CN102025026A - 阵列天线装置和雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阵列天线装置和雷达装置。阵列天线装置包括：发送阵列天线，其包括发送天线元件；发送侧方向性控制单元，其通过控制至少部分的发送天线元件的相位来控制发送阵列天线的方向性；接收阵列天线，其包括接收天线元件；以及接收侧方向性控制单元，通过控制接收天线元件的相位来控制接收阵列天线的方向性。阵列天线装置具有混合发送/接收方向性，其中，发送阵列天线和接收阵列天线之中的一个的栅瓣的方向，与发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且之中的前述另一个的栅瓣的方向，与之中的前述一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且使用该混合发送/接收方向性来在扫描范围中进行扫描。

Description

阵列天线装置和雷达装置

技术领域

本发明涉及一种能够抑制栅瓣的阵列天线装置，并且涉及一种雷达装置，其通过使用该阵列天线装置来检测位于主瓣的扫描范围内的目标。

背景技术

例如，如在专利文献JP-B-4147447中所公开的，提供这种阵列天线装置以及雷达装置的技术是已知的。在专利文献JP-B-4147447中公开的技术中，雷达装置包括阵列天线装置，该阵列天线装置配置为：具有多个天线元件的发送阵列天线、连接到发送阵列天线的发送处理单元、具有多个天线元件的接收阵列天线、以及连接到接收阵列天线的接收处理单元。

这个雷达装置通过使用混合发送/接收方向性(compositetransmission/reception directivity)，来检测位于主瓣的扫描范围内的目标，在混合发送/接收方向性中，发送阵列天线的栅瓣的方向(即，光栅受抑制侧)与接收阵列天线的零点的方向(即，光栅抑制侧)相一致。术语“混合发送/接收方向性”指代对光栅受抑制侧上的方向性与光栅抑制侧上的方向性进行混合而产生的方向性。

因而，混合发送/接收方向性能够使得在光栅受抑制侧上的栅瓣的方向与在光栅抑制侧上的零点的方向相一致。因此，可以抑制在光栅受抑制侧上的栅瓣的方向上的灵敏度，而同时可以检测位于主瓣的扫描范围内的目标。

光栅受抑制侧未必具有单一的栅瓣，而可具有多个栅瓣。类似地，光栅抑制侧不但具有主瓣，还具有多个栅瓣。此外，在光栅受抑制侧上的波瓣以及在光栅抑制侧上的波瓣具有相同的方向间隔。以到主瓣的距离递增的顺序，可以将这些相应的栅瓣称为初级栅瓣，二级栅瓣，......N级栅瓣，或者称为第一栅瓣，第二栅瓣，......第N栅瓣。

根据在上面的专利文献JP-B-4147447中描述的技术，在光栅受抑制侧上的第一栅瓣的方向，与在光栅抑制侧上的主瓣与第一栅瓣之间的零点的方向相一致。因此，可以使用混合发送/接收方向性来抑制在光栅受抑制侧上的第一栅瓣的方向上的灵敏度。

然而，尽管在上面的专利文献JP-B-4147447中没有公开，但是在光栅抑制侧上的波瓣之间的方向间隔，是在光栅受抑制侧上的波瓣之间的方向间隔的“两倍”(参照JP-B-4147447的图2)。因而，在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向将与在光栅抑制侧上的第一栅瓣的方向相一致。为此，随同JP-B-4147447中描述的技术，不能使用混合发送/接收方向性来抑制在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向上的灵敏度。因此，会产生以下顾虑：即，如果在可视区域中包括在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向，则可能会引起目标检测错误。

为了消除这样的顾虑，可以减小在天线元件之间的间隔，从而在可视区域中，在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向将与在光栅抑制侧上的第一栅瓣的方向不相一致。具体而言，例如：可视区域展开至“±90°”以内。为了在这个可视区域中栅瓣的方向相互不一致，可以将在光栅抑制侧上的天线元件的间隔设置为是使用的无线电波的波长λ的“一半”或更小。

然而，将在光栅抑制侧上的天线元件之间的间隔设置为这样小的间隔在物理上是困难的。由于这种困难性，可视区域本身需要变得更小以便不引起光栅。减小可视区域本身可能导致目标检测范围的减小。因而，在专利文献JP-B-4147447中公开的技术依然具有改进的空间。

发明内容

根据上面描述的情形提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种能够扩宽可视区域的阵列天线装置，而同时增加天线元件之间的间隔，并且提供一种能够通过使用该阵列天线装置来检测目标的雷达装置。

为了实现该目的，作为一个方面，本发明提供阵列天线装置，包括：发送阵列天线，其包括多个发送天线元件；发送侧方向性控制单元，其通过控制多个发送天线元件中的至少部分发送天线元件的相位来控制发送阵列天线的方向性；接收阵列天线，其包括多个接收天线元件；以及接收侧方向性控制单元，其通过控制多个接收天线元件中的至少部分接收天线元件的相位来控制接收阵列天线的方向性，其中，阵列天线装置具有混合发送/接收方向性，在该混合发送/接收方向性中，发送阵列天线和接收阵列天线之中的一个的栅瓣的方向，与发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的栅瓣的方向，与发送阵列天线和接收阵列天线之中的前述一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且使用该混合发送/接收方向性来在扫描范围中进行扫描。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据一个实施例的包括阵列天线装置的雷达装置的总体配置的框图；

图2是示出阵列因数AF(u)的示例的图示；

图3是示出在主瓣的方向为“45°”时的情形下的阵列因数AF(θ)的示例的图示；

图4是示出发送阵列天线的方向性的示例和接收阵列天线的方向性的用于解释栅瓣的出现原理的示例的图示；

图5是示出对发送阵列天线的方向性和接收阵列天线的方向性进行混合而产生的混合发送/接收方向性的用于解释抑制栅瓣的方法的示例的图示；

图6是示出根据实施例的分别具有虚线和实线的发送阵列天线的方向性的示例和接收阵列天线的方向性的示例的图示；

图7是示出根据实施例的对发送阵列天线的方向性和接收阵列天线的方向性进行混合而产生的混合发送/接收方向性的图示；

图8是示出根据修改实施例的雷达装置的总体配置的框图；

图9是示出根据另一修改实施例的雷达装置的总体配置的框图；以及

图10是示出根据又一修改实施例的雷达装置的总体配置的框图。

具体实施方式

参照图1至7，在下文中将会描述包括阵列天线装置的雷达装置的实施例。图1是示出根据本发明实施例的包括阵列天线装置的雷达装置1的总体配置的框图。参考图1，首先描述雷达装置1的配置和功能。

如图1中所示，雷达装置1包括微型计算机10、振荡器11、功率分解器12、发送侧移相器13、发送阵列天线14、接收阵列天线15、接收侧移相器16、混频器17以及A/D转换器18。

将微型计算机10连接到振荡器11，使得微型计算机10位于振荡器11的上游，而将功率分解器12连接到振荡器11使得功率分解器12位于振荡器11的下游。振荡器11在由微型计算机10分配的频段(例如，毫米波段)下提供振荡。同时，振荡器11产生变换为三角波的高频信号，并且将所产生的高频信号输出给功率分解器12。

将发送阵列天线14经由发送侧移相器13连接到功率分解器12，使得发送阵列天线14位于功率分解器12的下游。将混频器17连接到功率分解器12。功率分解器12将从振荡器11输入的高频信号分成发送信号S和本地信号L。随后，功率分解器12将发送信号S经由发送侧移相器13输出给发送阵列天线14，并且将本地信号L输出给混频器17。

在发送阵列天线14与功率分解器12之间放置发送侧移相器13，而同时将发送侧移相器13连接到微型计算机10。通过在(天线表面上的)平面(未示出)上以规则的间隔排列的多个(例如，5个)发送天线元件14a至14e来配置发送阵列天线14。根据微型计算机10的指令，发送侧移相器13设置从功率分解器12输入给发送天线元件14a至的14e的每个发送信号S的一定量的相移。

因而，经由发送侧移相器13从功率分解器12输入发送信号(电信号)S。发送阵列天线14以发送波束(无线电波)的形式通过发送天线元件14a至14e将这些发送信号S发射(radiate)到外面。每个发送波束的方向取决于输入给发送天线元件14a至14e的每个的发送信号S的相移量。

基于发送阵列天线14的天线表面来决定每个发送波束的方向。具体而言，垂直于天线表面的方向为“0°”，而平行于天线表面的方向为“±90°”针对发送天线元件14a至14e的每个来控制发送信号的相位。因而，发送阵列天线14可以按所需的方向范围来对发送波束进行发射。换句话说，发送阵列天线14的方向性是变化的。

另一方面，通过在平面(未示出)上以规则的间隔排列的多个(例如，3个)接收天线元件15a至15c来配置接收阵列天线15。将接收天线元件15a至15c经由接收侧移相器16连接到混频器17。当目标反射了从发送阵列天线14发射的发送波束(无线电波)时，接收阵列天线15的接收天线元件15a至15c接收反射波束(无线电波)。随后，接收天线元件15a至15c以接收信号(电信号)R的形式将接收到的反射波束输出给接收侧移相器16。根据微型计算机10的指令，接收侧移相器16设置从接收天线元件15a至15c输入的每个接收信号R的一定量的相移，并且随后将接收信号R输出给混频器17。

因而，从连接在混频器17上游的接收侧移相器16来将接收信号R输入给混频器17。将微型计算机10经由A/D转换器18连接到混频器17，使得微型计算机10位于混频器17的下游。混频器17将从接收侧移相器16输入的接收信号R和从功率分解器12输入的本地信号L进行混频(进行同步检测)，从而取出基带信号。经由A/D转换器18将所取出的基带信号转换为数字信号，并且随后将转换后的数字信号输出给微型计算机10。

在接收阵列天线15上的每个反射波束的入射的方向(下文称为反射波束的“入射方向”)取决于从接收天线元件15a至15c输出的每个接收信号R的相移(相位差)的量。基于接收阵列天线15的天线表面来决定反射波束的入射方向。具体而言，垂直于天线表面的入射方向为“0°”，而平行于天线表面的入射方向为“±90°”。对于接收天线元件15a至15c的每个来控制接收信号R的相位。因而，接收阵列天线15可以从期望的方向范围内接收反射波束。

微型计算机10主要由包括CPU、ROM、RAM、备份RAM以及I/O(均未示出)的微型计算机来配置。微型计算机10设置有处理单元(例如，DSP(数字信号处理器))，该处理单元对经由A/D转换器18而从混频器17获取的基带信号进行快速傅里叶变换(FFT)处理。通过执行在ROM中存储的各种控制程序，微型计算机10来进行各种处理。

微型计算机10首先以从“-90°”到“+90°”的目标检测范围扫描主瓣的发射角度，而同时允许发送阵列天线14发射发送波束。(因而，目标的检测范围对应于扫描范围。)当目标位于检测范围之内时，由目标来反射从发送阵列天线14发射的发送波。随后由接收阵列天线15接收反射波。微型计算机10判断由接收阵列天线15接收的每个接收信号R的强度是否等于或大于阀值。当它判断出信号的强度等于或大于阀值时，微型计算机10使用接收信号R的相位差(相移)来检测目标的方向。

以这种方式，雷达装置1使用所谓的电子扫描法。微型计算机10对应于对象检测单元。在本实施例中，使发送阵列天线14的天线表面平行于接收阵列天线15的天线表面，并且目标的检测范围为从“-90°”到“+90°”的范围。

下文描述栅瓣的出现原理。经由下面的表达式(1)来表示作为阵列天线的转换函数的阵列因数AF。在该表达式中，An是每个波源的振幅，d是天线元件的元件间隔，θ₀是主瓣的方向，并且N是天线元件的数量。

$\mathrm{AF}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Anexp}\left[j\right\{-\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}(n-1)d(\sin \mathrm{\θ}-\sin {\mathrm{\θ}}_0)\left\}\right]$ ...表达式(1)

阵列天线以周期性的样式具有主瓣，栅瓣，旁瓣，和零点等等。在它们之中，栅瓣指代的是所具有的峰值(peak)实质上与主瓣峰值相同的波瓣。旁瓣指代的是所具有的峰值低于主瓣峰值和栅瓣峰值的波瓣。这些波瓣的每个均具有确定的宽度，该宽度取决于天线元件的元件间隔。在本实施例中，主瓣对应于包括峰值并且从峰值下降例如“10dB”所延伸的方向范围。栅瓣对应于包括峰值并且从峰值下降例如“10dB”所延伸的方向范围。旁瓣对应于包括峰值并且从峰值下降例如“5dB”所延伸的方向范围。然而，下降的延伸并不限于“10dB”和“5dB”。这些波瓣可能具有相互不重叠或者相互可辨识的范围。此外，零点对应于引起增益突降的方向。零点出现在波瓣之间。

此处，如下面表达式(2)表示的那样来定义新的变量u：同样，为了简化解释，上面的表达式(1)在当An为“1”时表示为下面的表达式(3)。

$u=-\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}d(\sin \mathrm{\θ}-\sin {\mathrm{\θ}}_0)$ ...表达式(2)

$\mathrm{AF}\left(u\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left\{j(n-1)u\right\}$ ...表达式(3)

图2为示出阵列因数AF(u)在例如将元件间隔d设置为与波长λ相同并且将天线元件的元件数量N设置为“5”的情况下的图示。

如图2所示，阵列因数AF(u)在周期“2π”处具有主瓣ML、第一栅瓣GL1以及第二栅瓣GL2。同时，在上面的表达式(3)中使用指数函数。因而，从图2和表达式(3)中可以理解的是阵列因数AF(u)针对变量u而言是周期为“2π”的函数

此外，让我们讨论将主瓣ML的方向θ₀设置为“π/4(＝45°)”的情形。在这样的情形下，可以由下面的表达式(4)来表示变量u的指数范围。将这样的变量u的范围指代为“可视范围”。由图2中的箭头来指示该可视范围。

$(\sqrt{2}-2)\mathrm{\π}\≤u\≤(\sqrt{2}+2)\mathrm{\π})$ ...表达式(4)

从表达式(2)中应当理解的是，随着元件间隔d变大，变量u的指数范围(即，可视范围)也变得更大。另一方面，栅瓣的方向θGL对应于在其右侧成为“±2πm(m＝1，2，3...)”下的表达式(2)所定义的方向，即，对应于构成下面的表达式(5)的方向。因此，可以理解的是，随着元件间隔d变大，栅瓣很可能进入可视范围。应当注意的是，下面的表达式(6)是解算表达式(5)的方向θ的表达式。为了比较，主瓣的方向θML对应于表达式(5)在“m＝0”时定义的方向。

$u=-\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}d(\sin \mathrm{\θ}-\sin {\mathrm{\θ}}_0)=\±2\mathrm{\πm}(m=\mathrm{1,2,3},...)$ ...表达式(5)

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{GLm}}={\sin }^{-1}(\±\frac{\mathrm{\λm}}{d}+\sin {\mathrm{\θ}}_0)$ ...表达式(6)

图3是示出阵列因数AF(θ)的图示，其中，通过指示的方向θ来取代图2的横轴。在图3中，将主瓣的方向θ₀设置为“π/4(＝45°)”

如图3所示，在阵列因数AF(θ)中，当主瓣ML的方向θML为“45°”时，第一栅瓣具有方向θGL1(＝“-17°”)

下面解释在可视范围内抑制光栅出现的方法。在解释中，AT代表发送阵列天线，并且AR代表接收阵列天线。

首先，针对与在上面提及的作为现有技术的专利文献JP-B-4147447中公开的技术相对应的技术来给出解释。在现有技术中，在发送阵列天线AT的波瓣之间的方向间隔，是在接收阵列天线AR的波瓣之间的方向间隔的两倍。

具体而言，由λ代表用于发送阵列天线AT和接收阵列天线AR的无线电波的波长。在这样的情形下，例如，将构成发送阵列天线AT的发送天线元件的元件间隔Dt设置为“等于波长λ的两倍”。同样，例如，将构成接收阵列天线AR的接收天线元件的元件间隔Dr设置为“等于波长λ”。换句话说，让我们假设在发送天线元件的元件间隔Dt与接收天线元件的元件间隔Dr之间建立关系“Dt＝Dr×2.0”。

根据这个关系，当发送阵列天线AT的主瓣T：ML所具有的方向由“方向θ₀＝45°(＝ASIN(1/√2))”表示时，如从表达式(6)中得到的那样，第一栅瓣T：GL1所具有的方向将由“方向θTGL1＝12°(＝ASIN(-1/4+1/√2))”表示。同样，在这样的情形下，如从表达式(6)中得到的那样，第二栅瓣T：GL2所具有的方向将由“方向θTGL2＝-17°(＝ASIN(-1+1/√2))”表示。

此外，当接收阵列天线AR的主瓣R：ML所具有的方向由“方向θ₀＝45°(＝ASIN(1/√2))”表示时，如从表达式(6)中得到的那样，第一栅瓣R：GL1所具有的方向将由“方向θRGL1＝-17°(＝ASIN(-1+1/√2))”表示。因此，通过在发送天线元件的元件间隔Dt与接收天线元件的元件间隔Dr之间设置关系“Dt＝Dr×2.0”，可以理解的是在接收阵列天线AR的波瓣之间的方向间隔可靠地变为在发送阵列天线AT的波瓣之间的方向间隔的“两倍”。应当注意的是“ASIN”表示正弦(sine)函数的逆函数。

在这个现有的技术中，发送阵列天线AT的第二栅瓣的方向θTGL2在“-17°”与接收阵列天线AR的第一栅瓣的方向θRGL1相一致。因而，光栅在可视范围(-90°到+90°)中出现。换句话说，在发送阵列天线AT的第二栅瓣的方向θTGL2上的灵敏度可以不再受混合发送/接收方向性的抑制，从而导致目标检测错误。

在这点上，在本发明的抑制方法中，将在发送阵列天线AT的波瓣之间的方向间隔避免设置为在接收阵列天线AR的波瓣之间的方向间隔的两倍。

具体而言，由λ代表用于发送阵列天线AT和接收阵列天线AR的无线电波的波长。在这样的情形下，例如，将构成发送阵列天线AT的发送天线元件的元件间隔Dt设置为“等于波长λ”。同样，例如，将构成接收阵列天线AR的接收天线元件的元件间隔Dr设置为“等于波长λ的1.5倍”。换句话说，让我们假设在发送天线元件的元件间隔Dt与接收天线元件的元件间隔Dr之间建立关系“Dr＝Dt×1.5”。

根据这个关系，当发送阵列天线AT的主瓣T：ML所具有的方向由“方向θ₀＝45°(＝ASIN(1/√2))”表示时，如从表达式(6)中得到的那样，第一栅瓣T：GL1所具有的方向将由“方向θTGL1＝17°(＝ASIN(-1+1/√2))”表示。

同样，当接收阵列天线AR的主瓣R：ML所具有的方向由“方向θ₀＝45°(＝ASIN(1/√2))”表示时，如从表达式(6)中得到的那样，第一栅瓣R：GL1所具有的方向将由“方向θRGL1＝2°(＝ASIN(-2/3+1/√2))”表示。此外，在这样的情形下，第二栅瓣R：GL2所具有的方向将由“方向θRGL2＝-39°(＝ASIN(-4/3+1/√2))”表示。参考图4以作比较。图4是分别通过虚线和实线示出发送阵列天线AT的方向性和接收阵列天线AR的方向性的图示。

因此，通过在发送天线元件的元件间隔Dt与接收天线元件的元件间隔Dr之间设置关系“Dr＝Dt×1.5”，在发送阵列天线AT的波瓣之间的方向间隔可靠地变为在接收阵列天线AR的波瓣之间的方向间隔的“1.5倍”。此外，可以理解的是发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1的方向θTGL1，与接收阵列天线AR的第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2的方向θRGL1和θRGL2之间的中心方向相一致。

如图4中的实线所示，接收阵列天线AR在第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2的方向之间具有“3个”旁瓣和“4个”零点。对于“3个”旁瓣，具有最低峰值(下文中被称为“最低峰值旁瓣”)的那个具有与上文提及的中心方向相对应的方向。因此，将由接收阵列天线AR的最低峰值旁瓣来抑制发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1。

这样，通过在发送天线元件的元件间隔Dt与接收天线元件的元件间隔Dr之间设置关系“Dr＝Dt×1.5”，可以最大化发送阵列天线AT的第一栅瓣的抑制量。

此外，如图4中的虚线所示，发送阵列天线AT在主瓣T：ML和第一栅瓣T：GL1的方向之间具有“3个”旁瓣和“4个”零点。因此，将由发送阵列天线AT的旁瓣和零点来抑制接收阵列天线AR的第一栅瓣R：GL1。

类似地，发送阵列天线AT还具有参照第一栅瓣T：GL1的方向而远离主瓣T：ML的“3个”旁瓣和“3个”零点。因此，将由发送阵列天线AT的旁瓣和零点来抑制接收阵列天线AR的第二栅瓣R：GL2。

因而，通过在发送天线元件的元件间隔Dt与接收天线元件的元件间隔Dr之间设置关系“Dr＝Dt×1.5”，可以最大化发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1的抑制量。

此外，将由发送阵列天线AT的主瓣T：ML和第一栅瓣T：GL1之间的旁瓣和零点来抑制接收阵列天线AR的第一栅瓣R：GL1。并且，将由参照发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1而远离主瓣T：ML的旁瓣和零点来抑制接收阵列天线AR的第二栅瓣R：GL2。

图5是示出混合发送/接收方向性的图示，在该混合发送/接收方向性中，将发送阵列天线AT的方向性和接收阵列天线AR的方向性进行组合。如图5所示，在混合发送/接收方向性中，发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1的方向θTGL1与接收阵列天线AR的零点的方向或者旁瓣的方向相一致。另外，接收阵列天线AR的第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2的方向θRGL1和θRGL2与发送阵列天线AT的零点的方向或者旁瓣的方向相一致。

换句话说，通过接收阵列天线AR的零点或者旁瓣将发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1抑制了约“10dB”。类似地，通过发送阵列天线AT的零点或者旁瓣将接收阵列天线AR的第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2抑制了约“10dB”。

然而，当如上所描述的将发送阵列天线AT的元件间隔Dt与接收阵列天线AR的元件间隔Dr设置为具有关系“Dr＝Dt×1.5”时，接收阵列天线AR的第三栅瓣R：GL3(未示出)的方向与发送阵列天线AT的第二栅瓣T：GL2(未示出)的方向相一致。因此，栅瓣出现在混合发送/接收方向性中。

当栅瓣已经出现在的方向进入可视区域时，很可能错误地检测了目标。为了避免栅瓣出现在可视区域，发送阵列天线AT的元件间隔Dt需要成为如下间隔：即，不允许发送阵列天线AT的第二栅瓣T：GL2进入可视区域。

具体而言，需要设置发送阵列天线AT的元件间隔Dt以使得满足下面的表达式(7)。通过在上面提供的表达式(2)或(5)中分别将因数“m”和方向“θ”替换为“2”和“-90°”并且使得主瓣的方向“θ₀”为“+90°”，来得到表达式(7)。此处，主瓣的方向，即“θ₀＝+90°”，对应于可视区域的一端的方向。同样，条件，即“m＝2”和“θ＝-90°”，对应于条件：发送阵列天线AT的第二栅瓣T：GL2出现在可视区域的另一端的方向上。

$0<\frac{4\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}d<4\mathrm{\&pi;}$ ...表达式(7)

从上面的表达式(7)中，可以理解的是，通过将发送阵列天线AT的元件间隔Dt设置为“Dt＜λ”，可以避免栅瓣出现在可视区域中。

如上面所提及的，在发送天线元件的元件间隔Dt与接收天线元件的元件间隔Dr之间具有关系“Dr＝Dt×1.5”。因此，最大化了由接收天线元件AR的旁瓣引起的对于发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1的抑制量。

然而，关系不限于“Dr＝Dt×1.5”，而可以是“Dt＜Dr＜Dt×2”。同样根据这个关系，可以由接收阵列天线AR的零点或者旁瓣来抑制发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1。这是因为具有元件间隔Dt的发送阵列天线AT的第一栅瓣T：GL1的方向落入具有元件间隔Dr的接收阵列天线AR的第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2的方向之间。

现在参照图6和图7，基于上面描述的抑制栅瓣的方法，将会又进一步地描述本实施例。图6是示出分别具有实线和虚线的发送阵列天线14的方向性和接收阵列天线15的方向性的图示。图7是示出由发送阵列天线14的方向性和接收阵列天线15的方向性进行组合的混合发送/接收方向性的图示；

在本实施例中，在发送天线元件14a至14e之间的元件间隔Dt与在接收天线元件15a至15c的元件间隔Dr所具有的关系表示为“Dr＝Dt×1.5”。

因而，如图6中所示，发送阵列天线14的第一栅瓣T：GL1的方向θTGL1落入接收阵列天线15的第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2的方向θRGL1和θRGL2之间。

具体而言，发送阵列天线14的第一栅瓣T：GL1的方向θTGL1与接收阵列天线15的零点方向或者旁瓣方向相一致。另外，接收阵列天线15的第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2的方向θRGL1和θRGL2与发送阵列天线14的零点方向或者旁瓣方向相一致。

如图7所示，在混合发送/接收方向性中，通过接收阵列天线15的零点或者旁瓣，将发送阵列天线14的第一栅瓣T：GL1抑制了约“10dB”。类似地，通过发送阵列天线14的零点或者旁瓣，将接收阵列天线15的第一和第二栅瓣R：GL1和R：GL2抑制了约“10dB”。

同样，在本实施例中，根据用于雷达装置1的波长λ，将发送天线元件14a至14e的元件间隔Dt设置为波长λ的“0.9倍”，并且将接收天线元件15a至15c的元件间隔Dr设置为波长λ的“1.35倍”。因而，由于可以满足上面所提及的关系“Dt＜λ”，因而可以防止光栅在可视区域(±90°)中出现。

根据作为现有技术而提供的专利文献JP-B-4147447中所公开的技术，为了在可视区域(±90°)中不会引起光栅，不得不将元件间隔Dt设置为波长λ的“一半”或者更少。在这点上，根据本发明的实施例，如果元件间隔Dt小于波长λ，则可以将元件间隔Dt设置为比波长λ的一半更大。因此，可以更加容易地配置发送阵列天线15。

应当注意的是，雷达装置1的发送侧移相器13和接收侧移相器16分别对应于发送侧方向性控制单元和接收侧方向性控制单元。

本发明所涉及的雷达装置1不限于在上面实施例中例示的配置，而可以在不偏离本发明精神的范围内对其进行各种修改。例如，可以如下面所陈述的来对上面的实施例进行适当地修改和实施。

在上面的实施例中，将发送阵列天线14配置为具有“5个”发送天线元件14a至14e。然而，发送天线元件的数量不限于此。可以按需要对发送天线元件的数量进行增加或减少。类似地，在上面的实施例中，将接收阵列天线15配置为具有“3个”接收天线元件15a至15c。然而，接收天线元件的数量不限于此。可以按需要对接收天线元件的数量进行增加或减少。

在上面的实施例中，通过设置输入给发送天线元件14a至14e的多个发送信号S的每个的相移量，来使得发送侧移相器13设置发送阵列天线14的方向性。然而，不必对配置发送阵列天线14的多个发送天线元件14a至14e的每一个均设置相移量。

例如，可以配置为在与图1相对应的图8中示出的雷达装置1a。在这个雷达装置中，可以将发送天线元件14a至14e之中的发送天线元件14a的相移量用作参考，来设置剩余的发送天线元件14b至14e的相移量。在这样的情形下，由于不需要控制发送天线元件14a的相位，所以发送侧移相器13a没有针对发送天线元件14a的移相器。因而，还可以通过控制多个发送天线元件14a至14e的至少一部分的相位，来控制发送阵列天线14的方向性。

在上面的实施例中，通过设置输入给接收天线元件15a至15c的多个接收信号R的每个的相移量，来使得接收侧移相器16设置接收阵列天线15的方向性。然而，不必对配置接收阵列天线15的多个接收天线元件15a至15c中的所有元件设置相移量。

例如，如在与图1相对应的图8中示出的雷达装置1a中，可以将接收天线元件15a至15c之中的接收天线元件15a的相移量用作参考，来设置剩余的接收天线元件15b和15c的相移量。在这样的情形下，由于不需要控制接收天线元件15a的相位，所以接收侧移相器16a没有被设置有针对接收天线元件15a的移相器。因而，还可以通过控制多个接收天线元件15a至15c的至少一部分的相位，来控制接收阵列天线15的方向性。

不必使用接收侧移相器16a来控制接收阵列天线15的方向性。例如，如与图1或图8相对应的图9所示，作为接收侧移相器16a的替代，可以使用切换器16b，来控制接收阵列天线15的方向性，从而进行诸如已知的DBF(Digital Beam Forming，数字波束形成)之类的数字处理。同样根据这个配置，可以控制接收阵列天线15的方向性。

此外，不必使用发送侧移相器13a来控制发送阵列天线14的方向性。如在与图1、图8或图9相对应的图10所示的雷达装置1c的情形中，作为发送侧移相器13a的替代，可以使用诸如已知的巴特勒矩阵(Butler matrix)之类的相位网络131以及切换器132，来控制发送阵列天线14的方向性。具体而言，可以配置相位网络131，以便发送阵列天线14具有5种类型的方向性，并且可以使用切换器132来切换这5种类型的方向性。此外，可以配置切换器16b，以便接收阵列天线15具有与阵列天线14的相应5种类型的方向性相对应的方向性。同样根据这个配置，可以控制发送阵列天线14的方向性。

在上面的实施例中，将发送阵列天线14配置为平面天线，在该平面天线中，多个发送天线元件排列在平面上。然而，配置不限于此。发送阵列天线14可以只为阵列天线，并因而可以不必将多个发送天线元件排列在平面上。

类似地，在上面的实施例中，将接收阵列天线15配置为平面天线，在该平面天线中，多个接收天线元件排列在平面上。然而，配置不限于此。接收阵列天线15可以只为阵列天线，并因而可以不必将多个接收天线元件排列在平面上。

在上面的实施例中，发送天线元件14a至14e的元件间隔Dt以及接收天线元件15a至15c的元件间隔Dr具有关系“Dr＝Dt×1.5”。可选地，可以建立关系“Dt＜Dr＜Dt×2”。

在上面的实施例中，当将用于雷达装置1的无线电波的波长表示为λ时，将发送天线元件14a至14e的元件间隔Dt设置为波长λ的“0.9倍”。或者，可以将元件间隔Dt设置为波长λ的“0.99倍”或者“0.5倍”。重要的是只建立关系“Dt＜λ”。

在上面的实施例中，当将发送和接收阵列天线14和15的扫描范围均设置范围“±90°”时，设置关系“Dt＜λ”。然而扫描范围可以不必以“±90°”为范围。当将发送和接收阵列天线14和15的扫描范围设置为范围“±θ”时，可以只建立关系“Dt＜λ/sinθ”。

为了方便，将上面的实施例描述为确定从发送阵列天线14发射的主瓣的方向为“45°”。然而，可以从“-90°”到“+90°”的范围来扫描从发送阵列天线14的主瓣。因而，可以允许接收阵列天线15的零点和旁瓣的方向跟随发送阵列天线14的主瓣的方向。

在下文中，将会概括上面描述的实施例的各个方面。

为了实现上面的目的，实施例的阵列天线装置具有混合发送/接收方向性，在该混合发送/接收方向性中，发送阵列天线和接收阵列天线之中的一个的栅瓣的方向，与发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个的栅瓣的方向，与发送阵列天线和接收阵列天线之中的前述一个的零点或部分旁瓣的方向相一致。

根据天线装置的配置，由接收阵列天线的零点或旁瓣来抑制发送阵列天线的栅瓣。类似地，由发送阵列天线的零点或旁瓣来抑制接收阵列天线的栅瓣。

这意味着，发送阵列天线和接收阵列天线之中的一个阵列天线(下文称作“第一阵列天线”)的第二栅瓣的方向，并不与发送阵列天线和接收阵列天线之中的另一个阵列天线(下文称作“第二阵列天线”)的第一栅瓣的方向相一致。这不同于上面现有技术中的在光栅受抑制侧上的第二栅瓣的方向与在光栅抑制侧上的第一栅瓣的方向相一致。

对比上面的现有技术，不同之处在于，在上面配置的混合发送/接收方向性中，光栅出现在的方向将会更加远离主瓣的方向，这使得光栅难于出现在可视区域中。因而，根据上面的配置，可以无需减小天线元件之间的元件间隔而扩宽可视区域。

在阵列天线装置中，形成了关系“Dt＜Dr＜Dt×2”。这个关系使得第一阵列天线的第一栅瓣的方向落入第二阵列天线的第一栅瓣和第二栅瓣的方向之间。在这样的情形下，第二阵列天线在第一和第二栅瓣的方向之间具有多个旁瓣和多个零点。因此，将由第二阵列天线的零点或者旁瓣来抑制第一阵列天线的第一栅瓣。

类似地，第一阵列天线在主瓣和第一栅瓣的方向之间具有多个旁瓣和多个零点。因此，将由第一阵列天线的零点或者旁瓣来抑制第二阵列天线的第一栅瓣。

类似地，第一阵列天线还具有参照第一栅瓣而远离主瓣的多个旁瓣和多个零点。因此，将由第一阵列天线的零点或者旁瓣来抑制第二阵列天线的第二栅瓣。

在阵列天线装置中，形成了关系“Dt＜λ/sinθ”。同样这个关系可以在当扫描范围为“±θ”时防止光栅出现在可视区域中。

在阵列天线装置中，当扫描范围为“±90°”时，设置元件间隔Dt和元件间隔Dr以建立关系“Dr＝Dt×1.5”和关系“Dt＜λ”。这意味着第一阵列天线的第一栅瓣的方向与在第二阵列天线的第一和第二栅瓣的方向之间的中心方向相一致。在这样的情形下，第二阵列天线在第一和第二栅瓣的方向之间具有多个旁瓣。所述多个旁瓣中的具有最低峰值的旁瓣位于上面提及的中心方向。因此，将由第二阵列天线的具有最低峰值的旁瓣来抑制第一阵列天线的第一栅瓣。因而，根据阵列天线装置，可以最大化抑制量。

需要注意的是，阵列天线装置还可以包括移相器，该移相器控制至少部分的接收天线元件的相位。接收侧方向性控制单元可以使用该移相器来控制接收阵列天线的方向性。

可选地，阵列天线装置还可以包括切换器，该切换器控制至少部分的接收天线元件的相位。接收侧方向性控制单元可以使用该切换器来控制接收阵列天线的方向性。

为了实现上面的目的，雷达装置包括阵列天线装置和基于接收信号来检测对象的对象检测单元，该接收信号为从发送阵列天线发送、由对象进行反射、并且由接收阵列天线接收的无线电波。因而雷达装置可以通过使用阵列天线装置来检测对象(目标)。

应当理解的是本发明不限于上面描述的配置，本领域技术人员对其进行的任何以及所有的修改和变更等，均应被视为落入本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种阵列天线装置，包括：

发送阵列天线，其包括多个发送天线元件；

发送侧方向性控制单元，其通过控制所述多个发送天线元件中的至少部分发送天线元件的相位来控制所述发送阵列天线的方向性；

接收阵列天线，其包括多个接收天线元件；以及

接收侧方向性控制单元，其通过控制所述多个接收天线元件中的至少部分接收天线元件的相位来控制所述接收阵列天线的方向性，其中，

所述阵列天线装置具有混合发送/接收方向性，在所述混合发送/接收方向性中，所述发送阵列天线和所述接收阵列天线之中的一个的栅瓣的方向与所述发送阵列天线和所述接收阵列天线之中的另一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，而所述发送阵列天线和所述接收阵列天线之中的所述另一个的栅瓣的方向与所述发送阵列天线和所述接收阵列天线之中的所述一个的零点或部分旁瓣的方向相一致，并且所述阵列天线装置使用所述混合发送/接收方向性来在扫描范围中进行扫描。

2.根据权利要求1所述的阵列天线装置，其中，

所述发送天线元件和所述接收天线元件之中的一个的元件间隔Dt与所述发送天线元件和所述接收天线元件之中的另一个的元件间隔Dr具有关系“Dt＜Dr＜Dt×2”和“Dt＜λ/sinθ”，其中λ是用于所述阵列天线装置的无线电波的波长，并且“±θ”是所述发送阵列天线和所述接收阵列天线的扫描范围。

3.根据权利要求2所述的阵列天线装置，其中，

当所述扫描范围是“±90°”时，所述元件间隔Dt和所述元件间隔Dr具有关系“Dr＝Dt×1.5”和“Dt＜λ”。

4.根据权利要求1所述的阵列天线装置，还包括移相器，所述移相器控制至少部分的所述接收天线元件的相位，其中，

所述接收侧方向性控制单元使用所述移相器来控制所述接收阵列天线的方向性。

5.根据权利要求1所述的阵列天线装置，还包括切换器，所述切换器控制至少部分的所述接收天线元件的相位，其中，

所述接收侧方向性控制单元使用所述切换器来控制所述接收阵列天线的方向性。

6.一种雷达装置，包括：

根据权利要求1所述的阵列天线装置；以及

基于接收信号来对对象进行检测的对象检测单元，所述接收信号是从所述发送阵列天线发送的、由所述对象进行反射的、并且由所述接收阵列天线接收的无线电波。

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