所描述的一種雷達(dá)系統(tǒng)（100）包括發(fā)送構(gòu)件（10），接收構(gòu)件（20），控制單元（30）以及信號(hào)處理單元（40）。所述發(fā)送構(gòu)件（10）接收輸入信號(hào)（31）并發(fā)送入射雷達(dá)信號(hào)（2）。所述發(fā)送構(gòu)件（10）包括具有透鏡空穴（74）的羅特曼透鏡（12），多個(gè)光束孔（60），多個(gè)陣列孔（62）以及貼片天線構(gòu)件（14）。所述透鏡空穴（74）具有10微米到120微米之間透鏡間隙（h），并且優(yōu)選為40微米到60微米。所述貼片天線構(gòu)件（14）包括多個(gè)天線陣列（130）能夠用于從羅特曼透鏡（12）處接收多個(gè)延時(shí)、同相信號(hào)并能夠?qū)⑷肷淅走_(dá)信號(hào)（2）朝向目標(biāo)（4）發(fā)送。所述接受構(gòu)件（20）接收反射的雷達(dá)信號(hào)（6）并產(chǎn)生輸出信號(hào)。所述信號(hào)處理單元（40）將輸入信號(hào)（31）與輸出信號(hào)進(jìn)行比對(duì)并執(zhí)行算法來(lái)判斷目標(biāo)（4）的范圍、速度以及方位。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)，用于測(cè)量方位、速度以及目標(biāo)范圍的。如優(yōu)選實(shí)施例所描述的那樣，本專利技術(shù)尤其涉及一種雷達(dá)系統(tǒng)，包括多模式能力以及被動(dòng)波束成形、雷達(dá)信號(hào)以及發(fā)送和接收雷達(dá)信號(hào)中的電磁信號(hào)到電信號(hào)、電信號(hào)到電磁信號(hào)處理的電路集成。專利技術(shù)背景 眾所周知現(xiàn)有技術(shù)中雷達(dá)系統(tǒng)可以使用電磁波探測(cè)物體和目標(biāo)。傳統(tǒng)上，無(wú)線電波或脈沖由雷達(dá)反射鏡或天線發(fā)送，并從它們的路徑上的物體上反射。被反射的波然后返回到接收器并與發(fā)送的原始波比較。使用已知的方法，目標(biāo)反射到接收器的信號(hào)被用于指示該目標(biāo)相對(duì)于發(fā)送器和接收器的位置和/或速度。一般的雷達(dá)系統(tǒng)使用不同的方法向目標(biāo)方向操縱發(fā)送的信號(hào)(即雷達(dá)信號(hào))。某些現(xiàn)有技術(shù)制造的雷達(dá)系統(tǒng)使用的是機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)天線或者具有操縱雷達(dá)信號(hào)的機(jī)械構(gòu)件。其它現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的雷達(dá)系統(tǒng)使用電子控制的相控陣，它由一組天線構(gòu)成，它朝向需要的傳送方向?qū)μ炀€發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行陣列有效輻射模式的增強(qiáng)，以這樣的方式來(lái)相加相位。使用相陣控的雷達(dá)系統(tǒng)可以從固定的位置快速準(zhǔn)確地控制雷達(dá)信號(hào)的角方向。相陣控系統(tǒng)還得益于所有單一天線的較低的傳送功率要求，這就容許特定額定功率下的天線可以有更強(qiáng)的雷達(dá)信號(hào)。本領(lǐng)域公知有不同類型的移相器可以在相陣控雷達(dá)系統(tǒng)中把來(lái)自不同天線的信號(hào)相加?，F(xiàn)在已經(jīng)存在對(duì)基于微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)的射頻開(kāi)關(guān)而進(jìn)行的研究以用于雷達(dá)系統(tǒng)，由于基于MEMS的移相器能在較小的封裝中提供較低的插入損耗，較高的隔離性以及較快的反應(yīng)時(shí)間。但是，用于構(gòu)成使用MEMS式射頻開(kāi)關(guān)的一個(gè)相陣控，其必需的電路系統(tǒng)可能很復(fù)雜，并且這樣的陣列的功率要求可能很高。羅特曼透鏡是用于波束成形以及引導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)的被動(dòng)器件。羅特曼透鏡的設(shè)計(jì)由華爾特 羅特曼在美國(guó)專利3，170，158 (羅特曼專利)中首次進(jìn)行披露并且隨后進(jìn)一步在美國(guó)專利4，381，509中進(jìn)行了披露，本專利技術(shù)對(duì)二者整體進(jìn)行了引用。羅特曼透鏡利用透鏡的空穴的幾何形狀調(diào)整多個(gè)輸入波束的相位以提供實(shí)時(shí)的波束成形和波束控制而無(wú)需射頻(RF)開(kāi)關(guān)式移相器。此外，由于羅特曼透鏡利用透鏡空穴的物理特性形成雷達(dá)信號(hào)而無(wú)需任何形式的微電子信號(hào)處理，波束成形所需的控制電路系統(tǒng)極大縮減。以現(xiàn)有技術(shù)在機(jī)動(dòng)車上的應(yīng)用為例，豪華車制造商，比如奔馳、寶馬、雷克薩斯、捷豹、沃爾沃以及福特采用的是博世、Continental、英飛凌、SmartMicro> M/A-Com,日立以及富士通這些制造商開(kāi)發(fā)的雷達(dá)系統(tǒng)。當(dāng)前的雷達(dá)系統(tǒng)依賴兩種不同的雷達(dá)技術(shù)。采用脈沖雷達(dá)的制造商，比如有奔馳，而采用調(diào)頻連續(xù)波(FWCW)雷達(dá)系統(tǒng)的制造商，比如有捷豹以及寶馬。這些現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)會(huì)要求外部引擎帶動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)掃描目標(biāo)視場(chǎng)區(qū)域。此外，某些現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)結(jié)合了其它獨(dú)立系統(tǒng)，比如單一的天線陣列。這些現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)會(huì)遭受腐蝕問(wèn)題，還有分辨率不足的問(wèn)題以及高速行駛時(shí)測(cè)距的問(wèn)題，并且許多現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)的可靠性在惡劣行駛條件下會(huì)受損。由此可見(jiàn)，改進(jìn)的結(jié)合了一體化解決方案提供高性能的雷達(dá)系統(tǒng)是很有必要的。最后，現(xiàn)有技術(shù)中的要求機(jī)械掃描能力的系統(tǒng)受制于磨損、裂損以及熱漂移的問(wèn)題。將整合了機(jī)械掃描的脈沖或者FMCW雷達(dá)系統(tǒng)包含在中端或低端車輛中就太過(guò)于昂貴了。因此，本專利技術(shù)人意識(shí)到低成本的防撞以及碰撞預(yù)警系統(tǒng)會(huì)極大地改善公路行駛狀況，只要更多的制造商和車輛用得起這樣的系統(tǒng)。其它實(shí)施例可以用在更多的車輛類型和其它應(yīng)用中，包括但不限于機(jī)器人、船舶、飛機(jī)、玩具以及安全系統(tǒng)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
因此，本專利技術(shù)目的之一是要克服現(xiàn)有技術(shù)至少一部分缺陷，依靠的是提供一種改進(jìn)的器件封裝小、運(yùn)行速度快、使用MEMS技術(shù)的雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)提供精確可靠的雷達(dá)信號(hào)收發(fā)。本專利技術(shù)的一方面在雷達(dá)系統(tǒng)中結(jié)合羅特曼透鏡。該羅特曼透鏡通過(guò)利用透鏡空穴的物理形狀可用于生成波束成形所必需的多個(gè)延時(shí)、同相信號(hào)，降低了移相器對(duì)電氣開(kāi)關(guān)或微電子式切換的處理要求。最理想的是射頻頻率的電氣開(kāi)關(guān)(射頻開(kāi)關(guān))可以用于選擇羅特曼透鏡的波束孔。射頻開(kāi)關(guān)以及羅特曼透鏡的結(jié)合降低了信號(hào)處理量，使得系統(tǒng)復(fù)雜度更低、等待時(shí)間更低并且周期更快。在最理想的工作模式下，優(yōu)選實(shí)施例的周期可能減少到低于50毫秒，甚至有可能接近12毫秒。此外，包含了羅特曼透鏡并使用MEMS技術(shù)制造的雷達(dá)系統(tǒng)可以使得器件封裝大大減小。本專利技術(shù)的雷達(dá)系統(tǒng)優(yōu)選利用的是橫電波(TE)模式、充氣式羅特曼透鏡。更優(yōu)的是所述羅特曼透鏡是被選來(lái)在TElO模式下工作的并且是使用MEMS技術(shù)制造的。這種新穎的實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)的TEM模式微波傳輸帶或波導(dǎo)式羅特曼透鏡截然不同。借助MEMS技術(shù)使用襯底制造羅特曼透鏡，比如使用硅襯底，可以使制造的羅特曼透鏡的透鏡厚度縮減到50微米。現(xiàn)在已經(jīng)有一種簡(jiǎn)單的硅系羅特曼透鏡的制作技術(shù)。這個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)整體表現(xiàn)出較低的粉紅噪聲(Ι/f噪聲信號(hào))、占用面積更小、來(lái)自其它使用者和脈沖雷達(dá)信號(hào)的干擾更低、反射強(qiáng)度更高，并且雷達(dá)截面更大(RCS)。而且，使用MEMS技術(shù)制作羅特曼透鏡使得整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)可以被包含在較小的器件封裝中。在一個(gè)最佳的設(shè)計(jì)構(gòu)造中，本專利技術(shù)存在于雷達(dá)系統(tǒng)之中。該雷達(dá)系統(tǒng)包括發(fā)送構(gòu)件、接收構(gòu)件、控制單元以及信號(hào)處理單元。該發(fā)送構(gòu)件接收輸入信號(hào)并且發(fā)送入射雷達(dá)信號(hào)。該發(fā)送構(gòu)件包括羅特曼透鏡，該羅特曼透鏡具有透鏡空穴、多個(gè)波束孔、多個(gè)陣列孔以及貼片天線結(jié)構(gòu)。透鏡空穴由底部、頂部以及側(cè)壁構(gòu)成，其中該底部被該頂部分隔形成一個(gè)10微米到120微米的透鏡間隙，優(yōu)選為40微米到60微米。多個(gè)波束孔與透鏡空穴相通并且朝向第一末端間隔排列，其中每個(gè)波束孔用來(lái)讓頻率在選定波長(zhǎng)(λ)的電磁波傳播到透鏡空穴內(nèi)。該多個(gè)陣列孔與透鏡空穴相通并且朝向第二末端間隔排列，透鏡空穴的第二末端與第一末端相對(duì)，其中間隔排列的多個(gè)陣列孔用于影響電磁波從每個(gè)波束孔到所有陣列孔的相移。而且，多個(gè)陣列孔基于通過(guò)多個(gè)波束孔之一進(jìn)入透鏡空穴的電磁波輸出多個(gè)延時(shí)的、同相位信號(hào)。該貼片天線結(jié)構(gòu)包括多個(gè)天線陣列，其中每個(gè)天線陣列與陣列孔之一相通，并且其中的多個(gè)天線陣列可以用于接收來(lái)自羅特曼透鏡多個(gè)延時(shí)的、同相位的信號(hào)并且將該入射信號(hào)朝著選定的目標(biāo)的方向發(fā)送出去。該接收構(gòu)件用于接收來(lái)自目標(biāo)的反射雷達(dá)信號(hào)并用于產(chǎn)生輸出信號(hào)。該控制單元用于運(yùn)作雷達(dá)系統(tǒng)。該信號(hào)處理單元用于將發(fā)到發(fā)送構(gòu)件的輸入信號(hào)以及接收構(gòu)件產(chǎn)生的輸出信號(hào)進(jìn)行對(duì)比然后執(zhí)行算法來(lái)判斷目標(biāo)的范圍、速度以及方位。在另一方面，本專利技術(shù)存在于制作羅特曼透鏡的方法中。所述方法包括的步驟有提供第一襯底用于形成羅特曼透鏡的底部；使用光刻法在第一襯底上形成一個(gè)氧化物掩蔽層；使用深度反應(yīng)離子蝕刻法(DRIE)在第一襯底上蝕刻形成所述底部；提供第二襯底用于形成所述羅特曼透鏡的頂部，以及最后使用熱壓接以及導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂將所述的羅特曼透鏡的所述頂部以及底部結(jié)合起來(lái)制成所述羅特曼透鏡。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)接下來(lái)的本專利技術(shù)的實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明可以對(duì)本專利技術(shù)更詳細(xì) 的特征以及其它特征更了解。附圖說(shuō)明現(xiàn)在可以參考下方與附圖相結(jié)合的詳細(xì)說(shuō)明 圖I示出了本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例中的雷達(dá)系統(tǒng)的示意 圖2A示出了本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例中的生成以及發(fā)送雷達(dá)信號(hào)的功能框 圖2B示出了本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例中的接收以及處理雷達(dá)信號(hào)的功能框 圖3A示出了羅特曼透鏡以及貼本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：喬杜里·沙扎杜爾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：溫莎大學(xué)，
類型：
國(guó)別省市：
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