專利名稱：超寬帶短脈沖雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超寬帶(UWB)短程雷達(dá)，尤其涉及一種采用下列技術(shù)的UWB短程雷達(dá)所述技術(shù)能夠使在22到29GHz的超寬帶中使用的短程雷達(dá)符合國際無線電通信條例(RR)的規(guī)則。
背景技術(shù)：
試圖將使用UWB的短程雷達(dá)實(shí)際用作汽車短程雷達(dá)或用于具有視覺缺陷的人的雷達(dá)。
利用UWB的短程雷達(dá)象普通雷達(dá)一樣從發(fā)射單元的天線向空間發(fā)射短脈沖波，接收從存在于空間的物體反射的波以執(zhí)行對該物體的分析過程。
圖24示出這種類型的短程雷達(dá)的發(fā)射單元的示意配置。
更具體而言，發(fā)射單元通過開關(guān)電路2接收從載波信號發(fā)生器1輸出的UWB中的預(yù)定頻率的載波信號S，通過預(yù)定頻率的、從脈沖發(fā)生器3輸出的脈沖信號Pa來通/斷開關(guān)電路2，以產(chǎn)生短脈沖Pb，通過放大器4來放大短脈沖Pb，以及從天線5輸出所放大的短脈沖Pb。

發(fā)明內(nèi)容
然而，其中斷開或閉合在載波信號S的路徑中設(shè)置的開關(guān)電路2以產(chǎn)生短脈沖Pb的配置具有下列問題。由于開關(guān)電路2的不完全隔離而導(dǎo)致的泄漏，所以不能完全停止載波信號的輸出。
具體地，在具有高頻率的UWB中，難于防止載波泄漏(carrier leakage)，并且在使用UWB的短程雷達(dá)中，無脈沖時間大約是有脈沖時間的4倍。為此，載波泄漏的功率變得非常高。結(jié)果，短脈沖Pb的頻譜密度Sx具有例如如圖25中所示的特性，在對應(yīng)于載波頻率fc的位置上，泄漏分量S′相當(dāng)突出。
該泄漏分量S′限制了對在正常發(fā)送時間輸出的短脈沖波的反射波的實(shí)際接收靈敏度從而縮小了雷達(dá)的搜索面積，這使得難于檢測到低反射率的障礙物。
關(guān)于UWB雷達(dá)系統(tǒng)，在下列非專利文獻(xiàn)1中，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)規(guī)定了圖26中所示的頻譜屏蔽(spectrum mask)。
非專利文獻(xiàn)1FCC 04-285 SECOND REPORT AND ORDER AND SECONDMEMORANDAM OPINION AND ORDER2004年12月16日這個頻譜屏蔽公開于2004年12月16日。該頻譜屏蔽比以前的頻譜屏蔽規(guī)定得更精確。
在這個頻譜屏蔽中，在UWB中，在從1.61到23.12GHz的范圍以及29.0GHz或更大的范圍中的功率密度被規(guī)定至-61.3dBm/MHz或更小，而在從23.12到23.6GHz的范圍以及24.0到29.0GHz的范圍中的功率密度被規(guī)定至-41.3dBm/MHz或更小。
為了保護(hù)用于射電天文學(xué)或勘測衛(wèi)星業(yè)務(wù)(EESS)的無源傳感器，在其中國際無線通信條例(RR)有意禁止了射頻波發(fā)射的、從23.6到24.0GHz范圍的所謂的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶(也稱為限制頻帶)中，功率密度被抑制至-61.3dBm/MHz，其比傳統(tǒng)的輻射功率密度低20dB。
在該頻帶中的輻射功率密度被限制。為此，當(dāng)泄漏分量S′與如上所述一樣大時，相應(yīng)地，在正常發(fā)射時間的輸出電平必須被設(shè)置為低，并且勘測距離等必定受到相當(dāng)大的限制。
因此，如圖26中所示，在UWB中，短脈沖Pb的載波頻率可以和用于多普勒雷達(dá)的范圍從24.05到24.25GHz的頻帶(短程設(shè)備[SRD])匹配，所述頻帶被允許發(fā)射密度為-41.3dBm/MHz的功率以防止由泄漏分量S′所導(dǎo)致的問題。
然而，RR射頻波發(fā)射禁止頻帶出現(xiàn)在SRD頻帶附近，并且此外，通過由如上所述的脈沖信號來間歇發(fā)送載波信號而獲得的脈沖調(diào)制信號具有幾百兆赫到2GHz的頻譜寬度。為此，當(dāng)在接近RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的SRD頻帶中設(shè)置載波頻率時，短脈沖頻譜的具有非常高的電平的部分和RR射頻波發(fā)射禁止頻帶重疊。因此，與在上述的最新頻譜屏蔽中不同，難于將功率密度抑制到-61.3dBm或更小。
在RR射頻波發(fā)射禁止頻帶中，為了防止地球勘測衛(wèi)星被阻礙，對于在用于地球上的另一目標(biāo)的射頻波的垂直平面上的輻射方向(仰角方向)，在超過30度的范圍中的輻射密度被規(guī)定為在輻射角0度到30度上的輻射密度的-25dB或更小(2005年6月或以后)。每幾年該規(guī)定就會變得更嚴(yán)格。
因此，當(dāng)在SRD頻帶中設(shè)置載波頻率時，必須抑制天線的垂直平面的輻射角的范圍以防止所發(fā)射的射頻波的輻射方向較高。
然而，為了抑制天線的垂直平面的輻射角的范圍，大多數(shù)天線元件必須設(shè)置在高度方向上以形成陣列。高度增加使得難于在汽車中安裝雷達(dá)。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。本發(fā)明的一個目的是提供一種UWB短程雷達(dá)，其實(shí)現(xiàn)在UWB中不會泄漏載波信號的方案，并且由此在符合按照UWB雷達(dá)所規(guī)定的頻譜屏蔽時，防止RR射頻波發(fā)射禁止頻帶和SRD頻帶被阻礙。
為了獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種UWB短程雷達(dá)，包括發(fā)射單元(32)，用于從天線(33)向空間(1)發(fā)射滿足預(yù)定頻譜屏蔽的短脈沖波(Pt)；接收單元(40)，用于接收由存在于所述發(fā)射單元所發(fā)射的短脈沖波的空間中的物體(1a)產(chǎn)生的反射波(Pr)；和信號處理單元(61)，用于根據(jù)來自所述接收單元的輸出信號來執(zhí)行對于所述物體的分析過程，其中所述發(fā)射單元具有脈沖發(fā)生器(23)，用于輸出多個脈沖信號，每一脈沖信號在預(yù)定頻率上具有預(yù)定寬度；和突發(fā)脈沖(burst)振蕩器(24)，用于接收從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號，并且執(zhí)行振蕩操作達(dá)對應(yīng)于所述脈沖信號的寬度的時間以輸出作為短脈沖波的短脈沖信號，以及設(shè)置從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的寬度和周期以及從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖信號的振蕩頻率，以便從所述天線發(fā)射到所述空間的短脈沖波的頻譜的幾乎整個主波瓣落在預(yù)定頻譜屏蔽中的24.0到29.0GHz的范圍中，以及對由所述預(yù)定頻譜屏蔽保持的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的輻射功率密度比所述主波瓣的峰值輻射功率密度低不小于20dB。
為了獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種根據(jù)第一方面的UWB短程雷達(dá)，其中從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波的頻譜的主波瓣的兩個末端落在預(yù)定頻譜屏蔽中的24.0到29.0GHz的范圍中。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種根據(jù)第一方面的UWB短程雷達(dá)，其中從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波的頻譜的主波瓣的低頻側(cè)上的側(cè)波瓣和由預(yù)定頻譜屏蔽保持的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶重疊。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種根據(jù)第一方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元(24a)，包括信號反相器(25)和用于延遲來自所述信號反相器的輸出信號以反饋回輸入端的反饋電路(26)，所述振蕩單元在通過所述信號反相器的輸入/輸出響應(yīng)時間和所述反饋電路的延遲時間所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路(24b)，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種根據(jù)第二方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元(24a)，包括信號反相器(25)和用于延遲來自所述信號反相器的輸出信號以反饋回輸入端的反饋電路(26)，所述振蕩單元在通過所述信號反相器的輸入/輸出響應(yīng)時間和所述反饋電路的延遲時間所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路(24b)，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種根據(jù)第三方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元(24a)，包括信號反相器(25)和用于延遲來自所述信號反相器的輸出信號以反饋回輸入端的反饋電路(26)，所述振蕩單元在通過所述信號反相器的輸入/輸出響應(yīng)時間和所述反饋電路的延遲時間所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路(24b)，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種根據(jù)第一方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元(24a)，包括放大器(72)、連接到所述放大器的輸入單元或輸出單元的諧振器(73)、以及從所述放大器的輸出側(cè)到所述放大器的輸入側(cè)執(zhí)行正反饋的反饋電路(74)，所述振蕩單元在由所述諧振器所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路(24b)，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種根據(jù)第二方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元(24a)，包括放大器(72)、連接到所述放大器的輸入單元或輸出單元的諧振器(73)、以及從所述放大器的輸出側(cè)到所述放大器的輸入側(cè)執(zhí)行正反饋的反饋電路(74)，所述振蕩單元在由所述諧振器所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路(24b)，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供一種根據(jù)第三方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元(24a)，包括放大器(72)、連接到所述放大器的輸入單元或輸出單元的諧振器(73)、以及從所述放大器的輸出側(cè)到所述放大器的輸入側(cè)執(zhí)行正反饋的反饋電路(74)，所述振蕩單元在由所述諧振器所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路(24b)，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供一種根據(jù)第一方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元被提供有濾波器(31)，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供一種根據(jù)第二方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元被提供有濾波器(31)，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，提供一種根據(jù)第三方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元被提供有濾波器(31)，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，提供一種根據(jù)第四方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元被提供有濾波器(31)，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，提供一種根據(jù)第七方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元被提供有濾波器(31)，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，提供一種根據(jù)第一方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件(123)周圍環(huán)繞空腔(30)而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，提供一種根據(jù)第二方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件(123)周圍環(huán)繞空腔(30)而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，提供一種根據(jù)第三方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件(123)周圍環(huán)繞空腔(30)而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十八方面，提供一種根據(jù)第四方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件(123)周圍環(huán)繞空腔(30)而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第十九方面，提供一種根據(jù)第七方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件(123)周圍環(huán)繞空腔(30)而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
為了獲取上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二十方面，提供一種根據(jù)第八方面的UWB短程雷達(dá)，其中所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件(123)周圍環(huán)繞空腔(30)而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
在具有該配置的、根據(jù)本發(fā)明的UWB短程雷達(dá)中，響應(yīng)于脈沖信號，執(zhí)行振蕩操作達(dá)對應(yīng)于所述脈沖信號的脈沖寬度的時間的突發(fā)脈沖振蕩器產(chǎn)生短脈沖波。為此，理論上不發(fā)生載波信號的泄漏，幾乎整個主波瓣可以被設(shè)置在不和UWB中的從23.6到24GHz的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶重疊的頻域中，以便可以實(shí)現(xiàn)符合FCC的規(guī)定的UWB短程雷達(dá)。
在根據(jù)本發(fā)明的UWB短程雷達(dá)中，抑制在RR射頻波發(fā)射禁止頻帶中的信號的濾波器或天線也被用做在發(fā)射單元中的濾波器或天線，以便可以更可靠地防止射頻波對RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的輻射。


圖1是被示出以說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的UWB短程雷達(dá)的配置的方框圖。
圖2是被示出以說明用于圖1中的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的突發(fā)脈沖振蕩器的一個示例的配置的方框圖。
圖3是被示出以說明圖2中的突發(fā)脈沖振蕩器的操作的時序圖。
圖4是被示出以說明用于圖1的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的突發(fā)脈沖振蕩器的另一示例的配置的方框圖。
圖5是被示出以說明用于圖1的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的突發(fā)脈沖振蕩器的再一個示例的配置的方框圖。
圖6是示出在載波頻率為26.5GHz、脈沖寬度Tp為1ns時從圖1的突發(fā)脈沖振蕩器輸出的信號的頻譜功率密度分布的曲線圖。
圖7是示出用于圖1的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的BRF的阻尼(damping)特性的曲線圖。
圖8是被示出以說明用作圖1的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的發(fā)射天線的圓極化天線的配置的透視圖。
圖9是被示出以說明用作圖1的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的發(fā)射天線的圓極化天線的配置的前視圖。
圖10是被示出以說明用作圖1的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的發(fā)射天線的圓極化天線的配置的后視圖。
圖11是沿圖9中的線11-11所取的放大截面圖。
圖12是沿圖10中的線12-12所取的放大截面圖。
圖13是被示出以說明其中應(yīng)用了圖9中的圓極化天線的順序旋轉(zhuǎn)陣列的配置的后視圖。
圖14是被示出以說明在圖13的順序旋轉(zhuǎn)陣列的配置中、被設(shè)置成將諧振器的諧振頻率設(shè)置于RR射頻波發(fā)射禁止頻帶中的圓極化天線的增益特性的曲線圖。
圖15是被示出以說明用于圖1的UWB短程雷達(dá)的接收單元的檢測電路的線性乘法器的的一個示例的配置的方框圖。
圖16是被示出以說明圖15中的線性乘法器的操作的時序圖。
圖17是被示出以說明用于圖1中的UWB短程雷達(dá)的接收單元的采樣和保持電路的配置的原理圖。
圖18是被示出以說明用于圖1中的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的突發(fā)脈沖振蕩器的另一示例的配置的方框圖。
圖19是被示出以說明圖18中的突發(fā)脈沖振蕩器的具體配置的方框圖。
圖20是被示出以說明用于圖1中的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的突發(fā)脈沖振蕩器的再一示例的配置的方框圖。
圖21是被示出以說明圖20中的突發(fā)脈沖振蕩器的具體示例的配置的方框圖。
圖22是被示出以說明用于圖1中的UWB短程雷達(dá)的發(fā)射單元的突發(fā)脈沖振蕩器的再一示例的配置的方框圖。
圖23是被示出以說明圖20中的突發(fā)脈沖振蕩器的具體示例的配置的方框圖。
圖24是被示出以說明傳統(tǒng)短程雷達(dá)的配置的方框圖。
圖25是被示出以說明傳統(tǒng)短程雷達(dá)的頻譜功率密度分布的曲線圖。
圖26是被示出以說明由FCC規(guī)定的頻譜屏蔽的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖來說明本發(fā)明的幾個實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1是被示出以說明根據(jù)應(yīng)用了本發(fā)明的第一實(shí)施例的UWB短程雷達(dá)20的配置的方框圖。
UWB短程雷達(dá)20主要包括發(fā)射單元21，用于從天線22向空間1發(fā)射滿足預(yù)定頻譜屏蔽的短脈沖波Pt；接收單元40，用于接收通過存在于由發(fā)射單元21所發(fā)射的短脈沖波Pt的空間1中的物體1a獲得的反射波Pr；以及信號處理單元61，用于根據(jù)來自接收單元40的接收信號執(zhí)行對該物體的分析過程。發(fā)射單元21具有脈沖發(fā)生器23，以預(yù)定頻率輸出多個脈沖信號，其中每一脈沖信號都具有預(yù)定寬度；以及突發(fā)脈沖振蕩器24，用于接收從所述脈沖發(fā)生器23輸出的脈沖信號，并且執(zhí)行振蕩操作達(dá)對應(yīng)于所述脈沖信號的寬度的時間，從而輸出作為短脈沖波的短脈沖信號。設(shè)置從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的寬度和周期以及從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖信號的振蕩頻率，以便從天線發(fā)射到空間的短脈沖波的頻譜的幾乎整個主波瓣落在預(yù)定頻譜屏蔽中的24.0到29.0GHz的范圍內(nèi)以及對由預(yù)定頻譜屏蔽保持的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的輻射功率密度比主波瓣的峰值輻射功率密度低不少于20dB。
更具體而言，UWB短程雷達(dá)20是由發(fā)射單元21、接收單元40、模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器60、信號處理單元61和控制單元62構(gòu)成。
發(fā)射單元21被配置成在每次發(fā)射單元21接收到例如以預(yù)定頻率輸出的發(fā)射觸發(fā)信號G時產(chǎn)生具有預(yù)定寬度Tp(例如1ns)和預(yù)定載波頻率Fc(例如26GHz)的短脈沖波(突發(fā)脈沖波)Pt，以及被配置成將該短脈沖波Pt從天線22發(fā)射到空間1。
如圖1所示的發(fā)射單元21除了天線22之外，還具有脈沖發(fā)生器23，用于同步于發(fā)射觸發(fā)信號G的電平在預(yù)定方向(例如，上升方向)上轉(zhuǎn)變的定時，而產(chǎn)生具有寬度Tp(例如1ns)的脈沖信號Pa；以及突發(fā)脈沖振蕩器24，用于在僅僅從脈沖發(fā)生器23接收到脈沖信號Pa的時間Tp(僅僅對應(yīng)于脈沖寬度的時間Tp)振蕩輸出具有載波頻率Fc的短脈沖(突發(fā)脈沖信號)Pb。
在這種情況下，可以構(gòu)思作為突發(fā)脈沖振蕩器24的各種配置。
例如，象在圖2中所示的突發(fā)脈沖振蕩器24，突發(fā)脈沖振蕩器由振蕩單元24a、反相器(信號反相器)25和反饋電路26構(gòu)成，其中，所述反饋電路26將來自反相器25的輸出信號延遲預(yù)定時間(T1)以將所延遲的信號反饋回輸入端。突發(fā)脈沖振蕩器被配置成通過由脈沖信號Pa斷開或閉合的開關(guān)電路24b，將振蕩單元24a的操作狀態(tài)切換至振蕩狀態(tài)和振蕩停止?fàn)顟B(tài)中的任何一種。
反饋電路26由L型低通濾波器(LPF)、T型低通濾波器(LPF)或由例如電阻器(或線圈)和電容器組成的器件等構(gòu)成。
插入開關(guān)電路24b以斷開或閉合在反相器25的輸入端(可以是輸出端)和地線之間的電路。如圖3的(a)中所示，通過由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的電子開關(guān)來構(gòu)造開關(guān)電路24b以便當(dāng)脈沖信號Pa處于低電平(無脈沖輸入狀態(tài))時開關(guān)電路24b被設(shè)置于閉合狀態(tài)，而當(dāng)脈沖信號Pa處于高電平(脈沖輸入狀態(tài))時開關(guān)電路24b被設(shè)置于斷開狀態(tài)。
當(dāng)開關(guān)電路24b閉合時，來自反相器25的輸出處于高電平，而來自反饋電路26的輸出也最初處于高電平。然而，反饋電路26被開關(guān)電路24b強(qiáng)制固定在低電平。
當(dāng)開關(guān)電路24b斷開時，從反饋電路26輸出的原始高電平輸出被輸入到反相器25，而沒有被延遲，如圖3的(b)中所示。
當(dāng)反相器25的輸入/輸出的響應(yīng)延遲時間T0過去之后，來自反相器25的輸出變成低電平，如圖3的(c)中所示。
當(dāng)在響應(yīng)延遲時間T0過去之后、經(jīng)過反饋電路26的延遲時間T1時，到反相器25的輸入變成低電平，如圖3的(b)中所示。
當(dāng)在經(jīng)過延遲時間T1之后、再次經(jīng)過響應(yīng)延遲時間T0時，來自反相器25的輸出變成高電平，如圖3的(c)中所示。
在開關(guān)電路24b斷開的同時重復(fù)操作，并且振蕩單元24a以突發(fā)脈沖的形式振蕩輸出具有1/2(T0+T1)的頻率的矩形波。當(dāng)開關(guān)電路24b閉合時，停止振蕩單元24a的振蕩操作。
設(shè)置反饋電路26的時間常數(shù)(延遲時間)，以便短脈沖Pb的頻率1/2(T0+T1)是例如26.5GHz。
由于發(fā)射單元21被配置成通過脈沖信號Pa來控制突發(fā)脈沖振蕩器24自身的振蕩操作，所以理論上不發(fā)生載波泄漏。
因此，可以在僅僅考慮在振蕩過程中輸出的短脈沖波的瞬時功率的情況下執(zhí)行在使用UWB中規(guī)定的功率密度限制?？梢宰钣行У厥褂肬WB的頻譜屏蔽所規(guī)定的功率。
由于不發(fā)生載波泄漏，所以主波瓣可以設(shè)置在UWB的頻譜屏蔽上的任意位置。可以防止主波瓣的幾乎整個區(qū)域與RR射頻波發(fā)射禁止頻帶重疊。
如圖4中所示，可以由晶體管構(gòu)成反相器25和開關(guān)電路24b。
更具體而言，反相器25由晶體管Q1和負(fù)載電阻器R1構(gòu)成。反饋電路26連接在反相器25的集電極輸出端和反相器25的基極輸入端之間。
開關(guān)電路24b由晶體管Q2構(gòu)成。當(dāng)要輸入到晶體管Q2的基極的脈沖信號Pa處于高電平時，集電極和發(fā)射極電導(dǎo)通，并且晶體管Q1的輸出電平被強(qiáng)制固定到低電平以停止振蕩單元24a的振蕩操作。
當(dāng)脈沖信號Pa變成低電平時，晶體管Q2截止。為此，由晶體管Q1和反饋電路26來激活振蕩單元24a的振蕩操作。
在圖4中，晶體管Q3和負(fù)載電阻器R2是用于輸出振蕩信號的電路，并且被配置成比較在晶體管Q1的發(fā)射極上出現(xiàn)的振蕩信號電壓和輸入到基極的參考電壓Vr的大小以輸出來自集電極側(cè)的比較結(jié)果。
在圖4中，被添加附圖標(biāo)記I的元件是電流源。
圖5示出其中由NOR電路27構(gòu)成反相器25和開關(guān)電路24b的突發(fā)脈沖振蕩器24的一個例子。
在具有該配置的突發(fā)脈沖振蕩器24中，與上述情況相反，使用具有負(fù)邏輯的脈沖信號Pa′。當(dāng)脈沖信號Pa′處于高電平時(無脈沖輸入期間)，來自NOR電路27的輸出被強(qiáng)制固定于低電平，以設(shè)置振蕩停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)脈沖信號Pa′處于低電平時(脈沖輸入期間)，使得NOR電路27充當(dāng)反饋電路26的反相器，以設(shè)置振蕩狀態(tài)。
圖6示出在載波頻率和脈沖寬度Tp分別為26.5GHz和1ns時從突發(fā)脈沖振蕩器24輸出的信號Pb的譜功率密度分布Sx。具有頻譜分布Sx的主波瓣的兩個末端(其上輸出功率理論上為零的頻率)是26.5±1GHz。
通常，當(dāng)分別由τ和fc表示脈沖寬度和中心頻率時，具有頻譜分布Sx的主波瓣的末端由fc±1/τ來表達(dá)。
因此，主波瓣與23.6到24GHz的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶不重疊。
在主波瓣兩側(cè)的側(cè)波瓣和RR射頻波發(fā)射禁止頻帶重疊。然而，通常，側(cè)波瓣的電平大大低于主波瓣的電平，并且因而，側(cè)波瓣不產(chǎn)生任何問題。
如后所述，BRF 31和發(fā)射天線22可以抑制RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的分量。
在圖6中，短脈沖波Pt的頻譜的整個主波瓣被設(shè)置在UWB中的大于RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的區(qū)域中。但是，這不限制本發(fā)明?？梢栽O(shè)置突發(fā)脈沖振蕩器24的振蕩頻率以及脈沖信號Pa的寬度和周期以便主波瓣的幾乎整個區(qū)域被設(shè)置在24.0到29GHz的范圍中。
在這種情況下，可以將主波瓣的幾乎整個區(qū)域(例如頻譜Sx的峰值到-20dB的范圍)考慮作為一個參考。此時的峰值是-41.3dBm/MHz，主波瓣的低電平總是RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的規(guī)定電平(即-61.3dB/MHz)或更小，以滿足規(guī)定屏蔽。
然而，當(dāng)RR射頻波發(fā)射禁止頻帶中，側(cè)波瓣的電平超過-61.3dB/MHz時，可以通過發(fā)射天線22或BRF 31的陷波功能(將在后面描述)來衰減該電平。
從突發(fā)脈沖振蕩器24輸出的短脈沖(突發(fā)脈沖信號)Pb被功率放大器30放大至規(guī)定功率，并且將其通過BRF 31提供給發(fā)射天線22。從發(fā)射天線22向作為探測目標(biāo)的空間1發(fā)射短脈沖波Pt。
在這種情況下，例如，如在圖7中所示，抑制對來自反相器25的輸出信號的帶外不必要的發(fā)射的帶阻濾波器(BRF)31是對23.6到24GHz的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶具有大的阻尼特性的陷波濾波器。BRF 31還減小了對RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的發(fā)射電平。
配置功率放大器30的增益以便通過控制單元62來改變(將在后面描述)。
向空間1發(fā)射短脈沖波Pt的發(fā)射天線22要求寬帶特性以便有效地向該空間發(fā)射UWB的短脈沖波Pt。
在這個實(shí)施例中，在UWB中，使用螺旋元件的圓極化天線被用做可用于UWB中的寬帶中的天線。
自然，替代圓極化天線，也可以使用利用蝴蝶結(jié)天線等的線性極化天線作為元件。
圖8到12示出發(fā)射天線22的基本結(jié)構(gòu)。
發(fā)射天線22例如具有介電基底121，其具有1.2mm的厚度，并且由具有小介電常數(shù)(大約3.5)的基底材料構(gòu)成；接地導(dǎo)體122，形成在所述介電基底121的一表面?zhèn)?圖8和9中的后表面?zhèn)?；非平衡天線元件123，具有按照在所述介電基底121的相對表面?zhèn)?圖8和9中的前表面?zhèn)?上的圖形形成的順時針矩形螺旋；以及饋電管腳125，其一端連接至在螺旋中心側(cè)上的天線元件123的末端部分(饋電點(diǎn))，并且在介電基底121的深度方向上穿透介電基底121以便通過接地導(dǎo)體122的孔122a。
通過非平衡饋線(例如同軸電纜、利用接地導(dǎo)體122作為地線的共面線、微波傳輸帶(將在后面描述)等)，從饋電管腳125的另一端側(cè)向發(fā)射天線22提供電，以便使得能夠從天線元件123發(fā)射逆時針圓極化射頻波。
然而，在具有這樣的結(jié)構(gòu)的天線中，激勵沿介電基底121的表面的表面波以使得由于在某些情況中的表面波的波動而不能獲得期望的特性。
因此，在根據(jù)該實(shí)施例的發(fā)射天線22中，如圖11和12所示，每一柱形金屬柱130的一端連接到接地導(dǎo)體122以穿透介電基底121，而延伸至介電基底121的相對表面的另一端被以預(yù)定間隔設(shè)置，以便環(huán)繞天線元件123，從而構(gòu)成空腔結(jié)構(gòu)。而且，在介電基底121的相對表面上，金屬柱130的另一端沿排列所述金屬柱130的方向而順序被短路，并且從框狀導(dǎo)體132和所述金屬柱130之間的連接位置延伸到所述天線元件123的所述框狀導(dǎo)體132被配置成抑制表面波。
從所述框狀導(dǎo)體132的空腔的內(nèi)壁延伸到所述框狀導(dǎo)體132的內(nèi)側(cè)的距離(下文中將被稱為邊緣寬度(rim width))由LR表示，所述距離LR對應(yīng)于在空腔中的射頻波的傳播波長的大約1/4。
通過例如對穿透介電基底121的孔的內(nèi)壁進(jìn)行電鍍(通孔電鍍)來實(shí)現(xiàn)所述金屬柱130。
螺旋地激勵具有所述框狀導(dǎo)體132的空腔以抑制表面波，以便可以獲得在整個寬帶上具有良好對稱性的方向性的圓極化天線。
即使由諸如蝴蝶結(jié)天線之類的線性極化天線元件來激勵空腔，也可以獲得具有類似于圓極化的寬帶特性的寬帶特性的線性極化天線。
可以在各種UWB通信系統(tǒng)中各自使用發(fā)射天線22。然而，當(dāng)UWB雷達(dá)所需的增益不足時，或當(dāng)波束必須被變窄時，可以排列天線22。
當(dāng)排列圓極化天線時，可以采用抑制交叉極化波以使得能夠改進(jìn)整個天線的極化特性的順序旋轉(zhuǎn)陣列。
如在下列非專利文獻(xiàn)2中所公開的順序旋轉(zhuǎn)陣列是其中在同一平面上排列多個(N個)同樣的天線元件的陣列天線。在該陣列天線中，排列天線元件以便在徑向方向中的軸附近，每p·π/N弧度順序旋轉(zhuǎn)天線元件，并且使得對各個天線元件的饋入相位根據(jù)天線元件的排列角度而轉(zhuǎn)變每一p·π/N弧度。
在這種情況下，參考符號p是大于等于1并且小于等于N-1的整數(shù)。
非專利文獻(xiàn)2T.Teshirogi等，Wideband Circularly Polarized Array Antenna with SequentialRotation and Phase Shift of Elements，ISAP-85，024-3，第117到120頁，1985。
利用這種結(jié)構(gòu)，在整個天線中的交叉極化波分量被消除，并且甚至在各個天線元件的極化特性是不完全圓極化波(更具體而言，橢圓極化波)時，也能夠獲得幾乎完全的圓極化特性。
圖13示出其中通過使用上述原理來排列天線元件的發(fā)射天線22的配置。
構(gòu)造發(fā)射天線22，以便在垂直長矩形公共介電基底121′和接地導(dǎo)體(未示出)上，多個天線元件123排列成2列和4級。
在發(fā)射天線22的接地導(dǎo)體側(cè)，形成用于向所述多個天線元件分配饋送激勵信號的饋電單元(未示出)。
在介電基底121′的表面上，如在上述實(shí)施例中，八個天線元件123(1)到123(8)排列成2列和4級，其中每一天線元件以順時針矩形螺旋的形式形成。
天線元件123(1)到123(8)由通過排列金屬柱130而形成的空腔所環(huán)繞，其中所述金屬柱的一端連接到接地導(dǎo)體。而且，金屬柱130的另一端通過框狀導(dǎo)體132′沿著金屬柱130的排列方向連接，以便防止每一天線元件產(chǎn)生表面波，其中，所述框狀導(dǎo)體132′從在天線元件123(1)到123(8)和金屬柱130之間的連接位置向天線元件123延伸預(yù)定距離(對應(yīng)于邊緣寬度LR)。
在發(fā)射天線22中，在介電基底上排列由金屬柱130和框狀導(dǎo)體132′構(gòu)成的空腔來構(gòu)造諧振器，并且可以通過圓極化天線元件來激勵該諧振器。
由于發(fā)射天線22是諧振器，所以發(fā)射天線22具有諧振頻率。在該頻率上，天線的輸入阻抗變得非常高以防止發(fā)射。
通過諧振器和圓極化天線元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)來確定諧振頻率。
結(jié)果，天線增益的頻率特性在該諧振頻率附近被突然深深地下陷。
當(dāng)諧振頻率被調(diào)節(jié)至例如RR射頻波禁止頻帶(23.6到24.0GHz)時，可以相當(dāng)大地減少對地球勘測衛(wèi)星的干擾。
圖14示出通過測量具有圖13所示的配置的、實(shí)驗制造的天線的主極化波的順時針圓極化分量(RHCP)以及交叉極化波的逆時針圓極化分量(LHCP)的增益的頻率特性而獲得的結(jié)果。
在這個例子中，主極化波分量在整個24.5到31GHz的范圍上具有13dBi或更大的增益?？梢岳斫庠赗R射頻波禁止頻帶中發(fā)生從峰值電平下降大約20dB的尖銳陷波。
適當(dāng)?shù)剡x擇諧振器和螺旋天線元件中的任意一個或兩個的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以使得可以容易地將發(fā)生陷波的頻率和上述的RR射頻波禁止頻帶匹配。
因此，當(dāng)根據(jù)RR射頻波禁止頻帶使用陷波頻率時，以及當(dāng)采用沒有上述載波泄漏的突發(fā)脈沖振蕩器24和在RR射頻波禁止頻帶中具有陷波頻率的BRF 31時，可以容易地減少射頻波對RR射頻波禁止頻帶的輻射電平達(dá)20dB或更多?？梢詽M足通過FCC的新規(guī)則而獲得的頻譜屏蔽。
從具有上述配置的發(fā)射天線22輸出到空間1的短脈沖波Pt被存在于空間1中的物體1a所反射，并且接收單元40的接收天線41接收反射波Pr。
接收天線41具有和發(fā)射天線22的配置相同的配置。
然而，圓極化射頻波具有其中極化旋轉(zhuǎn)方向被反射所反轉(zhuǎn)的屬性。為此，使得發(fā)射天線和接收天線的極化旋轉(zhuǎn)方向彼此相反，以便抑制二次反射分量(更嚴(yán)格來說，偶數(shù)階反射分量)以使得可以選擇一次反射分量(更嚴(yán)格來說，奇數(shù)階反射分量)。
結(jié)果，在短程雷達(dá)中，可以減少由二次反射產(chǎn)生的虛像。
從已接收反射波Pr的接收天線41輸出的接收信號R由低噪聲放大器(LNA)42放大，并且然后由具有大約2GHz的帶寬的帶通濾波器(BPF)43進(jìn)行頻帶限制。
檢測電路44檢測經(jīng)過頻帶限制的反射信號R′。
配置LNA 42的增益以便由控制單元62來改變該增益。
由下列部件來構(gòu)成檢測電路44分支電路45，用于在共模(0度)中分路從BPF 43輸出的反射信號R′；線性乘法器46，用于線性相乘在共模中所分路的反射信號；以及低通濾波器(LPF)47，用于從來自線性乘法器46的輸出信號提取基帶分量W。
線性乘法器46包括諸如利用雙平衡混頻器的方案之類的幾個方案，作為高速運(yùn)行的線性乘法器，構(gòu)思了通過使用吉爾伯特混頻器來構(gòu)造線性乘法器的方法。
如圖15所示，吉爾伯特混頻器由三個微分放大器46a、46b和46c構(gòu)成。
第一信號V1被微分輸入到微分放大器46a，而第二信號V2被微分輸入到兩個微分放大器46b和46c，所述微分放大器46b和46c連接到微分放大器46a的負(fù)載側(cè)。在這種情況下，僅僅從負(fù)載電阻器R3和R4輸出等于第一信號V1和第二信號V2的乘積的信號分量。
在與短脈沖的同相(common phase)中，當(dāng)例如如圖16的(a)中所示的正弦信號S(t)輸入到具有該配置的線性乘法器46時，來自線性乘法器46的輸出信號具有通過將如圖16的(b)中所示的輸入信號S(t)平方所得到的波形。波形的包絡(luò)曲線(基帶)W和輸入信號S(t)的功率成比例。
由多個微分放大器構(gòu)成的線性乘法器46可以由單片微波集成電路(MMIC)來構(gòu)造以具有非常小的尺寸。而且，由于不需要向線性乘法器46提供本地信號，所以線性乘法器46需要低功耗。
由檢測電路44獲得的基帶信號W被輸入到采樣保持電路48。
作為原理圖，如圖17中示出的采樣保持電路48具有這樣的配置基帶信號W通過開關(guān)48c而輸入到由電阻器48a和電容器48b構(gòu)成的集成電路。
采樣保持電路48閉合開關(guān)48c以在來自脈沖發(fā)生器49的脈沖信號Pc處于高電平(或低電平)的同時對基帶信號W積分。當(dāng)脈沖信號Pc變成低電平時，采樣保持電路48斷開開關(guān)48c以保持積分結(jié)果。
每當(dāng)在接收到在發(fā)射觸發(fā)信號G后輸出的接收觸發(fā)信號G′時，脈沖發(fā)生器49產(chǎn)生具有預(yù)定寬度Tc的脈沖信號Pc，并且向采樣保持電路48輸出該脈沖信號Pc。
因此，接收單元40對從接收到接收觸發(fā)信號G′到經(jīng)過預(yù)定時間Tc之間接收的反射波Pr執(zhí)行檢測處理。
雖然未示出，配置脈沖信號Pc的寬度Tc以便由控制單元62來改變該寬度Tc。
緊接在信號H被保持和輸入到信號處理單元61之后，由采樣保持電路48積分和保持的信號H被A/D變換器60變換成數(shù)字值。
信號處理單元61根據(jù)由接收單元40獲得的信號H來分析存在于空間1中的物體1a，并且通過輸出裝置(未示出，例如，顯示單元或語音發(fā)生器)來通知用戶該分析結(jié)果，或通知控制單元62控制所需的信息。
控制單元62根據(jù)關(guān)于信號處理單元61的預(yù)定方案或根據(jù)信號處理單元61的處理結(jié)果來執(zhí)行對于發(fā)射單元21和接收單元40的各種控制(在觸發(fā)信號G和G′之間的延遲時間的可變控制等)，以便使得短程雷達(dá)20執(zhí)行期望距離的區(qū)域的勘測。
在上述的UWB短程雷達(dá)20中，采用其中將來自反相器的輸出延遲反饋回輸入以執(zhí)行振蕩的配置作為突發(fā)脈沖振蕩器24。
然而，如在圖18中所示的突發(fā)脈沖振蕩器24的振蕩單元24a中，也可以采用其中通過反饋電路74、將來自利用諧振器73作為負(fù)載的放大器72的輸出正反饋回放大器72的輸入端以執(zhí)行振蕩的配置。
在這種情況下，如上所述，通過開關(guān)電路24b，在放大器72的輸入端或輸出端和地線之間的電路被斷開或閉合，以便將振蕩單元24a切換到振蕩操作狀態(tài)和振蕩停止?fàn)顟B(tài)。
圖19示出圖18中的突發(fā)脈沖振蕩器24的更具體的電路。
在圖19中，振蕩單元24a具有通過將線圈L1和電容器C1彼此并聯(lián)連接形成的諧振器73a；由利用諧振器73a作為負(fù)載的晶體管Q1和基極電阻器R1構(gòu)成的放大器72a；通過將線圈L2和電容器C2彼此并聯(lián)連接形成的諧振器73b；以及由利用諧振器73b作為負(fù)載的晶體管Q2和基極電阻器R2構(gòu)成的放大器72b。
晶體管Q1的集電極(放大器72a的輸出)和晶體管Q2的基極(放大器72b的輸入)通過電容器C3彼此相連。
晶體管Q2的集電極(放大器72b的輸出)和晶體管Q1的基極(放大器72a的輸入)通過電容器C4彼此相連。
而且，晶體管Q1和Q2的發(fā)射極通過恒流源I1連接到負(fù)電源Ve。
晶體管Q1和Q2的基極電阻器R1和R2連接到偏置電源Vb。
振蕩單元24a通過交替導(dǎo)通/截止晶體管Q1和Q2來繼續(xù)振蕩操作。為此，當(dāng)作為兩個放大器之一的放大器72a被用做主放大器時，作為兩個晶體管中的另一個的放大器72b構(gòu)成反饋電路74，所述反饋電路通過放大器72b反向放大來自放大器72a的輸出以將該輸出正反饋到放大器72a的輸入端。
當(dāng)多個放大器被認(rèn)為是一個其中放大器72a和放大器72b分別作為前級和后級的同相放大器時，將來自后級放大器72b的信號反饋回前級放大器72a的電容器C4構(gòu)成反饋電路74。
在任何情況下，可以將振蕩單元24a認(rèn)為是由諧振器、放大器和反饋電路構(gòu)成的振蕩單元。
在具有該配置的振蕩單元24a中，可以輸出其相位被反轉(zhuǎn)的兩相位的突發(fā)脈沖振蕩信號Pb1和Pb2。
另一方面，開關(guān)電路24b由晶體管Q3構(gòu)成，晶體管Q3的集電極連接到地線，發(fā)射極連接到放大器72a的晶體管Q1(或另一晶體管Q2)的基極。
當(dāng)由脈沖發(fā)生器3的基極接收的脈沖信號P處于低電平時，在集電極和發(fā)射極之間的狀態(tài)被設(shè)置成斷開狀態(tài)，而維持正反饋回路以將振蕩單元24a設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。當(dāng)脈沖信號P處于高電平時，在集電極和發(fā)射極之間的狀態(tài)被設(shè)置成閉合狀態(tài)，以便將振蕩單元24a設(shè)置于振蕩停止?fàn)顟B(tài)中，從而防止執(zhí)行正反饋。
在突發(fā)脈沖振蕩器的例子中，通過開關(guān)電路24b，閉合在放大器72的輸入端和地線之間的電路以便防止執(zhí)行正反饋。
然而，開關(guān)電路24b可以連接在放大器72的輸出端和地線之間(即與諧振器73并聯(lián))。
在這種情況下，當(dāng)通過脈沖信號Pa閉合開關(guān)電路24b以將放大器72的輸出端連接到地線(諧振器73被短路)時，如上所述，不執(zhí)行到放大器72的輸入端的正反饋，并且振蕩單元24a被設(shè)置于振蕩停止?fàn)顟B(tài)中。
在上述電路中，正反饋回路連接到地線以防止執(zhí)行正反饋。
然而，在具有兩個諧振器73a和73b的振蕩單元24a中，兩個諧振器73a和73b的諧振頻率彼此相等是諧振條件之一。為此，諧振器之一的諧振頻率被切換至和期望的諧振頻率大大不同的頻率以便使得可以防止執(zhí)行正反饋。
在上述實(shí)施例中，充分地防止對放大器72的輸入端執(zhí)行正反饋以便設(shè)置振蕩停止?fàn)顟B(tài)，而放大器72被固定設(shè)置于激活狀態(tài)中。為此，可以間歇輸出依賴于脈沖信號的電平的振蕩信號，而在保持對于開關(guān)電路24b的開關(guān)的高速響應(yīng)的同時不泄漏。
如在圖20中所示的突發(fā)脈沖振蕩器24中，開關(guān)電路24b連接到突發(fā)脈沖振蕩器24的放大器72的電源線，而放大器72的電源(包括偏置電源)被調(diào)節(jié)以便也使得可以停止振蕩操作。
更具體而言，如圖21中所示，由晶體管Q3構(gòu)成的開關(guān)電路24b被用于替代恒流源I1，從而通過脈沖信號P來導(dǎo)通/截止晶體管Q3。結(jié)果，振蕩單元24a在振蕩狀態(tài)和振蕩停止?fàn)顟B(tài)之間切換以間歇地輸出振蕩信號。
雖然未示出，但是可以通過開關(guān)電路24b來調(diào)節(jié)偏置電源Vb的提供以間歇地輸出振蕩信號。
在其中如上所述控制對放大器72的電源供應(yīng)以產(chǎn)生突發(fā)脈沖波的配置中，在提供電源之后，不能立即啟動振蕩操作。
在這種情況下，如在圖22中所示的突發(fā)脈沖振蕩器24中，使用執(zhí)行開關(guān)電路24b的操作的相反操作的開關(guān)電路75。開關(guān)電路75僅僅在其中停止對放大器72的電源供應(yīng)期間閉合以使得預(yù)定電流流入諧振器73。
開關(guān)電路75在開關(guān)電路24b被閉合以提供電源的時間被斷開，并且從諧振器73產(chǎn)生通過瞬時現(xiàn)象產(chǎn)生的并且具有諧振頻率的信號，以沒有延遲地將振蕩單元24a轉(zhuǎn)換到振蕩狀態(tài)。
圖23示出圖22中的突發(fā)脈沖振蕩器24的更具體的例證性電路。
更具體而言，在例證性電路中，通過由晶體管Q4構(gòu)成的開關(guān)電路75，斷開或閉合在作為諧振器之一的諧振器73a和放大器72a中的一個(或兩者)以及電源Ve之間的電路。
通過反轉(zhuǎn)脈沖信號Pa而獲得的信號Pa′被提供給晶體管Q4的基極。
在上述的每一諧振突發(fā)脈沖振蕩器24中，諧振器73既可以由LC型諧振器構(gòu)成，也可以由傳輸線型(例如，λ/4型)諧振器構(gòu)成。
因此，根據(jù)上述的本發(fā)明，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題，實(shí)現(xiàn)了在UWB中不發(fā)生載波信號的泄漏的方案。結(jié)果，可以提供一種在符合被規(guī)定為UWB雷達(dá)的頻譜屏蔽的同時，防止RR射頻波禁止頻帶和SRD頻帶受到妨礙的UWB短程雷達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種UWB短程雷達(dá)，其特征在于包括發(fā)射單元，用于從天線向空間發(fā)射滿足預(yù)定頻譜屏蔽的短脈沖波；接收單元，用于接收由存在于所述發(fā)射單元所發(fā)射的短脈沖波的空間中的物體產(chǎn)生的反射波；和信號處理單元，用于根據(jù)來自所述接收單元的輸出信號來執(zhí)行對于所述物體的分析過程，其中所述發(fā)射單元具有脈沖發(fā)生器，用于輸出多個脈沖信號，每一脈沖信號在預(yù)定頻率上具有預(yù)定寬度；和突發(fā)脈沖振蕩器，用于接收從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號，并且執(zhí)行振蕩操作達(dá)對應(yīng)于所述脈沖信號的寬度的時間以輸出作為短脈沖波的短脈沖信號，以及設(shè)置從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的寬度和周期以及從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖信號的振蕩頻率，以便從所述天線發(fā)射到所述空間的短脈沖波的頻譜的幾乎整個主波瓣落在預(yù)定頻譜屏蔽中的24.0到29.0GHz的范圍中，以及對由所述預(yù)定頻譜屏蔽保持的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的輻射功率密度比所述主波瓣的峰值輻射功率密度低不少于20dB。
2.如權(quán)利要求1所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波的頻譜的主波瓣的兩個末端落在預(yù)定頻譜屏蔽中的24.0到29.0GHz的范圍中。
3.如權(quán)利要求1所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波的頻譜的主波瓣的低頻側(cè)上的側(cè)波瓣和由預(yù)定頻譜屏蔽保持的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶重疊。
4.如權(quán)利要求1所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元，包括信號反相器和用于延遲來自所述信號反相器的輸出信號以反饋回輸入端的反饋電路，所述振蕩單元在通過所述信號反相器的輸入/輸出響應(yīng)時間和所述反饋電路的延遲時間所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
5.如權(quán)利要求2所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元，包括信號反相器和用于延遲來自所述信號反相器的輸出信號以反饋回輸入端的反饋電路，所述振蕩單元在通過所述信號反相器的輸入/輸出響應(yīng)時間和所述反饋電路的延遲時間所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
6.如權(quán)利要求3所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元，包括信號反相器和用于延遲來自所述信號反相器的輸出信號以反饋回輸入端的反饋電路，所述振蕩單元在通過所述信號反相器的輸入/輸出響應(yīng)時間和所述反饋電路的延遲時間所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
7.如權(quán)利要求1所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元，包括放大器、連接到所述放大器的輸入單元或輸出單元的諧振器、以及從所述放大器的輸出側(cè)到所述放大器的輸入側(cè)執(zhí)行正反饋的反饋電路，所述振蕩單元在由所述諧振器所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
8.如權(quán)利要求2所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元，包括放大器、連接到所述放大器的輸入單元或輸出單元的諧振器、以及從所述放大器的輸出側(cè)到所述放大器的輸入側(cè)執(zhí)行正反饋的反饋電路，所述振蕩單元在由所述諧振器所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
9.如權(quán)利要求3所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述突發(fā)脈沖振蕩器由下列部件構(gòu)成振蕩單元，包括放大器、連接到所述放大器的輸入單元或輸出單元的諧振器、以及從所述放大器的輸出側(cè)到所述放大器的輸入側(cè)執(zhí)行正反饋的反饋電路，所述振蕩單元在由所述諧振器所確定的頻率上執(zhí)行振蕩；和開關(guān)電路，用于僅僅在其中接收到從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的期間將所述振蕩單元設(shè)置于振蕩狀態(tài)中。
10.如權(quán)利要求1所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元被提供有濾波器，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
11.如權(quán)利要求2所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元被提供有濾波器，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
12.如權(quán)利要求3所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元被提供有濾波器，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
13.如權(quán)利要求4所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元被提供有濾波器，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
14.如權(quán)利要求7所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元被提供有濾波器，用于抑制在從所述突發(fā)脈沖振蕩器輸出的短脈沖波中包含的頻率分量中的具有從23.6到24.0GHz的頻率范圍的分量。
15.如權(quán)利要求1所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件周圍環(huán)繞空腔而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
16.如權(quán)利要求2所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件周圍環(huán)繞空腔而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
17.如權(quán)利要求3所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件周圍環(huán)繞空腔而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
18.如權(quán)利要求4所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件周圍環(huán)繞空腔而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
19.如權(quán)利要求7所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件周圍環(huán)繞空腔而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
20.如權(quán)利要求10所述的UWB短程雷達(dá)，其特征在于所述發(fā)射單元的天線具有通過在天線元件周圍環(huán)繞空腔而獲得的結(jié)構(gòu)，并且使所述空腔的諧振頻率落在從23.6到24.0GHz的范圍中以減小在該頻帶中的增益。
全文摘要
發(fā)射單元從天線向空間發(fā)射滿足預(yù)定頻譜屏蔽的短脈沖波。接收單元接收來自于空間中存在的物體的短脈沖波的反射波。信號處理單元根據(jù)來自所述接收單元的輸出信號分析所述物體。所述發(fā)射單元具有脈沖發(fā)生器，用于輸出在預(yù)定頻率上的具有預(yù)定寬度的脈沖信號；和突發(fā)脈沖振蕩器，用于接收從所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號，并且執(zhí)行振蕩操作達(dá)對應(yīng)于所述脈沖信號的寬度的時間以輸出短脈沖波。設(shè)置脈沖信號的寬度以及所述突發(fā)脈沖振蕩器的振蕩頻率，以便短脈沖波的頻譜的幾乎整個主波瓣落在預(yù)定頻譜屏蔽中的24.0到29.0GHz的范圍中，以及對由所述預(yù)定頻譜屏蔽保持的RR射頻波發(fā)射禁止頻帶的輻射功率密度比所述主波瓣的峰值的輻射功率密度低20dB或更多。
文檔編號H03B5/00GK1942778SQ20068000008
公開日2007年4月4日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者手代木扶, 齊藤澄夫, 內(nèi)野政治, 江島正憲 申請人:安立股份有限公司, 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社