專利名稱：相控陣列毫米波成像技術(shù)的制作方法
相控陣列毫米波成像技術(shù)本申請(qǐng)案在35U. S. C. § 120的規(guī)范下主張2010年4月20日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案第61/325，894號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以引用的方式將其完整內(nèi)容并入。
背景技術(shù)：
本發(fā)明關(guān)于將相控陣列技術(shù)應(yīng)用至毫米波成像。明確地說，本發(fā)明關(guān)于利用可重新配置的相控天線陣列的焦點(diǎn)平面以及光瞳平面陣列成像技術(shù)。毫米波成像涉及被動(dòng)檢測(cè)毫米波(30至300GHz)頻帶中自然發(fā)生的輻射。另外還有主動(dòng)式毫米波成像系統(tǒng)，其會(huì)利用毫米波輻射來(lái)照射目標(biāo)物。此處所述的技術(shù)也可應(yīng)用至主動(dòng)式成像器的接收器部分。然而，被動(dòng)式成像器具有沒有毫米波發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)，使其使用難以檢測(cè)并且消除毫米波無(wú)線電發(fā)射的被關(guān)注的健康議題。毫米波輻射的大氣傳播窗(其中，該輻射會(huì)有最小的大氣吸收)出現(xiàn)在35、94、 140,220GHz,因此，許多毫米波成像器都被設(shè)計(jì)成操作在這些頻率處。不過，成像器也可被設(shè)計(jì)成操作在其它頻率處，尤其是僅需要在相對(duì)短的距離(舉例來(lái)說，IOm)上進(jìn)行輻射檢測(cè)的情況。毫米波成像器能夠在低可視性條件中成像(不同于視覺/紅外成像器)，而且毫米波成像器特別適合穿透煙霧或粉塵來(lái)成像物體。它們也可使用在安全應(yīng)用中，因?yàn)樗鼈兡軌虼┩敢路?lái)檢測(cè)物體。毫米波成像器最典型地利用由多個(gè)毫米波透鏡的系統(tǒng)將毫米波輻射聚焦在一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器上而建構(gòu)。檢測(cè)器通常由多個(gè)毫米波無(wú)線電接收器以及多個(gè)天線組件組成。通過在單檢測(cè)器組件上依序從畫面中不同的部分以機(jī)械方式掃描輻射便會(huì)創(chuàng)造出多個(gè)像素的圖像?；蛘撸鄠€(gè)檢測(cè)器可能會(huì)被排列成線性陣列或是焦點(diǎn)平面陣列。使用多個(gè)檢測(cè)器會(huì)提高特定檢測(cè)器在該畫面中單個(gè)像素上的停留時(shí)間。該增加的積分時(shí)間會(huì)降低檢測(cè)器的有效噪聲底并改善成像器的熱分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例具體實(shí)施例包括一種檢測(cè)射頻圖像的設(shè)備，該設(shè)備包括由一個(gè)或多個(gè)封裝集成電路承載的射頻天線陣列；以及控制器，其被配置成選擇性地相位偏移來(lái)自所述天線的射頻信號(hào)，以使得所述射頻圖像的至少一部分被聚焦。本發(fā)明的另一示例包括一種成像器部件，位于成像器陣列中，檢測(cè)來(lái)自射頻透鏡的已聚焦的射頻信號(hào)，所述成像器部件包括射頻天線，其被配置成接收已聚焦的射頻信號(hào)。所述成像器部件還包括相位偏移器，其被配置成相位偏移所述射頻信號(hào)，以使得當(dāng)所述射頻信號(hào)與所述成像器陣列中其它成像器部件檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)，所述成像器陣列的至少一部分被電子轉(zhuǎn)向。所述成像器部件進(jìn)一步包括第一像素檢測(cè)器電路，其被配置成將所述射頻信號(hào)傳送至成像器，而不將所述射頻信號(hào)與其它射頻信號(hào)組合。所述成像器部件進(jìn)一步包括射頻切換器，所述射頻切換器可配置成將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)向至相位偏移器和像素檢測(cè)器中的一個(gè)。本發(fā)明的又一示例具體實(shí)施例包括一種成像器陣列中的成像器部件，所述成像器部件包括射頻天線，其被定位在光瞳平面處并且被配置成接收射頻信號(hào)。所述成像器部件還包括相位偏移器，其被配置成相位偏移射頻信號(hào)，以使得當(dāng)所述射頻信號(hào)與成像器陣列中其它成像器部件檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)，所述成像器陣列被電子轉(zhuǎn)向，所述其它成像器部件與位于所述光瞳平面處的成像器部件物理隔離。所述成像器部件還包括共用的本地振蕩器信號(hào)，用于使得成像器部件以及所述成像器陣列中的其它成像器部件保持相位一致性。本發(fā)明的再一示例具體實(shí)施例包括一種成像射頻信號(hào)的方法，其包括從射頻天線接收已聚焦的射頻信號(hào)，所述射頻天線屬于天線陣列。所述方法還包括將所述射頻信號(hào)從像素檢測(cè)器電路處切換至相位偏移器電路。所述像素檢測(cè)器電路被配置成將所述射頻信號(hào)傳送至成像器，而不組合所述射頻信號(hào)和其它射頻信號(hào)。所述相位偏移器電路被配置成相位偏移所述射頻信號(hào)，以使得所述天線陣列的至少一部分在所述射頻信號(hào)與所述天線陣列中其它天線檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)被電子轉(zhuǎn)向。



本文會(huì)在說明書的結(jié)論處于申請(qǐng)專利范圍中特別提出并明確主張本發(fā)明的主旨。配合附圖便可從上面的詳細(xì)說明中明白本發(fā)明的前述和其它目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)，其中圖I示出了本發(fā)明所設(shè)計(jì)的用于檢測(cè)射頻圖像的示例設(shè)備。圖2A示出了未被分組成相控陣列的射頻天線。圖2B示出了將天線分組成相控陣列的示例。圖3示出了封裝集成電路的示例具體實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D。圖4示出了被配置成焦點(diǎn)平面陣列成像器的設(shè)備的示例具體實(shí)施例的側(cè)視圖。圖5示出了被配置成焦點(diǎn)平面陣列成像器的設(shè)備的示例具體實(shí)施例的更詳細(xì)圖式。圖6示出了成像器陣列中的成像器部件的示例具體實(shí)施例，用以檢測(cè)來(lái)自射頻透鏡的聚焦射頻信號(hào)。圖7示出了被配置成光瞳平面陣列成像器的設(shè)備的示例具體實(shí)施例。圖8詳細(xì)顯示了可作為光瞳平面陣列成像器的一部分的封裝集成電路的示例具體實(shí)施例的電路圖。圖9示出了可作為光瞳平面陣列成像器的一部分的成像器部件的示例具體實(shí)施例。圖10示出了可作為光瞳平面陣列成像器的一部分的組合器電路的示例具體實(shí)施例。圖11示出了設(shè)備的示例具體實(shí)施例，其中，光瞳平面配置可被實(shí)現(xiàn)為稀疏填充陣列。圖12示出了用于成像射頻信號(hào)的方法的示例具體實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式本文會(huì)參考本發(fā)明的具體實(shí)施例來(lái)說明本發(fā)明。在本發(fā)明的全部說明中會(huì)參考圖I至圖12。
如下文的詳細(xì)討論，本發(fā)明的具體實(shí)施例包含可動(dòng)態(tài)重新配置的天線陣列組，其允許使用相位陣列技術(shù)來(lái)進(jìn)行電子轉(zhuǎn)向，用以檢測(cè)無(wú)線電波影像。具體實(shí)施例可被配置成用以在透鏡的焦點(diǎn)平面處或是在沒有透鏡的光瞳平面處檢測(cè)射頻。圖I示出了本發(fā)明所設(shè)計(jì)的用于檢測(cè)射頻圖像的示例設(shè)備102。該設(shè)備包含由多個(gè)射頻天線106所組成的陣列104，天線被制作在一個(gè)或多個(gè)封裝集成電路108之上；以及控制器110，其被配置成選擇性地相位偏移來(lái)自天線的射頻信號(hào)，以使得該RF圖像的一部分被聚焦。圖2A與圖2B示出了以不同的方式將該示例設(shè)備中的天線106分組以形成選定的天線陣列配置。圖2A顯示的陣列104中的所有天線106被排列成各個(gè)像素。因此，在該排列中來(lái)自天線106的已檢測(cè)射頻信號(hào)并不會(huì)作為組群被相位偏移或是與該陣列104中其它天線所檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合。圖2B顯示了被配置成相控陣列202組群的多個(gè)天線106的示例。于此 具體實(shí)施例中，每一個(gè)相控陣列202都由一個(gè)或多個(gè)封裝集成電路108上的多根天線106所組成。此夕卜，每一個(gè)相控陣列202都對(duì)應(yīng)于已檢測(cè)圖像中的單個(gè)像素。依此方式，如下面詳述的，來(lái)自天線106的射頻信號(hào)會(huì)被選擇性地相位偏移，以使得該射頻圖像的至少一部分會(huì)匯聚。可以想到，天線106也可跨越多個(gè)封裝集成電路108被分組及/或跨越單封裝集成電路108中的天線106的子集被分組。如上面所述的，天線106中的每一個(gè)可被配置成單個(gè)像素或是相控陣列202的一部分。當(dāng)每一根天線106被配置成單個(gè)像素時(shí)，在畫面中便會(huì)達(dá)到最大數(shù)量的同步像素(也就是，最大的空間分辨率)。當(dāng)天線106被配置成相控陣列202時(shí)則會(huì)降低噪聲并且因而改善熱分辨率，因?yàn)樵撽嚵性鲆鏁?huì)改善信噪比=SNR陣列增益=IOloglO(N)。畫面中不同的部分可能有不同數(shù)量的像素、視頻速率、以及熱分辨率。此外，相控陣列202還可用于電子聚焦。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，有各式各樣的方式可將天線分組成相控陣列。圖3示出了本發(fā)明所設(shè)計(jì)的封裝集成電路108的示例具體實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D。封裝集成電路108可能包含多根天線106以及集成電路管芯302。在具體實(shí)施例中，天線106可被制作在封裝層304里面；而在其它具體實(shí)施例中，天線106則可以是集成電路管芯302的一部分。在被設(shè)計(jì)成檢測(cè)頻率為60GHz的波的具體實(shí)施例中，封裝集成電路108可利用低溫共燒陶瓷技術(shù)被制作成具有天線腔306以及4x4天線陣列。十六個(gè)貼片天線106的增益范圍可各為5-7dBi。天線腔306可提供一種相對(duì)介電常數(shù)彼此接近的天線環(huán)境，其可產(chǎn)生成像器應(yīng)用所需的寬廣的(約10%)頻寬。該天線陣列的尺寸可擴(kuò)大為6x6、8x8、或更大的陣列。在圖3中，淺色線描繪封裝里面的層疊，而暗色線則表示內(nèi)部的封裝連線。該封裝集成電路108里面可包含的陣列的尺寸可能會(huì)受限于從天線106至集成電路管芯302的路徑長(zhǎng)度，并且還受限于集成電路管芯302上的輸入和輸出的數(shù)量。圖4示出了被配置成焦點(diǎn)平面陣列成像器402用以檢測(cè)射頻圖像的設(shè)備的示例具體實(shí)施例的側(cè)視圖。該示例焦點(diǎn)平面陣列成像器包含具有至少一個(gè)固定透鏡406的透鏡組件404以及要被成像的物體412。在該具體實(shí)施例中，由多根天線106組成的陣列104可能會(huì)被定位在透鏡組件404的焦點(diǎn)平面408處。該透鏡組件404可以以機(jī)械方式調(diào)整透鏡406，用以將無(wú)線電波聚焦至由多根天線106組成的特定陣列104。在其它具體實(shí)施例中，該透鏡組件404可能會(huì)通過移動(dòng)鏡來(lái)聚焦無(wú)線電波。因此，熟悉本技術(shù)的人士便會(huì)理解，本發(fā)明的具體實(shí)施例可使用各種方法來(lái)調(diào)整與聚焦無(wú)線電波。該透鏡組件404可能要求取決于瑞雷準(zhǔn)則(Raleigh Criterion)的透鏡直徑。任何成像器(在任何頻率處)的空間分辨率都會(huì)受限于該瑞雷準(zhǔn)則。瑞雷準(zhǔn)則將成像器分辨率與被檢測(cè)輻射的波長(zhǎng)及孔徑直徑(也就是，圖中透鏡的直徑)相關(guān)聯(lián)。舉例來(lái)說，為在94GHz處達(dá)到四毫弧的角分辨率約需要一米的孔徑。光學(xué)透鏡的限制條件也使其難以利用小于透鏡直徑的支座(standoff)來(lái)產(chǎn)生不失真的圖像。因此，倘若利用現(xiàn)有光學(xué)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，具有四毫弧角分辨率的94GHz成像器在以透鏡為基礎(chǔ)的成像系統(tǒng)中會(huì)需要一立方米的近似最小體積。使用相控陣列技術(shù)來(lái)創(chuàng)造可重新配置的焦點(diǎn)平面陣列能夠允許在成像器的熱靈敏度、視頻速率、以及空間分辨率之間快速進(jìn)行折衷，如同能夠被電子轉(zhuǎn)向的相控陣列一樣快，并且比以機(jī)械方式來(lái)掃描或再聚焦的現(xiàn)有透鏡系統(tǒng)快得多。該具體實(shí)施例雖然可能包 含龐大的透鏡系統(tǒng)；不過，本領(lǐng)域技術(shù)人員便會(huì)了解，其可能是特定應(yīng)用中的優(yōu)選具體實(shí)施例。這些應(yīng)用包含尺寸、重量、以及體積并非重大缺點(diǎn)的具體實(shí)施例。其中一種此類具體實(shí)施例為固定式入口安保成像器。圖5示出了被配置成焦點(diǎn)平面陣列成像器402的設(shè)備102的示例具體實(shí)施例的更詳細(xì)圖式。該具體實(shí)施例包含功率組合器502，其會(huì)被配置成用以組合來(lái)自天線106的射頻信號(hào)。該具體實(shí)施例還包含多個(gè)射頻切換器504。每一個(gè)射頻切換器504都會(huì)被耦合至射頻天線106中的一個(gè)射頻天線106。依此方式，來(lái)自每一根天線106的信號(hào)會(huì)各自被成像，或者，通過該功率組合器502與來(lái)自天線106的其它射頻信號(hào)組合。該具體實(shí)施例進(jìn)一步包含相位偏移器506，其被耦合至每一根天線106的功率組合器502。單個(gè)天線106、射頻切換器504、以及相位偏移器506都可以是成像器部件508的一部分。該功率組合器502可能包含四級(jí)二元RF功率組合樹，如S. Reynolds等人在 2010RFIC Symposium Digest of Papers 中所發(fā)表的 A 16-Element Phased-ArrayReceiver IC for 60-GHz Communi cat ions in SiGe BiCMOS,本文以引用的方式將其完整并入。本領(lǐng)域技術(shù)人員便會(huì)了解，各種功率組合方法都可套用至本發(fā)明。在功率組合器502之后，信號(hào)可能會(huì)通過可變?cè)鲆娣糯笃?10和隨后的包絡(luò)檢測(cè)器512。該包絡(luò)檢測(cè)器的輸出可通過積分器514并接著在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之前先被模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器516數(shù)字化。這些四個(gè)組件以及類似的具體實(shí)施例可稱為像素檢測(cè)器電路518與519。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該像素檢測(cè)器電路518與519可具有由ADC以及數(shù)字域中其它功能(VGA、積分)所組成的混合式信號(hào)/數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式。圖5的示例具體實(shí)施例可被配置成讓射頻天線106陣列選擇性地被配置成由該控制器110來(lái)電子轉(zhuǎn)向。電子轉(zhuǎn)向可包括經(jīng)由相位偏移并將天線分組成相控陣列來(lái)聚焦已檢測(cè)無(wú)線電波的方向以提高圖像中多個(gè)部分的熱分辨率，但是，本發(fā)明并不受限于此。圖5的示例具體實(shí)施例也可利用被配置成用以檢測(cè)毫米波頻帶(約30至300GHz)中的電磁波的天線106。這些天線106可以和上面相同或類似的方式被制作在硅之上。如下面的進(jìn)一步說明，圖5的示例具體實(shí)施例可能還包含低噪聲放大器520、可變?cè)鲆娣糯笃?10、以及數(shù)字射束查找表522。圖6示出了成像器陣列104 (參見圖I)中的成像器部件508的示例具體實(shí)施例，用以檢測(cè)來(lái)自射頻透鏡406的已聚焦射頻信號(hào)。成像器部件508可能包含射頻天線106，其被配置成用以接收該已聚焦射頻信號(hào)。具體實(shí)施例可能包含相位偏移器506，其被配置成用以相位偏移該射頻信號(hào)。相位可能被偏移，以使得該成像器陣列104的至少一部分在該射頻信號(hào)與成像器陣列104中其它成像器部件508檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)被電子轉(zhuǎn)向。圖6的具體實(shí)施例進(jìn)一步包含第一像素檢測(cè)器電路519，其被配置成用以讓該射頻信號(hào)通往成像器而不讓該無(wú)線電信號(hào)與其它無(wú)線電信號(hào)組合。具體實(shí)施例可能還包含射頻切換器504，其可被配置成用以將該射頻信號(hào)轉(zhuǎn)向至該相位偏移器506或該第一像素檢測(cè)器電路519。在不同的具體實(shí)施例中，該切換器實(shí)現(xiàn)方式可能為被動(dòng)式或主動(dòng)式，并且舉例來(lái)說，可能包含具有多個(gè)可切換級(jí)聯(lián)負(fù)載的放大器。此處雖然并未顯示，不過，本領(lǐng)域技術(shù)人員便會(huì)了解，本技術(shù)中已知的Dicke切換或類似的方法都可并入該成像器部件的具體實(shí)施例中，用以降低檢測(cè)器增益變化的影響。在成像器部件508的具體實(shí)施例中，被天線106檢測(cè)到的信號(hào)可能會(huì)通過低噪聲 放大器520并且接著通過射頻切換器(或功率分割器)504,該射頻切換器會(huì)讓該信號(hào)通往該相位偏移器506或第一像素檢測(cè)器電路519。于另一具體實(shí)施例中，功率分割器504可能會(huì)讓該信號(hào)的一部分通往每一條路徑。倘若通往相位偏移器506的話，該信號(hào)便會(huì)通過該相位偏移器506。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該相位偏移器506可能包含反射類型相位偏移器或是主動(dòng)式相位偏移器，如M. D. Tsai以及A. Natarajan (IBM)在RFIC 2009，第223至226頁(yè)中所發(fā)表的 60-GHz Passive and Active RF Phase Shifters in Silicon,本文以引用的方式將其并入。在通過相位偏移器506后，該信號(hào)接著可能會(huì)通往可變?cè)鲆娣糯笃?10。從多根RF天線檢測(cè)到的信號(hào)會(huì)在該可變?cè)鲆娣糯笃?10后面根據(jù)上述的方法進(jìn)行功率組
八
口 ο成像器部件508的具體實(shí)施例可能還進(jìn)一步包含數(shù)字射束查找表522，其被配置成用以決定該相位偏移器506必要的偏移度，以使得該成像器陣列104被電子轉(zhuǎn)向至所希望的角度。一旦已組合的射頻信號(hào)從該功率組合器502處被輸出，其便會(huì)通往第二像素檢測(cè)器518。該第二像素檢測(cè)器電路518被耦合至該功率組合器并且被配置成用以讓該已功率組合的射頻信號(hào)通往該成像器。圖7示出了用以檢測(cè)射頻圖像的設(shè)備的示例具體實(shí)施例，其中，天線106被定位在要被檢測(cè)的圖像的光瞳平面410處。該設(shè)備可能包含由多個(gè)射頻天線106所組成的陣列104，天線被制作在一個(gè)或多個(gè)封裝集成電路108之上；以及控制器110，其被配置成選擇性地相位偏移來(lái)自天線106的射頻信號(hào)，以使得該RF圖像的一部分被匯聚。該示例具體實(shí)施例可能還包含用于每一根天線106的相位偏移器以及用于組合已相位偏移的射頻的一個(gè)或多個(gè)功率組合器，稍后會(huì)在圖8中說明與顯示。該設(shè)備可能還包含一個(gè)或多個(gè)封裝集成電路108以及功能如下面的至少一個(gè)組合器電路704。在一個(gè)具體實(shí)施例中，每一個(gè)封裝集成電路陣列都會(huì)連同對(duì)應(yīng)的組合器電路704被制作。在具體實(shí)施例中，該設(shè)備可能還包含本地振蕩器706，用以讓被射頻天線106所檢測(cè)到的射頻信號(hào)之間保持相位一致性。此本地振蕩器706可產(chǎn)生本地振蕩器信號(hào)708，其會(huì)從該組合器電路704散布至每一個(gè)封裝集成電路108。在多個(gè)組合器電路的情況中，單個(gè)本地振蕩器信號(hào)可能被散布至所有封裝集成電路108。圖7中雖然僅顯示指向四個(gè)封裝集成電路108以及從四個(gè)封裝集成電路108處指出的箭頭；不過，應(yīng)該注意的，每一個(gè)封裝集成電路108中都可能存在箭頭以及它們代表的對(duì)應(yīng)電路。被配置在光瞳平面410處的具體實(shí)施例可能會(huì)使用相控陣列技術(shù)來(lái)產(chǎn)生光瞳平面陣列，而不需要光學(xué)透鏡。該封裝集成電路108的陣列被放置在該成像器的光瞳平面410處而非光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)平面處，該陣列的整個(gè)外部尺寸會(huì)構(gòu)成該成像器的孔徑(而不是由光學(xué)透鏡尺寸來(lái)決定該孔徑)。信號(hào)處理會(huì)從在光瞳平面410處收集到的信息來(lái)重建圖像。所有天線106可一起被使用作為相控陣列104或是由例如多列組織而成的多個(gè)相控陣列104。雖然天線106被實(shí)現(xiàn)在不同的封裝集成電路108之上，不過，在任一情況中都必須保持各個(gè)組件之間的相位一致性。在一個(gè)具體實(shí)施例中，來(lái)自多根天線106的信號(hào)會(huì)經(jīng)過相位偏移、功率組合、以及降頻轉(zhuǎn)換成中頻(Intermediate Frequency, IF)信號(hào)，以便在印刷電路板層級(jí)進(jìn)行散布。降頻轉(zhuǎn)換會(huì)用到本地振蕩器信號(hào)708，其對(duì)所有封裝集成電路108共享并且會(huì)在電路板層級(jí)散布。每一個(gè)封裝集成電路108都可以逐列處理來(lái)自天線106的信號(hào)，每一列都由一個(gè)或多個(gè)天線106列所組成。接著，每一列可能有IF輸出信號(hào)。 組合器電路704會(huì)在每一條IF信號(hào)路徑中讓IF信號(hào)逐列組合相位偏移器506，用以補(bǔ)償每一條IF信號(hào)路徑的線路中不同的相位偏移。圖7的光瞳平面陣列104可能由封裝集成電路108的KxL陣列104所組成，在x方向中有K個(gè)封裝集成電路108而在y方向中有L個(gè)封裝集成電路108 (K > I且L > I)。接著,每一個(gè)封裝集成電路108可能由天線106的NxM陣列104所組成。該封裝集成電路108含有總共NxM根射頻天線106 (N彡I且M彡I)。倘若逐列處理信號(hào)的話，那么，該封裝集成電路108便可能會(huì)有M個(gè)IF輸出。該封裝集成電路108含有被連接至該封裝集成電路108的RF輸入的NxM根天線106。組合器電路704會(huì)組合封裝集成電路108的IF輸出。在該示例具體實(shí)施例中，組合器電路704有KxLxM個(gè)IF輸入。倘若輸入的數(shù)量變得太大的話，組合器電路704可能被實(shí)現(xiàn)在多個(gè)封裝IC上。組合器電路704可能還會(huì)產(chǎn)生本地振蕩器信號(hào)708,其被散布至每一個(gè)封裝集成電路108。圖8詳細(xì)顯示封裝集成電路108的示例具體實(shí)施例的電路圖。被配置成在光瞳平面410處使用的封裝集成電路108的示例具體實(shí)施例可以包含用于每一根天線106的相位偏移器506以及用于組合多個(gè)經(jīng)相位偏移射頻的一個(gè)或多個(gè)功率組合器502。天線106可以類似于上述，被制作在封裝集成電路108里面。在一個(gè)具體實(shí)施例中，天線106可以被制作在封裝層304里面；但是在其它具體實(shí)施例中，天線106可以是集成電路管芯302的一部分。天線106也可以被配置成用以檢測(cè)30至300GHz射頻頻帶中的電磁波。被配置成在光瞳平面處使用的封裝集成電路108的示例具體實(shí)施例可以包含N根射頻天線106以及一個(gè)輸出；但是，不同的具體實(shí)施例則可以有NxM根RF天線106以及M個(gè)IF輸出。每一根天線106都會(huì)耦合相位偏移器506。通過調(diào)整被天線106檢測(cè)到的每一個(gè)信號(hào)的相位與增益便會(huì)達(dá)成射束成形的目的。單個(gè)天線106與相位偏移器506可被描述為成像器部件508的一部分，并且還可以包含低噪聲放大器520、數(shù)字射束查找表522、以及可變?cè)鲆娣糯笃?10。在成像器部件508后面可以是功率組合器(也稱為功率組合樹)502，其中，N條信號(hào)路徑被組合。在該功率組合器502后面，該信號(hào)可以經(jīng)由頻率混合器802被頻率轉(zhuǎn)換(混頻)成IF頻率，接著，其可以通過可變衰減器804以及放大器806以調(diào)整該IF信號(hào)的振幅。在具體實(shí)施例中，本地振蕩器信號(hào)708可以在電路板層級(jí)散布并且可以是封裝集成電路108的輸入，其中，其可以進(jìn)行頻率倍增(在圖8中會(huì)乘以九倍)并且用作混頻器的振蕩器輸入。該本地振蕩器信號(hào)708可以較低的頻率散布，以防止因在該電路板上傳輸?shù)娜俾时镜卣袷幤餍盘?hào)7 08所發(fā)生的相關(guān)問題(例如，衰減和耦合)；但是，在其它具體實(shí)施例中，這可能沒有好處。圖9示出了成像器陣列104中的成像器部件508的具體實(shí)施例。具體實(shí)施例可以包含射頻天線106，其被定位在光瞳平面處并且被配置成接收射頻信號(hào)。該具體實(shí)施例還可以包含相位偏移器506，其被配置成相位偏移該射頻信號(hào)。相位可以被偏移以使得該成像器陣列104在該射頻信號(hào)與成像器陣列104中其它成像器部件所檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)被電子轉(zhuǎn)向。其它的成像器部件508可以與該光瞳平面處的成像器部件508物理地隔離。具體實(shí)施例可以進(jìn)一步包含共用的本地振蕩器信號(hào)，讓該成像器部件508和該成像器陣列104中的其它成像器部件508保持相位一致性。光瞳平面陣列的成像器部件508的具體實(shí)施例還可以包含放大器520以及可變?cè)鲆娣糯笃?10。該成像器部件508的具體實(shí)施例還可以包含數(shù)字射束查找表522，其被配置成決定該相位偏移器506必要的偏移度，以使得該成像器陣列被電子轉(zhuǎn)向至所希望的角度。該成像器部件508還可以被制作成封裝集成電路108的一部分，其被配置成將該射頻信號(hào)以及其它射頻信號(hào)功率組合成經(jīng)功率組合的射頻信號(hào)。于另一具體實(shí)施例中，該成像器部件508可以與該封裝集成電路108被分開制作。圖中雖然并未顯示；不過，本領(lǐng)域技術(shù)人員便會(huì)了解，可以將Dicke切換或類似的方法并入成像器部件508的具體實(shí)施例中，降低檢測(cè)器增益變化的影響。圖10示出了組合器電路704的示例具體實(shí)施例。舉例來(lái)說，該組合器電路704可逐列組合來(lái)自封裝集成電路108的IF信號(hào)和每一條IF信號(hào)路徑中的相位偏移器506,以補(bǔ)償每一條IF信號(hào)路徑的線路中不同的相位偏移。組合器電路704 (多個(gè))的輸入總數(shù)量等于封裝集成電路108的數(shù)量的M倍。組合器電路704可以有多個(gè)輸出，至少等于要被處理的列數(shù)。在該組合器電路704的示例具體實(shí)施例中，IF輸入信號(hào)中的每一個(gè)都可通過可變?cè)鲆娣糯笃?10以及具有伴隨數(shù)字射束查找表522的相位偏移器506的組合。接著，多個(gè)信號(hào)便可經(jīng)由功率組合器502進(jìn)行功率組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員便會(huì)了解，取決于信號(hào)的頻率，此處使用的功率組合器502以及相位偏移器506可以不同于封裝集成電路108中所使用的。經(jīng)過功率組合后，信號(hào)在進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)之前通過另一可變?cè)鲆娣糯笃?10。如上面所述，包絡(luò)檢測(cè)器的輸出可以在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之前先經(jīng)由像素檢測(cè)器電路518進(jìn)行積分與數(shù)字化。封裝集成電路108和組合器電路704被示出為在電路板或封裝層級(jí)相連的單獨(dú)裝置；但是在特定的應(yīng)用中，它們的功能可以被組合在單IC上。此外，RF、IF、以及本地振蕩器信號(hào)708的給定頻率以典型的94GHz成像系統(tǒng)為基礎(chǔ)；不過，頻率可以取決于應(yīng)用而不同。該光瞳平面陣列成像器雖然仍受限于瑞雷準(zhǔn)則；不過，沒有光學(xué)透鏡系統(tǒng)便不需要有等于透鏡直徑的支座。圖11示出了設(shè)備的示例具體實(shí)施例，其中，光瞳平面配置可被實(shí)現(xiàn)為稀疏填充陣列1102。稀疏填充陣列1102是其全部成員沒有都被填充的陣列。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該射頻天線106的陣列可以包含被放置在均勻格柵上的二個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的多根天線106，以使得該陣列104被實(shí)現(xiàn)為稀疏填充陣列。在具體實(shí)施例中，該射頻天線106的陣列104可以包含第一天線陣列104以及第二天線陣列104。該第一天線陣列以及該第二天線陣列可以實(shí)質(zhì)上被分隔放置在該光瞳平面的相反端處。在另一具體實(shí)施例中，可通過將具有天線106的封裝集成電路108排列在該稀疏填充陣列1102的相反邊緣處的兩列中并將數(shù)列放置在該稀疏填充陣列1102的內(nèi)部，來(lái)實(shí)現(xiàn)該稀疏填充陣列1102。因此，I米乘I米的稀疏填充陣列1102可以由數(shù)列封裝集成電路108所組成，每個(gè)都為I米高及數(shù)厘米寬，最外面的兩列分隔I米，但是該陣列的內(nèi)部多數(shù)未被占用。利用上述光瞳平面具體實(shí)施例的架構(gòu)便可保持天線106之間的相位一致性。圖12示出了用于成像射頻信號(hào)的方法的示例具體實(shí)施例。該方法可以包含接收操作1202，其從屬于天線106的陣列104的射頻天線106接收已聚焦射頻信號(hào)。該方法還可以包含切換操作1204，將該射頻信號(hào)從像素檢測(cè)器電路518處切換至相位偏移器506。像素檢測(cè)器電路518可以被配置成讓該射頻信號(hào)通往成像器，而不會(huì)將該射頻信號(hào)與其它無(wú)線電信號(hào)組合。相位偏移器506可以被配置成相位偏移該射頻信號(hào)，以使得該天線106的 陣列104的至少一部分被電子轉(zhuǎn)向。該電子轉(zhuǎn)向可以發(fā)生在該射頻信號(hào)與天線106的陣列104中其它天線106所檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)相組合時(shí)。該方法可以進(jìn)一步包含改變操作1206,調(diào)整該圖像中至少一部分的熱分辨率與空間分辨率。本文雖然已經(jīng)說明本發(fā)明優(yōu)選的具體實(shí)施例；不過，要了解的，本領(lǐng)域技術(shù)人員目前或是未來(lái)便可以進(jìn)行落在后面申請(qǐng)專利范圍的范疇里面的各種改善與增強(qiáng)。申請(qǐng)專利范圍應(yīng)該被視為對(duì)本文率先說明的發(fā)明提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)射頻圖像的設(shè)備，該設(shè)備包括 由一個(gè)或多個(gè)封裝集成電路承載的射頻天線陣列；以及 控制器，其被配置成選擇性地相位偏移來(lái)自所述天線的射頻信號(hào)，以使得所述射頻圖像的至少一部分被聚焦。
2.如權(quán)利要求I的設(shè)備，其進(jìn)一步包括 透鏡組件，包含至少一個(gè)固定透鏡； 其中所述天線陣列被定位在所述透鏡組件的焦點(diǎn)平面處。
3.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其進(jìn)一步包括 功率組合器，其被配置成組合來(lái)自所述天線的射頻信號(hào)； 多個(gè)射頻切換器，每一個(gè)射頻切換器耦合至所述射頻天線中相應(yīng)的一個(gè)，以使得來(lái)自每一根天線的信號(hào)能夠各自被成像或通過所述功率組合器與來(lái)自所述天線的其它射頻信號(hào)組合；以及 用于每一根天線的相位偏移器。
4.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述射頻天線陣列中的至少一部分被選擇性配置成通過所述控制器電子轉(zhuǎn)向。
5.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述天線被配置成檢測(cè)毫米波頻帶中的電磁波。
6.如權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述天線被定位在要被檢測(cè)的圖像的光瞳平面處。
7.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其中所述天線由硅基板承載。
8.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其進(jìn)一步包括 用于每一根天線的相位偏移器；以及 一個(gè)或多個(gè)功率組合器，用于組合經(jīng)相位偏移的射頻信號(hào)。
9.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其進(jìn)一步包括本地振蕩器，用來(lái)保持所述射頻天線檢測(cè)到的射頻信號(hào)之間的相位一致性。
10.如權(quán)利要求6的設(shè)備，其中所述射頻天線陣列包含布置在均勻格柵的兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)處的多根天線，以使得所述陣列被實(shí)現(xiàn)為稀疏填充陣列。
11.如權(quán)利要求I的設(shè)備,其中所述天線被配置成檢測(cè)30至300GHz頻帶范圍中的電磁波。
12.—種成像器部件，位于成像器陣列中，檢測(cè)來(lái)自射頻透鏡的已聚焦的射頻信號(hào)，所述成像器部件包括 射頻天線，其被配置成接收已聚焦的射頻信號(hào)； 相位偏移器，其被配置成相位偏移所述射頻信號(hào)，以使得當(dāng)所述射頻信號(hào)與所述成像器陣列中其它成像器部件檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)，所述成像器陣列的至少一部分被電子轉(zhuǎn)向； 第一像素檢測(cè)器電路，其被配置成將所述射頻信號(hào)傳送至成像器，而不將所述射頻信號(hào)與其它射頻信號(hào)組合；以及 射頻切換器，所述射頻切換器可配置成將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)向至相位偏移器和像素檢測(cè)器中的一個(gè)。
13.如權(quán)利要求12的成像器部件，其進(jìn)一步包括數(shù)字射束查找表，被配置成確定所述相位偏移器需要的偏移度，以使得所述成像器陣列被電子轉(zhuǎn)向至所希望的角度。
14.如權(quán)利要求12的成像器部件，進(jìn)一步包括被耦合至相位偏移器的功率組合器，所述功率組合器被配置成將所述射頻信號(hào)與其它射頻信號(hào)功率組合成經(jīng)功率組合的射頻信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14的成像器部件，進(jìn)一步包括被耦合至所述功率組合器的第二像素檢測(cè)器電路，所述第二像素檢測(cè)器電路被配置成將經(jīng)功率組合的射頻信號(hào)傳送至成像器。
16.一種成像器陣列中的成像器部件，所述成像器部件包括 射頻天線，其被定位在光瞳平面處并且被配置成接收射頻信號(hào)； 相位偏移器，其被配置成相位偏移射頻信號(hào)，以使得當(dāng)所述射頻信號(hào)與成像器陣列中其它成像器部件檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)，所述成像器陣列被電子轉(zhuǎn)向，所述其它成像器部件與位于所述光瞳平面處的成像器部件物理隔離；以及 共用的本地振蕩器信號(hào)，用于使得成像器部件以及所述成像器陣列中的其它成像器部件保持相位一致性。
17.如權(quán)利要求16的成像器部件，其進(jìn)一步包括數(shù)字射束查找表，用于確定相位偏移器需要的偏移度，以使得所述成像器陣列被電子轉(zhuǎn)向至所希望的角度。
18.如權(quán)利要求16的成像器部件，其中所述成像器部件被制造成封裝集成電路的一部分，其被配置成將射頻信號(hào)與其它射頻信號(hào)功率組合成經(jīng)功率組合的射頻信號(hào)
19.一種成像射頻信號(hào)的方法，其包括 從射頻天線接收已聚焦的射頻信號(hào)，所述射頻天線屬于天線陣列；以及 將所述射頻信號(hào)從像素檢測(cè)器電路處切換至相位偏移器電路，所述像素檢測(cè)器電路被配置成將所述射頻信號(hào)傳送至成像器，而不組合所述射頻信號(hào)和其它射頻信號(hào)，所述相位偏移器電路被配置成相位偏移所述射頻信號(hào)，以使得所述天線陣列的至少一部分在所述射頻信號(hào)與所述天線陣列中其它天線檢測(cè)到的其它射頻信號(hào)組合時(shí)被電子轉(zhuǎn)向。
20.如權(quán)利要求19的方法，其進(jìn)一步包括改變所述圖像至少一部分的熱分辨率與空間分辨率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用相控陣列技術(shù)來(lái)檢測(cè)射頻影像的設(shè)備、成像器部件、以及方法。示例設(shè)備包含被制作在一個(gè)或多個(gè)封裝集成電路之上的射頻天線陣列。該設(shè)備還包含控制器，其會(huì)被配置成用以選擇性地相位偏移來(lái)自天線的射頻信號(hào)，以使得該射頻影像的至少一部分會(huì)被聚焦。
文檔編號(hào)G01S13/00GK102844673SQ201180019783
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者甘東根, 劉兌現(xiàn), A·S·納塔拉詹, S·K·雷諾德斯, A·V·加西亞 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司