够感测到最多约250米或更少的远程雷达(LRR)和能够感测到最多约60米或更少的近程雷达(SRR)。在LRR的情况下，已主要使用77GHz波段的频率，而在SRR的情况下，已主要使用24GHz波段的频率。根据现有技术的用于交通工具的雷达装置在向单一装置或系统同时应用根据每一应用具有相对长检测范围和窄视野的LRR模式与具有短检测范围或宽视野的SRR模式的方面具有局限。图I图示了根据现有技术的雷达装置的配置的示例；图I中图示的根据现有技术的雷达装置采用以下结构，其中发射机103能执行波束形成和时间分割，而接收机107能接收9个通道的数据以减少天线104和105的数量，从而实现小型化。然而，图I中图示的根据现有技术的雷达装置仅能执行远程雷达操作或近程雷达操作之一，并因此不能同时实现远程雷达模式和近程雷达模式。进一步，图I的根据现有技术的雷达装置采用使用开关来顺序接收来自阵列天线的信号的结构。然而，开关需要极好的隔离特性。这些特性仅能通过复合元件实现。目前的CMOS技术难以实现极好的隔离特性，所以在通过使用CMOS技术实现单芯片类型的传送和接收雷达装置方面存在局限。至今，用于交通工具的远程和近程应用的雷达已经商业化。然而，雷达昂贵、消耗大功率、并具有大体积，这导致在同时安装到所有交通工具的前面、后面和侧面方面具有局限性。近来，已使用SiGe技术以通过集成实现小型化，但SiGe技术比CMOS技术更难以实现低功耗，而且由于大天线而在实现小型化或低价格方面具有局限性。

发明内容
本发明的实施例针对一支持近程和远程雷达操作的雷达装置，其在通过单一装置或系统配置支持近程雷达操作和远程雷达操作的同时，能够通过在单一芯片上实现雷达装置中的大部分组件，而实现小型化、高集成度和低功耗。提供了一种支持远程和近程雷达操作的雷达装置，其中通过预定调制方案生成多个近程传送线性调频(Chirp)信号和多个远程传送线性调频信号并通过至少一个传送阵列天线传送至对象，并且从对象反射的信号通过至少一个接收阵列天线接收， 并且所述多个远程传送线性调频信号具有比所述多个近程传送线性调频信号的传送功率大的传送功率。在感测远程时，比感测近程时获得更长的检测范围和更窄的检测角度，并获得更好的检测角度分辨率；而在感测近程时，比感测远程时获得更短的检测范围和更宽的检测角度，并获得更好的检测范围分辨率。预定调制方案可采用至少一种调频连续波(FMCW)调制方案用于检测多个目标。所述多个远程传送线性调频信号和所述多个近程传送线性调频信号可分别包括具有不同的频率相对于时间的斜率的多个线性调频信号，用于检测多个目标。所述多个远程传送线性调频信号可包括具有不同的频率相对于时间的斜率的至少六个线性调频信号，并且所述多个近程传送线性调频信号可包括具有不同的频率相对于时间的斜率的至少四个线性调频信号。该雷达装置可包括天线单元，配置成包括所述至少一个传送阵列天线和所述至少一个接收阵列天线；发射机，配置成生成所述多个远程传送线性调频信号和所述多个近程传送线性调频信号，并通过所述至少一个传送阵列天线来传送生成的线性调频信号；接收机，配置成处理由所述至少一个接收阵列天线接收的反射信号；以及信号处理处理器，配置成生成用于生成所述多个近程传送线性调频信号和所述多个远程传送线性调频信号的控制信号，并处理通过该接收机处理的信号。该发射机可包括至少两个功率放大器，该功率放大器被配置成不同地输出用于所述多个远程传送线性调频信号的传送功率和用于所述多个近程传送线性调频信号的传送功率。该功率放大器可根据操作模式将传送功率变化为两级或更多，用于容易地控制检测范围。该发射机可包括频率合成器，配置成基于控制信号合成频率；振荡器，配置成接收频率合成器的输出以生成载波信号；倍频器，配置成对振荡器的输出信号执行倍频；驱动器，配置成驱动该倍频器的信号；以及至少两个功率放大器，配置成放大该驱动器的输出信号，以不同地输出用于所述多个近程传送线性调频信号的传送功率和用于所述多个远程传送线性调频信号的传送功率。所述至少两个功率放大器可以是可变增益放大器。该接收机可包括多个接收单元，其中每个接收单元包括低噪声放大器，配置成放大所接收到的反射波信号；下变频混频器，配置成从该低噪声放大器的输出中去除载波分量；以及滤波器，配置成从该下变频混频器的输出中去除噪声。所述发射机和接收机可通过CMOS技术在单一芯片上实现。所述发射机、接收机和信号处理处理器可在传送芯片、接收芯片、和信号处理单元芯片三块芯片上实现，可在传送与接收芯片、和信号处理单元芯片两块芯片上实现，或者可在其上采用CMOS技术集成了传送与接收芯片和信号处理单元芯片的单一芯片上实现。 所述至少一个传送和接收阵列天线可在低温共烧陶瓷(LTCC)基板上制作以便实现小型化。所述至少一个接收阵列天线可以是检测对象的方位角的多个相控阵天线(phasearray antenna)。


根据下面结合附图进行的详细描述，本发明的以上和其它方面、特征以及其他优点将被更清楚地理解，其中图I图示了根据现有技术的雷达装置的配置的示例；图2是图示了根据本发明实施例的同时支持近程和远程雷达操作的雷达装置的配置的图；图3是图示了根据本发明实施例的从雷达装置传送的多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号的图；以及图4是用于描述根据本发明实施例的从雷达装置辐射和反射和接收的信号的概念图。
具体实施例方式下面，将参照附图来描述根据本发明实施例的用于基于事件输入信息的装置和方法。在描述实施例时，为了清楚和解释方便，可夸大图示图中所图示的线条厚度、组件尺寸等。另外，以下描述的术语是考虑到本发明的操作而定义的术语，其可根据用户或操作者的意图或实践而变化。因此，这些术语将基于贯穿本说明书的内容而定义。图2是图示了根据本发明实施例的同时支持近程和远程雷达操作的雷达装置的配置的图，图3是图示了根据本发明实施例的从雷达装置传送的多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号的图，以及图4是用于描述根据本发明实施例的从雷达装置辐射和反射和接收的信号的概念图。如图2所图示的，根据本发明实施例的同时支持近程和远程雷达操作的雷达装置通过调频连续波(FMCW)调制方案生成多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号，并通过至少一个传送阵列天线211将生成的线性调频信号传送至对象(未图示)，并通过至少一个接收阵列天线212接收从对象反射的信号，其中所述多个远程传送线性调频信号具有比所述多个近程传送线性调频信号的传送功率大的传送功率。
雷达装置可被配置成包括天线单元210，其包括至少一个传送阵列天线211和至少一个接收阵列天线212;发射机220，通过FMCW调制方案生成多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号，并通过所述至少一个传送阵列天线211来传送所生成的线性调频信号；接收机240，处理通过所述至少一个接收阵列天线212接收到的反射波信号；以及信号处理处理器231，生成用于生成所述多个近程传送线性调频信号和所述多个远程传送线性调频信号的控制信号，并且处理该接收机240所处理的信号。发射机220被配置成包括频率合成器，基于该控制信号合成频率；振荡器222，接收频率合成器221的输出并生成载波信号；倍频器223，对振荡器222的输出信号执行倍频；驱动器225，驱动倍频器223的信号；以及，至少两个功率放大器226，放大该驱动器225的输出信号，并输出用于所述多个近程传送线性调频信号和所述多个远程传送线性调频信号的不同的传送功率。
功率放大器226可被设计成使得传送功率能变化为两级或更多，以便容易地控制远程模式和近程模式的检测范围。接收机240可包括多个接收单元，其中每个接收单元包括低噪声放大器241，放大接收到的反射波信号；下变频混频器242，从低噪声放大器241的输出中去除载波分量；以及滤波器243，从下变频混频器242的输出中去除噪声。将参照图2到图4来详细描述如上所述配置的本发明的实施例的操作和动作。为了单个装置或系统能同时使用远程雷达(LRR)操作和近程雷达(SRR)操作，根据本发明实施例的雷达装置具有如下配置。即，根据本发明实施例的雷达装置包括结构特征例如i)新的调频连续波(FMCW)调制方案，ii)用于控制检测范围的传送功率的控制，以及iii)用于控制视野的天线和功率放大器的组合，等等。首先，根据本发明实施例的雷达装置通过FMCW调制方案生成多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号，并将生成的线性调频信号通过至少一个传送阵列天线211传送至对象(未图示)。详细地对其进行描述，包括在信号处理单元230中的信号处理处理器231首先生成用于生成多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号的控制信号，并将生成的控制信号传送到发射机220。在本发明的实施例中，作为调制方案，可采用至少一种调频连续波(FMCW)调制方案用于检测多个目标。然后，发射机220的频率合成器221基于该控制信号合成并输出频率。在本发明的示例性实施例中，频率合成器221可使用例如直接数字频率合成器(DDFS)。然后，振荡器222接收频率合成器221的输出以生成载波信号，其中作为振荡器222，可使用压控振荡器(VCO)。接着，倍频器223对振荡器222的输出信号进行倍频并输出。倍频器223是输出作为输入频率的整数倍的频率的元件。根据本发明实施例的倍频器223特别是可以使频率倍频两倍并输出。接着，驱动放大器224将倍频器223的输出信号放大并输出。驱动器225将倍频器223的输出信号提供到驱动功率放大器226，并且也将输出信号提供到驱动器放大器227。进一步，功率放大器226放大驱动器225的输出信号，并输出天线单元210的传送阵列天线211。在这种情况下，如图2所图示的，可应用至少两个功率放大器226。特别地，所述两个功率放大器(226)的每个具有不同的放大因子，从而使近程线性调频信号和远程传送线性调频信号的传送功率不同，如下文所描述的一样。进一步，如图2所图示的，功率放大器226可以是能变化和控制放大因子的可变增益放大器。结果，如图3所图示的，发射机220经由处理而生成多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号。如图3所图示的，用于近程雷达(SRR)操作的多个线性调频信号包括具有不同的频率相对于时间的斜率的四个线性调频信号50、51、52和53，并且用于近程传送的传送功率60相对较低，且主要以位于约60米或更少的范围以内的对象为目标。进一步，如图3所图示的，用于远程雷达(LRR)操作的多个线性调频信号包括具有不同的频率相对于时间的斜率的六个线性调频信号54、55、56、57、58和59，并且用于远程传送的传送功率61相对高于近程传送线性调频信号的传送功率，且主要以位于约150米或更少的范围的距离以内的对象为目标。如上所述，当生成并辐射具有不同斜率的四个近程线性调频信号和具有不同斜率的六个远程线性调频信号时，可以检测到约32个对 。为了进一步增加对象的数目，进一步增加线性调频信号的数目是足够的。另外，近程传送线性调频信号由图2中图示的两个功率放大器226中具有相对较低放大因子的放大器来放大，而远程传送线性调频信号由两个功率放大器226中具有相对较高放大因子的放大器来放大，从而它们可具有如图3图示的传送输出。接着，所生成的多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号通过传送阵列天线211向对象辐射。近程传送线性调频信号需要被辐射为针对相对较短的距离范围具有较宽的视野，而远程传送线性调频信号需要被辐射为针对相对较长的距离范围具有较窄的视野。为此，传送阵列天线211中的一个可被设计成加宽意味着可检测角度范围的天线的视野，而传送阵列天线211中的另一个可被设计成使得天线的视野变窄。另外，根据该实施例，也可通过控制传送阵列天线211中的接通天线的数目来控制视野。图4是用于描述根据本发明实施例的从雷达装置辐射和反射和接收的信号的概念图。如图4所图示的，近程传送线性调频信号被辐射为针对相对较短的距离范围具有宽视野，而远程传送线性调频信号被辐射为针对相对较长的距离范围具有窄视野，并然后通过接收阵列天线212接收。如上所述，本发明的实施例使用FMCW调制方案生成传送信号，但生成具有不同的频率相对于时间的斜率的多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号，并使得远程传送线性调频信号的传送功率大于近程传送线性调频信号的传送功率，从而单个雷达装置能够实现近程雷达操作和远程雷达操作两者。根据本发明实施例的雷达装置在感测远程时可具有长的检测距离和窄的检测角度并具有好的检测角度的分辨率，并可具有短的检测距离和宽的检测角度并具有极好的检测范围的分辨率。其间，传送的线性调频信号由对象反射，并且多个接收阵列天线212接收从对象反射的信号。在本发明的实施例中，接收阵列天线212包括如图2图示的至少八个天线元件和与其连接的多个接收单元。根据本发明实施例的接收天线是能够检测对象的方位角的相控阵天线。每个接收单元可分别包括连接至天线元件的低噪声放大器241、下变频混频器242、滤波器243和可变增益放大器244。以下，将对每个接收单元的单元中的操作进行描述。低噪声放大器241放大并输出由接收阵列天线212接收的反射波信号。作为低噪声放大器241，可应用可变增益I/Q低噪声放大器。接着，下变频混频器242从低噪声放大器241的输出信号中去除载波分量并输出。
接着，滤波器243从下变频混频器242的输出信号中去除噪声并输出，并且可变增益放大器(VGA) 244放大输出信号，并将所放大的输出信号输出到信号处理单兀230。进一步，信号处理单元230中的模数转换器(ADC) 232将所提供的信号从模拟形式转换为数字形式，并将转换后的信号提供给信号处理处理器231。信号处理处理器231接收来自作为相控阵天线的接收阵列天线212的信号，并接收经由接收机240的多个接收单元提供的信号，并对其执行信号处理，从而执行如地点检测(对象的方位角检测)等的工作。其间，根据本发明实施例的传送阵列天线和接收阵列天线可在低温共烧陶瓷(LTCC)基板上制作，其可被配置为小巧的装置。如上所述，本发明实施例生成具有不同的频率相 对于时间的斜率的多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号，并且使得远程传送线性调频信号的传送功率大于近程传送线性调频信号的传送功率，从而单个雷达装置能够实现近程雷达操作和远程雷达操作两者。进一步，如上所述，本发明的实施例不同地设置多个功率放大器226的放大因子，以便执行远程雷达操作和近程雷达操作，并由此不使用单独的切换装置。因此，本发明的实施例能通过CMOS技术将雷达装置中的发射机220、接收机240和包括信号处理处理器231的信号处理单元230实现在单一芯片上。因此，根据本发明实施例的雷达装置能在支持近程雷达操作和远程雷达操作的同时，通过在单一芯片上实现雷达装置中的大部分组件，而实现小型化、高集成度和低功耗。特别地，所述发射机、接收机和信号处理处理器可在传送芯片、接收芯片、和信号处理单元芯片三块芯片上实现，可在传送与接收芯片、和信号处理单元芯片两块芯片上实现，或者可在其上集成了传送与接收芯片和信号处理单元芯片的单一芯片上实现。进一步，根据本发明实施例的传送阵列天线和接收阵列天线在LTCC基板上制作，并然后被应用倒装芯片封装技术，其可被制作成小巧的装置。根据本发明实施例的雷达装置在通过单一装置或系统配置支持近程雷达操作和远程雷达操作的同时，通过在单芯片上实现雷达装置中的大部分组件，而实现小型化、高集成度和低功耗。上面为了图示的目的已公开了本发明的实施例。本领域技术人员将理解，在不背离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下，各种修改、添加和替换都是可能的。
权利要求
1.ー种支持远程和近程雷达操作的雷达装置，其中多个远程传送线性调频信号和多个近程传送线性调频信号通过预定调制方案而生成，并通过至少ー个传送阵列天线传送到对象，并且从该对象反射的信号通过至少ー个接收阵列天线接收，并且 所述多个远程传送线性调频信号具有比所述多个近程传送线性调频信号的传送功率大的传送功率。
2.如权利要求I所述的雷达装置，其中在感测远程吋，比在感测近程时获得更长的检测范围和更窄的检测角度，并获得更好的检测角度分辨率，而在感测近程时，比在感测远程时获得更短的检测范围和更宽的检测角度，并获得更好的检测范围分辨率。
3.如权利要求I所述的雷达装置，其中该预定调制方案采用至少ー种调频连续波(FMCff)调制方案用于检测多个目标。
4.如权利要求I所述的雷达装置，其中所述多个远程传送线性调频信号和所述多个近程传送线性调频信号分别包括具有不同的频率相对于时间的斜率的多个线性调频信号，用于检测多个目标。
5.如权利要求4所述的雷达装置，其中所述多个远程传送线性调频信号包括具有不同的频率相对于时间的斜率的至少六个线性调频信号，并且 所述多个近程传送线性调频信号包括具有不同的频率相对于时间的斜率的至少四个线性调频信号。
6.如权利要求I所述的雷达装置，其中该雷达装置包括 天线单元，配置成包括所述至少ー个传送阵列天线和所述至少ー个接收阵列天线； 发射机，配置成通过调频连续波(FMCW)调制方案生成所述多个远程传送线性调频信号和所述多个近程传送线性调频信号，并通过所述至少一个传送阵列天线来传送生成的线性调频信号； 接收机，配置成处理通过所述至少ー个接收阵列天线接收的反射信号；以及 信号处理处理器，配置成生成用于生成所述多个近程传送线性调频信号和所述多个远程传送线性调频信号的控制信号，并处理通过该接收机处理的信号。
7.如权利要求6所述的雷达装置，其中该发射机包括至少两个功率放大器，所述功率放大器被配置成不同地输出用于所述多个远程传送线性调频信号的传送功率和用于所述多个近程传送线性调频信号的传送功率。
8.如权利要求7所述的雷达装置，其中该功率放大器根据操作模式将传送功率变化为两级或更多，以便控制检测范围。
9.如权利要求6所述的雷达装置，其中该发射机包括 频率合成器，配置成基于所述控制信号合成频率； 振荡器，配置成接收频率合成器的输出以生成载波信号； 倍频器，配置成对振荡器的输出信号执行倍频； 驱动器，配置成驱动该倍频器的信号；以及 至少两个功率放大器，配置成放大该驱动器的输出信号，以不同地输出用于所述多个近程传送线性调频信号的传送功率和用于所述多个远程传送线性调频信号的传送功率。
10.如权利要求9所述的雷达装置，其中所述至少两个功率放大器是可变増益放大器。
11.如权利要求6所述的雷达装置，其中该接收机包括多个接收単元，并且姆个接收单元包括 低噪声放大器，配置成放大所接收到的反射波信号； 下变频混频器，配置成从该低噪声放大器的输出中去除载波分量；以及 滤波器，配置成从该下变频混频器的输出中去除噪声。
12.如权利要求6所述的雷达装置，其中所述发射机和接收机通过CMOS技术在单一芯片上实现。
13.如权利要求6所述的雷达装置，其中所述发射机、接收机和信号处理处理器在传送芯片、接收芯片、和信号处理单元芯片三块芯片上实现，在传送与接收芯片和信号处理单元芯片两块芯片上实现，或者在其上通过CMOS技术集成了传送与接收芯片和信号处理单元芯片的单一芯片上实现。
14.如权利要求I所述的雷达装置，其中所述至少一个传送和接收阵列天线在低温共烧陶瓷(LTCC)基板上制作以便使其小型化。
15.如权利要求I所述的雷达装置，其中所述至少一个接收阵列天线以是检测对象的方位角的多个相控阵天线。
全文摘要
公开了一种支持近程和远程雷达操作的雷达装置，其中多个近程传送线性调频信号和多个远程传送线性调频信号通过预定调制方案而生成，并通过至少一个传送阵列天线传送到对象，并且从该对象反射的信号通过至少一个接收阵列天线接收，并且所述多个远程传送线性调频信号具有比所述多个近程传送线性调频信号的传送功率大的传送功率。
文档编号G01S13/02GK102680963SQ20121017470
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者具本台, 刘贤奎, 朴敏, 朴景焕, 朴泌哉, 金千洙, 金汀根, 金铜暎 申请人:韩国电子通信研究院