[发明专利]高灵敏度单天线FMCW雷达

说明书

本申请要求于2012年2月22日提交的，美国临时申请专利No.61/601,717的利益，其全部内容通过引用方式并入本申请。

背景技术

调频连续波(FMCW)雷达可设计成从同一天线发射和接收，或用分离天线发射和接收。使用分离天线发射与接收，提供了在发射与接收路径之间有所改进的隔离度，代价是增加尺寸以容纳每个天线并提供天线与天线之间的间隔。为了减小尺寸，雷达可被设计成通过单个天线发射与接收。然而，使用单个天线，虽然降低了发射与接收路径间的隔离度，却导致从发射路径至接收路径的信号耦合的增加。来自发射路径的这些信号在接收路径中呈现为噪音并降低了接收器的灵敏度。如果发射路径中足够的信号与接收路径相耦合，发射信号会完全地淹没接收信号。在高精度雷达应用中，如用于飞机的雷达高度计中，雷达的灵敏度至关重要。

雷达工作的频率范围对雷达的性能也有影响。雷达使用的频率范围可基于可用频谱以及雷达正测量的距离。例如，飞机雷达高度计可能需要测量大范围的距离，从15000英尺至5英尺。并且，商业雷达高度计目前需要在4.2-4.4GHz之间工作。

发明内容

一个实施例涉及一种调频连续波(FMCW)雷达，具有单个天线。雷达包括与单个天线相耦合的发射路径，并且被配置成向那里提供FMCW信号。发射路径包括由锁相环控制的压控振荡器，并且锁相环包括分数n合成器集成电路(IC)，其被配置成实现FWCW斜坡波形，其从起始频率至结束频率发生斜坡，并且一旦到达结束频率就返回至起始频率以再次发生斜坡。所述雷达也包括与单个天线相耦合的接收路径，并被配置成包括作为反射信号的FMCW信号的反射版本，以及作为泄漏信号的通过环行器泄漏的一部分FMCW信号。接收路径包括被配置成在接收路径中过滤与采样信号的组件。雷达还包括耦合在发射路径上的耦合器与接收路径中的混频器之间的延迟路径。所述延迟路径包括延迟元件，其被配置成延迟来自发射路径的本地振荡器参考信号，使得通过延迟路径从耦合器到混频器的本地振荡器参考信号的传播时间在反射信号传播时间和泄漏信号传播时间之间，其中所述混频器被配置成从接收路径的信号中减去本地振荡器参考信号。

附图说明

应理解附图仅描述示范性实施例，并因此不被认为是限制范围，示范性实施例通过使用附图由附加特征和细节来描述，其中：

图1是示例FMCW雷达的框图。

图2是包括图1的FMCW雷达的示例雷达高度计系统的框图。

图3是示例雷达高度计系统的分解视图。

图4是图3雷达高度计系统的剖视图。

依照通常做法，各种描述的特征并不是按比例绘制，而是为了强调与示例性实施例相关的具体特征来绘制。

具体实施方式

在下面的详细说明中，参考了形成其一部分的附图，并且其中通过举例说明示出了具体的说明性实施例。然而，应当理解，其他实施例可以被使用并可以进行逻辑的、机械的、和电子的改动。此外，在附图与说明书中所提供的方法不应理解对为各个步骤的执行顺序进行限制。因此，下面的详细描述不应被理解为限制性的。

图1是示例FMCW雷达100的框图。FMCW雷达100能从具有高敏度的的单个天线102进行发射和接收。环行器108耦合发射路径104和接收路径106至天线102，并提供接收路径106与发射路径104的谋个隔离度。在一个例子里，环行器108是常用市场上可得的环形器，并提供从耦合器116的输出(从发射路径104)至接收器混频器118的输入(至接收路径106)的至少20dB的隔离度。

尽管环行器108提供了从发射路径104直接泄漏到接收路径106的信号的隔离度，但环行器108并不阻止从单个天线102反射的来自发射路径104的信号。在耦合到天线102的环行器108的端口处接收该反射信号110。由天线接收到的信号(这里也称为“接收信号”)也在环行器108的端口处接收。环行器108允许反射信号110和接收信号都通过其至接收路径106。