[发明专利]相控阵接收器、雷达系统以及运载工具

说明书

技术领域

本发明涉及相控阵接收器、雷达系统以及运载工具。

背景技术

相控阵或智能天线是用于例如在雷达中或在无线通信系统中的电子可操纵定向天线。相控阵接收器包含天线元件组或矩阵和关联的接收信道电路，在关联的接收信道电路中，接收到的信号的相对相位以阵列的有效接收图案在期望的方向被引导以及在不期望的方向被抑制这样的方式而变化。波束形成被用于定向信号传输或接收的传感器阵列。这种空间选择性是通过使用自适应的或固定的接收/发射波束图案实现的。

信号可以是随时间变化的物理数量携带信息，例如，变化电压电平，例如当接收电磁波的时候在天线元件处所发生的。

采用波束形成的相控阵接收器控制了每个天线元件接收到的输入信号的相位和相对幅度，并以可以优先观察到特定的辐射方向图这样的方式组合由与每个天线元件相关联的接收信道传送的输出信号。相控阵接收器使用在天线矩阵的不同天线元件处接收到的输入信号的相位差来确定目标的角度位置。相控阵接收器例如被用于雷达系统中，其中带宽是中心频率的一小部分，并且由接收天线元件之间的空间距离引入的时间延迟可以被映射到接收到的信号之间的相移。空间差异转换成接收信道的输出信号的相位差，其可以例如是下变频信号，即频率可以低于接收到的信号的频率。这个原理可以被用于通过在接收信道处引入相移而控制天线波束。该相移可以在采样之后使用数字域中的数字波束形成（DBF），或在采样之前使用模拟域中的模拟波束形成（ABF）被实现。

将输入信号转换成不同频率范围可以通过混合电路的手段被实现，该混合电路被布置成将输入或接收到的信号与由本地振荡器电路生成的信号混合。

如图1中所示出的，第一相控阵接收器的第一现有技术接收信道100可以包含将射频（RF）信号传送到相移器电路112的天线元件110，该相移器电路112被布置成相移RF域中的信号并且将其提供给耦合到本地振荡器（LO）电路116的混合器电路114。生成的输出信号被传送到模拟或数字后处理118。后处理可以包括对由多个接收信道传送的输出信号进行求和。替代地，如图2中所示出的，第二现有技术相控阵接收器200具有多个接收信道，每个都包含天线元件210、220、224，该天线元件将射频信号（RF1、RF2、RF3）传送到对应的相移器电路212、222、226，该相移器电路212、222、226被布置成相移信号并且在提供给耦合到本机振荡器电路216的混合器电路214之前将其提供给求和电路228以用于RF域中的功率整合。然后，生成的输出信号被传送到模拟或数字后处理218。

在Koh等人的2008年6月第6号第43卷第1360-1371页的固态电路IEEE杂志中的“An X-and Ku-Band8-Element Phased-Array Receiver in0.18-μm SiGe BiCMOS Technology（在0.18-μm的SiGe BiCMOS技术中的X-波段和Ku波段8元相控阵接收器）”中示出了使用所有RF架构实现的相控阵接收器，其中在RF级执行相移和功率整合。类似地，在Koh等人的2008年9月第9号第56卷第2046-2053页的微波理论与技术的IEEE事务中的“A Q-Band Four-Element Phased-Array Front-End Receiver with Integrated Wilkinson PowerCombiners in0.18-μm SiGe BiCMOS Technology（在0.18-μm的SiGe BiCMOS技术中的带有集成Wilkinson功率整合器的Q-波段4元相控阵前端接收器）”中示出了所有RF架构，其中相移在接收到的信号路径中被应用。

在Yu等人的2008年9月第9号第43卷第2134-2143页的固态电路IEEE杂志中的“A22-24GHz4-Element CMOS Phased Array With On-Chip Coupling Characterization（带有片上耦合特性的22-24GHz的4元CMOS相控阵）”中，输入信号被分割成同相（I）和相移正交（Q）分量。I和Q信号的生成和求和在RF信号路径中完成。