[发明专利]雷达系统及其制作方法

说明书

关联申请

本申请根据美国专利法第119条第e款主张申请号为No. 61/282595，2010年3月5日提交的临时专利之利益。

技术领域

本发明涉及微电机系统（MEMS），用于测量方位、速度以及目标范围的雷达系统及其制作方法。如优选实施例所描述的那样，本发明尤其涉及一种雷达系统，包括：多模式能力以及被动波束成形、雷达信号以及发送和接收雷达信号中的电磁信号到电信号、电信号到电磁信号处理的电路集成。

发明背景

众所周知现有技术中雷达系统可以使用电磁波探测物体和目标。传统上，无线电波或脉冲由雷达反射镜或天线发送，并从它们的路径上的物体上反射。被反射的波然后返回到接收器并与发送的原始波比较。使用已知的方法，目标反射到接收器的信号被用于指示该目标相对于发送器和接收器的位置和/或速度。

一般的雷达系统使用不同的方法向目标方向操纵发送的信号（即雷达信号）。某些现有技术制造的雷达系统使用的是机械转动天线或者具有操纵雷达信号的机械构件。其它现有技术设计的雷达系统使用电子控制的相控阵，它由一组天线构成，它朝向需要的传送方向对天线发送的信号进行阵列有效辐射模式的增强，以这样的方式来相加相位。使用相阵控的雷达系统可以从固定的位置快速准确地控制雷达信号的角方向。相阵控系统还得益于所有单一天线的较低的传送功率要求，这就容许特定额定功率下的天线可以有更强的雷达信号。

本领域公知有不同类型的移相器可以在相阵控雷达系统中把来自不同天线的信号相加。现在已经存在对基于微电机系统（MEMS）的射频开关而进行的研究以用于雷达系统，由于基于MEMS的移相器能在较小的封装中提供较低的插入损耗，较高的隔离性以及较快的反应时间。但是，用于构成使用MEMS式射频开关的一个相阵控，其必需的电路系统可能很复杂，并且这样的阵列的功率要求可能很高。

罗特曼透镜是用于波束成形以及引导雷达信号的被动器件。罗特曼透镜的设计由华尔特·罗特曼在美国专利3, 170, 158（罗特曼专利）中首次进行披露并且随后进一步在美国专利4,381 ,509中进行了披露，本发明对二者整体进行了引用。罗特曼透镜利用透镜的空穴的几何形状调整多个输入波束的相位以提供实时的波束成形和波束控制而无需射频（RF）开关式移相器。此外，由于罗特曼透镜利用透镜空穴的物理特性形成雷达信号而无需任何形式的微电子信号处理，波束成形所需的控制电路系统极大缩减。

以现有技术在机动车上的应用为例，豪华车制造商，比如奔驰、宝马、雷克萨斯、捷豹、沃尔沃以及福特采用的是博世、Continental、英飞凌、SmartMicro、M/A-Com，日立以及富士通这些制造商开发的雷达系统。当前的雷达系统依赖两种不同的雷达技术。采用脉冲雷达的制造商，比如有奔驰，而采用调频连续波(FWCW)雷达系统的制造商，比如有捷豹以及宝马。这些现有技术中的系统会要求外部引擎带动机械转动来扫描目标视场区域。此外，某些现有技术中的系统结合了其它独立系统，比如单一的天线阵列。这些现有技术中的系统会遭受腐蚀问题，还有分辨率不足的问题以及高速行驶时测距的问题，并且许多现有技术中的系统的可靠性在恶劣行驶条件下会受损。由此可见，改进的结合了一体化解决方案提供高性能的雷达系统是很有必要的。

最后，现有技术中的要求机械扫描能力的系统受制于磨损、裂损以及热漂移的问题。将整合了机械扫描的脉冲或者FMCW雷达系统包含在中端或低端车辆中就太过于昂贵了。

因此，本发明人意识到低成本的防撞以及碰撞预警系统会极大地改善公路行驶状况，只要更多的制造商和车辆用得起这样的系统。其它实施例可以用在更多的车辆类型和其它应用中，包括但不限于：机器人、船舶、飞机、玩具以及安全系统。

发明内容

因此，本发明目的之一是要克服现有技术至少一部分缺陷，依靠的是提供一种改进的器件封装小、运行速度快、使用MEMS技术的雷达系统来提供精确可靠的雷达信号收发。

本发明的一方面在雷达系统中结合罗特曼透镜。该罗特曼透镜通过利用透镜空穴的物理形状可用于生成波束成形所必需的多个延时、同相信号，降低了移相器对电气开关或微电子式切换的处理要求。

最理想的是射频频率的电气开关（射频开关）可以用于选择罗特曼透镜的波束孔。射频开关以及罗特曼透镜的结合降低了信号处理量，使得系统复杂度更低、等待时间更低并且周期更快。在最理想的工作模式下，优选实施例的周期可能减少到低于50毫秒，甚至有可能接近12毫秒。此外，包含了罗特曼透镜并使用MEMS技术制造的雷达系统可以使得器件封装大大减小。