[发明专利]具有透镜或用作透镜的无源元件的天线装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线装置，所述天线装置形成具有利用透镜或用作 透镜的无源元件自由设定的辐射方向的波束，在辐射方向上辐射波束并接 收由目标反射回的波束以检测目标的方位角。

背景技术

天线装置用于辐射电磁波束，并且在预定的扫描角范围内扫描该波 束。此外，此装置接收由目标反射回的波束以检测目标的方位角。

例如，众所周知的具有用作导波通道的罗特曼透镜(Rotman lens) 图案的罗特曼透镜被用于天线装置。在这种透镜中，由发射信号感应的电 磁波类比(in analog)分布以形成朝向辐射方向的波束，入射波束中的电磁 波类比地彼此合成以产生表示波束入射方向的接收信号。

此罗特曼透镜具有通道图案、布置在透镜一侧的多个天线端口以及 布置在透镜另一侧的多个波束端口。响应于发射信号，通过磁耦合在一个 指定的波束端口上感应出电磁波，所感应的波通过具有不同长度的各个通 道而分布到天线端口。因此，在天线端口上的各组波具有彼此不同的相应 相位。响应于在天线端口上的这些波，具有与各个天线端口相连接的天线 单元的阵列天线形成发射波束。此波束由具有相位差的多组电磁波组成。 然后，阵列天线在对应于这些相位差的辐射方向上辐射此波束。

因此，每个波束端口对应于波束的一个辐射方向，并且天线装置可 以在对应于波束端口的任意辐射方向上辐射波束。

天线装置在波束接收块中还具有接收天线阵列和罗特曼透镜。此透 镜具有天线端口和波束端口。当入射波束从入射方向到达此天线阵列时， 此阵列的天线单元在天线表面上接收组成此波束的各组电磁波。在天线单 元上的各组电磁波具有对应于入射方向的相位差。然后，响应于此波束， 通过磁耦合在罗特曼透镜的天线端口上感应出具有这些相位差的各组电 磁波，并对应于相位差，通过具有不同长度的各个通道将所述各组电磁波 发射出去，以使得在一个波束端口上有相同的相位。也就是说，感应出的 一组波在波束端口上彼此合成，并且从在波束端口上合成的波产生接收信 号。由于组成波束的各组波的相位差对应于入射方向，因此透镜的每个波 束端口对应于波束的一个输入方向。因此，天线装置可以接收来自对应于 波束端口的任意入射方向的波束。

因此，天线装置可以从接收信号中检测目标的方位角，其中接收信 号从来自对应于波束端口的任意方向的波束产生。

天线装置以代表辐射方向的扫描角执行波束扫描，以便辐射利用罗 特曼透镜形成的波束，并随时间改变扫描角。扫描角的数目等于波束端口 的数目。因此，扫描角是离散设定的，并且天线装置执行方位角检测，并 离散地改变波束扫描的扫描角。在这种情况下，方位分辨率不合期望地变 低。为了提高此分辨率，需要增加波束端口的数目。但是，罗特曼透镜的 尺寸随波束端口数目而增大，使得难以在提高方位检测的方位分辨率的同 时制造小尺寸天线装置。

为解决这个问题，已公开的日本专利第一次公开2003-152422号提出 了一种天线阵列装置。在特定方向上辐射的波束通常有与辐射方向相关的 电功率的辐射图案。也就是说，波束的辐射能量在此特定方向上最大化且 波束在此特定方向周围的方向上也有辐射能量。在此装置中，两个彼此相 邻的波束端口是从罗特曼透镜的多个波束端口中可改变地选择出来的，从 一个选定的波束端口向罗特曼透镜的天线端口发出的电磁波与从另一个 选定的波束端口向天线端口发出的电磁波相加，并辐射从相加后的波感应 出的发射波束。因此，波束有在与一个选定的波束端口相对应的第一方向 上具有最大辐射能量的辐射图案以及在与另一个选定的波束端口相对应 的第二方向上具有最大辐射能量的另一种辐射图案。辐射图案的和具有复 合图案，此复合图案在位于第一和第二方向之间的第三方向上具有最大辐 射能量。所以，发射波束基本上在第三方向上辐射。

所以，此传统装置可以设置数目多于波束端口数目的扫描角。此外， 此传统装置也可以检测来自数目多于波束端口数目的不同方向的各个接 收波束。因此，可以不增加波束端口数目而提高方位检测的方位分辨率。

然而，此传统装置需要选择控制器和多个选择开关，以便从大量波 束端口中适当地选择两个波束端口。由于波束端口的选择是在与几百 MHz到几十GHz的宽频带中的频率相对应的周期中执行的，难以制造在 此操作周期中可操作的具有一致特性的多个开关。所以，制造高精度可操 作的传统装置很困难。

发明内容