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TWI898805B - 雷達裝置及雷達偵測方法 - Google Patents

雷達裝置及雷達偵測方法

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TWI898805B
TWI898805B TW113132357A TW113132357A TWI898805B TW I898805 B TWI898805 B TW I898805B TW 113132357 A TW113132357 A TW 113132357A TW 113132357 A TW113132357 A TW 113132357A TW I898805 B TWI898805 B TW I898805B
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TW
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circuit
transmission signal
transmitting
bandwidth
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Application number
TW113132357A
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Inventor
葉強華
Original Assignee
立積電子股份有限公司
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Publication date
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Abstract

本發明提供一種雷達裝置及雷達偵測方法。雷達裝置包括發射電路、發射天線系統及接收天線系統。發射電路用以產生兩傳送訊號，且這兩傳送訊號的頻寬不同。發射天線系統用以發射這兩傳送訊號。接收天線系統用以接收兩回波訊號，這兩回波訊號分別是由這兩傳送訊號受外部物件反射而產生，且這兩回波訊號的頻寬不同。這兩傳送訊號的其中一者及這兩回波訊號的其中一者用於第一偵測模式，且這兩傳送訊號的其中另一者及這兩回波訊號的其中另一者用於第二偵測模式。第一偵測模式的偵測功率大於第二偵測模式的偵測功率。

Description

雷達裝置及雷達偵測方法
本發明是有關於一種雷達技術，且特別是有關於一種雷達裝置及雷達偵測方法。
雷達技術是一種目標偵測與追蹤手段，並廣泛應用於軍事、航空、氣象等領域。雷達可區分成窄頻帶(Narrow Band，NB)與寬頻帶(Wide Band，WB)的應用。
窄頻帶雷達(例如，涉及10.5至10.55十億赫茲(GHz)的頻帶)的優點在於較高的可允許傳輸發射功率分配，例如約為+14毫瓦分貝(dBm)的等效全向輻射功率(Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP))，但其缺點在於有效頻寬小於50百萬赫茲(MHz)。因此，窄頻帶雷達的可偵測範圍較遠，但偵測的距離解析度較粗略。
而寬頻帶雷達(例如，涉及7.5至8.5GHz的頻帶)的優點在於最低有效頻寬大於500MHz，但其缺點在於較低的可允許平均傳輸發射功率分配，例如約為每百萬赫茲-41.3毫瓦分貝)的等效 全向輻射功率。因此，寬頻帶雷達的可偵測範圍較近，但偵測的距離解析度較精細。
由此可知，窄頻帶及寬頻帶雷達各有優缺點，適用於不同的應用場景。
本發明實施例的雷達裝置包括(但不僅限於)發射電路、發射天線系統及接收天線系統。發射電路用以產生兩傳送訊號，且這兩傳送訊號的頻寬不同。發射天線系統用以發射這兩傳送訊號。接收天線系統用以接收兩回波訊號，這兩回波訊號分別是由這兩傳送訊號受外部物件反射而產生，且這兩回波訊號的頻寬不同。這兩傳送訊號的其中一者及這兩回波訊號的其中一者用於第一偵測模式，且這兩傳送訊號的其中另一者及這兩回波訊號的其中另一者用於第二偵測模式。第一偵測模式的偵測功率大於第二偵測模式的偵測功率。
本發明實施例的雷達偵測方法包括(但不僅限於)下列步驟：選擇執行第一偵測模式或第二偵測模式。執行第一偵測模式包括：傳送第一傳送訊號；發射第一傳送訊號；接收由第一傳送訊號受外部物件反射而產生的第一回波訊號。執行第二偵測模式包括：傳送不同頻寬的第二傳送訊號；發射第二傳送訊號；接收由第二傳送訊號受外部物件反射而產生的第二回波訊號，且第二回波訊號的頻寬不同於第一回波訊號。第一偵測模式的偵測功率大於第二 偵測模式的偵測功率。
本發明實施例的雷達裝置包括(但不僅限於)發射電路、發射天線系統、接收天線系統、控制電路及選擇電路。發射電路用以產生頻寬不同的兩傳送訊號。發射天線系統用以發射這兩傳送訊號。接收天線系統包括兩接收天線，並分別用以接收這兩傳送訊號受外部物件反射而產生且頻寬不同的兩回波訊號。控制電路用以產生一或多個控制訊號。選擇電路耦接控制電路及接收天線系統，並用以依據控制電路所產生的一或多個控制訊號選擇這兩接收天線中的其中一者以接收這兩回波訊號的其中一者。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、10-1~10-4:雷達裝置
11:發射電路
12、12A、12B:發射天線系統
13:接收天線系統
14:接收電路
15:控制電路
16:選擇電路
TX1、TX2:發射天線
121、122、131、132:匹配電路
RX1、RX2:接收天線
161、162:切換電路
PA:放大器
LNA:低雜訊放大器
171:頻率合成器
18:調變器
19:時脈產生器
20:運算處理器
TXMIX、RXMIX:混波器
LPF:濾波器
DAC:數位至類比轉換器
IFA:中頻放大電路
IFA-1:中頻放大器
IFA-2:修正電路
IFA-3:濾波器
ADC:類比至數位轉換器
DO:基頻訊號
172:脈衝產生器
O:外部物件
d2:間隔距離
θ:到達角
d2sinθ:距離差異
X、Y:軸
FS1~FS4:第一訊號
f1~f4:頻率
TX SW、RX SW:控制訊號
TRC、TRC2:收發搭配組合
R:距離
S710、S720、S721、S722、S723、S730、S731、S732、S733:步驟
圖1是依據本發明一實施例的雷達裝置的元件方塊圖。
圖2A是依據本發明一實施例的雷達裝置的元件方塊圖。
圖2B是依據本發明另一實施例的雷達裝置的元件方塊圖。
圖3A是依據本發明一實施例的雷達裝置的元件方塊圖。
圖3B是依據本發明另一實施例的雷達裝置的元件方塊圖。
圖4A是依據本發明一實施例的訊號及天線切換的示意圖。
圖4B是依據本發明一實施例的一維偵測的示意圖。
圖5是依據本發明另一實施例的到達角的示意圖。
圖6A是依據本發明另一實施例的訊號及天線切換的示意圖。
圖6B是依據本發明另一實施例的二維偵測的示意圖。
圖7是依據本發明一實施例的雷達偵測方法的流程圖。
圖1是依據本發明一實施例的雷達裝置10的元件方塊圖。請參照圖1，雷達裝置10例如包括(但不僅限於)發射電路11、發射天線系統12、接收天線系統13、接收電路14、控制電路15及選擇電路16。雷達裝置10例如可應用於氣象、測速、倒車、地形、軍事等領域。
發射電路11用以產生傳送訊號。在一實施例中，發射電路11產生兩種傳送訊號，且兩種傳送訊號的頻寬不同。例如，第一傳送訊號(兩傳送訊號的其中一者)的頻寬為50MHz(即，對應於窄頻帶)，且第二傳送訊號(兩傳送訊號的其中另一者)的頻寬為大於500MHz(即，對應於寬頻帶)。在一實施例中，第一傳送訊號的頻寬小於第二傳送訊號的頻寬。
在一實施例中，發射電路11依據第一訊號產生傳送訊號。第一訊號具有週期性變化。在一實施例中，第一訊號的頻率在其掃頻週期內隨時間變化。例如，第一訊號為週期性的鋸齒波、三角波或其他應用於調頻連續波的載波訊號(例如，線性、幾何型或其他唧聲訊號(chirp signal))。在週期內，第一訊號的頻率可能逐漸增加及/或逐漸減少。在另一實施例中，第一訊號為脈衝訊號。例如， 在特定時間區間(例如，2、5或110奈秒(nanoseconds，ns))內有峰(peak)或谷(valley)。每間隔一個週期，可產生一個脈衝訊號。
發射天線系統12用以發射傳送訊號。即，發射的電磁波乘載雷達裝置10的傳送訊號。在一實施例中，由於第一訊號具有週期性變化，因此傳送訊號也會對應地具有週期性變化。在一實施例中，針對脈衝訊號，傳送訊號為在頻譜上具有平坦的頻率響應的展頻訊號。在一實施例中，發射天線系統12用以發射由發射電路11所產生的頻寬不同的兩傳送訊號。
圖2A是依據本發明一實施例的雷達裝置10-1的元件方塊圖。請參照圖2A，雷達裝置10-1的發射天線系統12A包括發射天線TX1。發射電路11包括放大器PA。放大器PA耦接發射天線TX1。
在一實施例中，發射天線TX1的操作頻帶例如可匹配於發射電路11所產生的頻寬不同的兩傳送訊號的頻帶。例如，匹配於10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)及7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶。在一實施例中，發射天線TX1的操作頻帶至少需匹配於發射電路11所產生的頻寬不同的兩傳送訊號的頻帶中較窄的一者，例如，針對10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)的頻帶具有優良的匹配效果，而針對7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶具有可接受的匹配效果即可。
在一實施例中，操作於窄頻帶及寬頻帶的天線的類型可以是偶極(Dipole)、環形(Loop)、貼片(Patch)、對數週期偶極陣列 (Log-Periodic Dipole Array，LPDA)、螺旋(Spiral)、碟形(Dish)、印刷(Printed)或其他類型，且不以此為限。進一步而言，上述類型的天線可以再進一步進行參數設計以分別符合針對窄頻帶及寬頻帶的應用。
在一實施例中，如圖2A所示，雷達裝置10-1更包括匹配電路121。匹配電路121耦接於發射天線TX1與發射電路11之間。匹配電路121用於實現發射天線TX1與發射電路11之間的阻抗匹配。匹配電路121可包括微帶線、電感、電容或其他電子元件。此外，透過配置匹配電路121可讓發射天線TX1操作在需要的頻帶範圍。例如，匹配電路121可設計為針對10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)的頻帶具有優良的匹配效果，而針對7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶具有可接受的匹配效果即可。
須說明的是，為了操作或匹配於指定頻帶，發射天線TX1的設計還可能有不同變化。應用者可依據實際需求而調整發射天線TX1的設計。
圖2B是依據本發明另一實施例的雷達裝置10-2的元件方塊圖。請參照圖2B，雷達裝置10-2的發射天線系統12B包括兩發射天線TX1、TX2。發射電路11包括放大器PA。放大器PA選擇性地連接兩發射天線TX1、TX2中的一者。
在一實施例中，發射天線TX1、TX2之間的距離λD為λ HB/2，且λ HB為發射天線TX1所發射的傳送訊號及發射天線TX2所發射的傳送訊號其中中心頻率較高者的波長。例如，若發射天線 TX1所發射的傳送訊號的中心頻率為8GHz，且發射天線TX2所發射的傳送訊號的中心頻率為10GHz，則發射天線TX1、TX2之間的距離λD為(8 x 10^8)/(10 x 10^9)=8 x 10^-2公尺。在本實施例中，假設對應於窄頻帶的傳送訊號的中心頻率較高，且對應於寬頻帶的傳送訊號的中心頻率較低，但不以此為限。
在一實施例中，兩發射天線TX1、TX2形成天線陣列。在一實施例中，每個發射天線TX1、TX2可對應一個天線埠(antenna port)。
在一實施例中，發射天線TX1、TX2的操作頻帶例如可匹配於發射電路11所產生的頻寬不同的兩傳送訊號的頻帶。例如，匹配於10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)及7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶。在一實施例中，發射天線TX1、TX2的操作頻帶至少需匹配於發射電路11所產生的頻寬不同的兩傳送訊號的頻帶中較窄的一者，例如，針對10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)的頻帶具有優良的匹配效果，而針對7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶具有可接受的匹配效果即可。
在一實施例中，在同一偵測模式下，發射天線TX1所發射的傳送訊號的頻寬與發射天線TX2所發射的傳送訊號的頻寬相同。
天線的實施態樣可參照前述說明，於此不再贅述。
在一實施例中，如圖2B所示，雷達裝置10-2更包括匹配電路121、122。匹配電路121耦接於發射天線TX1與發射電路 11之間。匹配電路121用於實現發射天線TX1與發射電路11之間的阻抗匹配。匹配電路122耦接於發射天線TX2與發射電路11之間。匹配電路122用於實現發射天線TX2與發射電路11之間的阻抗匹配。
匹配電路121、122可包括微帶線、電感、電容或其他電子元件。此外，透過配置匹配電路121、122可分別讓發射天線TX1、TX2操作在需要的頻帶範圍。例如，匹配電路121、122可設計為針對10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)的頻帶具有優良的匹配效果，而針對7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶具有可接受的匹配效果即可。
在一實施例中，匹配電路121的匹配頻寬與匹配電路122的匹配頻寬相同。
在一實施例中，發射天線TX1、TX2的規格、操作頻帶及/或尺寸相同或大致相同。
須說明的是，為了操作或匹配於指定頻帶，發射天線TX1、TX2的設計還可能有不同變化。應用者可依據實際需求而調整發射天線TX1、TX2的設計。
請參照圖1，接收天線系統13用以接收回波訊號。雷達裝置10可透過發射天線系統12向外部物件(例如，人、車、牆或建築)發射傳送訊號。接著，雷達裝置10可透過接收天線系統13接收從外部物件反射而來的回波訊號。而回波訊號即是傳送訊號受外部物件反射而產生的。
在一實施例中，接收天線系統13接收兩種回波訊號，且兩種回波訊號的頻寬不同。例如，第一回波訊號(兩回波訊號的其中一者)的頻寬為50MHz(即，對應於窄頻帶)，且第二回波訊號(兩回波訊號的其中一者)的頻寬為大於500MHz，例如為1GHz(即，對應於寬頻帶)。在一實施例中，第一回波訊號的頻寬小於第二回波訊號的頻寬。
請參照圖2A及圖2B，雷達裝置10-1、10-2的接收天線系統13包括兩接收天線RX1、RX2。
在一實施例中，兩接收天線RX1、RX2形成天線陣列。在一實施例中，每個接收天線RX1、RX2可對應一個天線埠。
在一實施例中，兩接收天線RX1、RX2的操作頻帶分別匹配於頻寬不同的兩接收訊號的頻帶。例如，接收天線RX1匹配於10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)，且接收天線RX2匹配於7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶。
在一實施例中，接收天線RX1所接收的回波訊號的頻寬小於接收天線RX2所接收的回波訊號的頻寬。例如，接收天線RX1所接收的回波訊號的頻帶為10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)，且接收天線RX2所接收的回波訊號的頻帶為7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)。
天線的實施態樣可參照前述說明，於此不再贅述。
在一實施例中，如圖2A及圖2B所示，雷達裝置10-2更包括匹配電路131、132。匹配電路131耦接於接收天線RX1與接 收電路14之間。匹配電路131用於實現接收天線RX1與接收電路14之間的阻抗匹配。匹配電路132耦接於接收天線RX2與接收電路14之間。匹配電路132用於實現接收天線RX2與接收電路14之間的阻抗匹配。
匹配電路131、132可包括微帶線、電感、電容或其他電子元件。此外，透過配置匹配電路131、132可分別讓接收天線RX1、RX2操作在需要的頻帶範圍。例如，匹配電路131、可設計為針對10.5至10.55GHz(對應於窄頻帶)的頻帶具有優良的匹配效果，匹配電路132可設計為針對7.5至8.5GHz(對應於寬頻帶)的頻帶具有優良的匹配效果。
在一實施例中，匹配電路131的匹配頻寬小於匹配電路132的匹配頻寬。例如，匹配電路131的匹配頻寬為50MHz，且匹配電路132的匹配頻寬至少為500MHz以上。
在一實施例中，請參照圖2A，由於發射天線TX1需發射頻寬不同的第一傳送訊號及第二傳送訊號，而匹配電路121需要使發射天線TX1能操作在頻寬不同的頻帶，但接收天線RX1僅需接收例如是窄頻帶的第一回波訊號，而匹配電路131僅需使接收天線RX1能操作在第一回波訊號的頻帶，因此匹配電路121的匹配頻寬大於匹配電路131的匹配頻寬。例如，匹配電路131的匹配頻帶為10.5至10.55GHz，因此匹配電路131的匹配頻寬例如為50MHz，且匹配電路121的匹配頻寬至少要大於10.5至10.55GHz所涵蓋的頻寬範圍，例如大於50MHz。
在一實施例中，請參照圖2B，由於發射天線TX1需發射頻寬不同的第一傳送訊號及第二傳送訊號，而匹配電路121需要使發射天線TX1能操作在頻寬不同的頻帶，但接收天線RX1僅需接收例如是窄頻帶的第一回波訊號，而匹配電路131僅需使接收天線RX1能操作在第一回波訊號的頻帶，因此匹配電路121的匹配頻寬大於匹配電路131的匹配頻寬。例如，匹配電路131的匹配頻帶為10.5至10.55GHz，因此匹配電路131的匹配頻寬例如為50MHz，且匹配電路121的匹配頻寬至少要大於10.5至10.55GHz所涵蓋的頻寬範圍，例如大於50MHz。此外，由於發射天線TX2需發射頻寬不同的第一傳送訊號及第二傳送訊號，而匹配電路122需要使發射天線TX2能操作在頻寬不同的頻帶，但接收天線RX1僅需接收例如是窄頻帶的第一回波訊號，而匹配電路131僅需使接收天線RX1能操作在第一回波訊號的頻帶，因此匹配電路122的匹配頻寬大於匹配電路131的匹配頻寬。例如，匹配電路131的匹配頻帶為10.5至10.55GHz，因此匹配電路131的匹配頻寬例如為50MHz，且匹配電路122的匹配頻寬至少要大於10.5至10.55GHz所涵蓋的頻寬範圍，例如大於50MHz。
在一實施例中，接收天線RX1的尺寸小於接收天線RX2的尺寸。以貼片天線為例，由於諧振模式、阻抗匹配、耦合結構及/或其他因素，適用於低頻訊號的天線的尺寸會比適用於高頻訊號的天線的尺寸更大。在本實施例中，窄頻帶的第一回波訊號例如為高頻訊號，寬頻帶的第二回波訊號例如為低頻訊號。因此，在本實 施例中，假設接收第一回波訊號的接收天線RX1設計用於窄頻帶，且接收第二回波訊號的接收天線RX2設計用於寬頻帶，則接收天線RX1的尺寸小於接收天線RX2的尺寸。但在其他實施例中，也有可能窄頻帶的第一回波訊號例如為低頻訊號，寬頻帶的第二回波訊號例如為高頻訊號，如此一來，接收第一回波訊號的接收天線RX1設計用於窄頻帶，且接收第二回波訊號的接收天線RX2設計用於寬頻帶，則接收天線RX1的尺寸大於接收天線RX2的尺寸。
然而，透過多模態、寄生、隙縫結構或其他技術，可減少適用於低頻訊號的天線的尺寸。因此，接收天線RX1、RX2的尺寸比較不限於上述實施例。
請參照圖1，接收電路14用以依據射頻訊號及第一訊號產生內部訊號。由兩接收天線RX1、RX2分別接收的不同頻寬的兩回波訊號可形成射頻訊號，並待後續詳述。而第一訊號的介紹可參照前述說明，於此不再贅述。
控制電路15耦接發射電路11。控制電路15用以產生一或多個控制訊號。這一或多個控制訊號對應第一訊號的週期而改變。例如，控制訊號可被設定為第二訊號或第三訊號，且這兩訊號的差異在於電壓、電流及/或數位編碼。第一訊號為週期性的唧聲訊號。一或多個唧聲訊號的組合的期間可作為第一訊號的週期。在第一訊號的某一週期，控制訊號為第二訊號(例如，高準位，可參考圖4A中的控制訊號RX SW為編碼為「2」的情況)；在第一訊號的另一週期，控制訊號為第三訊號(例如，低準位，可參考圖4A 中的控制訊號RX SW為編碼為「1」的情況)。因此，在第一訊號的不同週期，控制訊號將會不同。須說明的是，控制訊號的電壓、電流及/或數位編碼可依據實際需求而改變。此外，控制訊號的切換或變化時間點例如是在第一訊號的某兩週期的交界處，並待後續實施例詳述。
選擇電路16耦接發射電路11、發射天線系統12、接收天線系統13、接收電路14及控制電路15。
在一實施例中，選擇電路16用以選擇性地連接多個接收天線中的一者。以圖2A及圖2B為例，雷達裝置10-1、10-2的選擇電路16包括切換電路161。切換電路161可以是由一個或多個多工器(multiplexer)、開關(switch)等電性元件組合而成，本發明實施例不加以限制。接收電路14更包括低雜訊放大器LNA。低雜訊放大器LNA耦接切換電路161的輸出端。
請參照圖2A及圖2B，匹配電路131耦接在選擇電路16的切換電路161與接收天線RX1之間，且匹配電路132耦接在選擇電路16的切換電路161與接收天線RX2之間。
在一實施例中，切換電路161可在兩接收天線RX1、RX2之間進行切換，以將兩接收天線RX1、RX2所分別收到的回波訊號傳遞至接收電路14。
在一實施例中，選擇電路16用以選擇性地連接多個發射天線中的一者。以圖2B為例，雷達裝置10-2的選擇電路16更包括切換電路162。切換電路162可以是由一個或多個多工器、開關 等電性元件組合而成，本發明實施例不加以限制。匹配電路121耦接在選擇電路16的切換電路162與發射天線TX1之間，且匹配電路122耦接在選擇電路16的切換電路162與發射天線TX2之間。
在一實施例中，切換電路162可在兩發射天線TX1、TX2之間進行切換，以將發射電路11所產生的傳送訊號傳遞至發射天線TX1或發射天線TX2。
在一實施例中，選擇電路16也可以是藉由使發射天線TX1及TX2中不使用的發射天線失能的方式，且/或藉由使接收天線RX1及RX2中不使用的接收天線失能的方式，來達到選擇性連接的目的。
需注意，在圖2A的實施例中，由於發射天線系統12A包括一個發射天線TX1，且發射電路11係依據控制電路15所提供的一或多個控制訊號而產生兩傳送訊號的其中一者，再由發射天線TX1發射兩傳送訊號的其中一者。因此，在圖2A的實施例中不需要進行發射天線的選擇，圖2A實施例中的發射天線系統12A可以不耦接選擇電路16。
以下搭配圖3A及圖3B更具體地來說明雷達裝置10的詳細硬體架構。
圖3A是依據本發明一實施例的雷達裝置10-3的元件方塊圖。請參照圖3A，雷達裝置10-3包括(但不僅限於)發射電路11、發射天線系統12、接收天線系統13、接收電路14、控制電路15、 及選擇電路16。此外，雷達裝置10-3可更包括(但不僅限於)頻率合成器(Frequency Synthesizer)171、調變器18、時脈產生器19及運算處理器20。
發射電路11包括放大器PA及混波器TXMIX。放大器PA耦接混波器TXMIX。放大器PA用以放大訊號(例如，混波器TXMIX的輸出訊號)。混波器TXMIX用以對訊號進行混波，以產生傳送訊號。此外，發射電路11還可包括(但不僅限於)濾波器LPF及數位至類比轉換器DAC。
發射天線系統12的介紹可分別參照圖1的發射天線系統12及圖2B的發射天線系統12B的說明，接收天線系統13的介紹可分別參照圖1、圖2A及圖2B的接收天線系統13的說明，於此不再贅述。
接收電路14包括低雜訊放大器LNA及混波器RXMIX。低雜訊放大器LNA耦接混波器RXMIX。低雜訊放大器LNA用以放大訊號(例如，回波訊號)。混波器RXMIX用以對訊號(例如，低雜訊放大器LNA的輸出訊號)進行混波，以產生中頻訊號。此外，接收電路14還可包括(但不僅限於)中頻放大電路IFA及類比至數位轉換器ADC。
控制電路15及選擇電路16的介紹可分別參照圖1、圖2A及圖2B的說明，於此不再贅述。
在本實施例中，控制電路15更耦接放大器PA。在一實施例中，放大器PA依據控制電路15所產生的一或多個控制訊號設 定輸出功率。
頻率合成器171耦接發射電路11及接收電路14。在一實施例中，控制電路15藉由頻率合成器171耦接發射電路11。在另一實施例中，控制電路15直接連接發射電路11。頻率合成器171用以產生第一訊號，並提供第一訊號給發射電路11、接收電路14及控制電路15。此時，第一訊號為連續波訊號。
調變器18可透過N階(N為大於零的正整數)過取樣調變器(oversampling modulator)或N-位元(N-bit)奈奎斯特(Nyquist)頻率取樣器來實現。
時脈產生器19耦接頻率合成器171、調變器18及類比至數位轉換器ADC。時脈產生器19用以產生時脈訊號(或是本地震盪訊號)。頻率合成器171依據時脈訊號產生具有週期的第一訊號。而控制電路15依據時脈訊號同步第一訊號。進一步而言，上述同步第一訊號的情況可視為，一或多個控制訊號持續不變的時間以及第一訊號的週期具有固定的重疊範圍。舉例而言，可使控制訊號的切換或變化的週期與第一訊號的週期相同，或者，可使控制訊號的切換或變化時間點同步於第一訊號的週期的起點或終點向前平移預定時間或向後平移預定時間，或者，可使控制訊號的切換或變化時間點同步於第一訊號的週期的起點或終點。
調變器18對時脈訊號過取樣調變以產生類弦波的數位訊號，並驅動數位至類比轉換器DAC產生類比的弦波訊號。接著，濾波器LPF對類比的弦波訊號進行低通濾波處理後即形成輸入至 混波器TXMIX的弦波訊號。混波器TXMIX依據來自頻率合成器171的第一訊號(例如，連續波訊號)對弦波訊號進行混波(例如，上變頻(up conversion))以形成傳送訊號。
傳送訊號將透過發射天線系統12中的發射天線發射而出。以圖2A而言，發射天線TX1發射傳送訊號。以圖2B而言，傳送訊號將透過切換電路162所導通/切換的發射天線TX1或TX2發射而出。
另一方面，回波訊號透過接收天線系統13接收。以圖2A及圖2B而言，回波訊號透過切換電路161所導通/切換的接收天線RX1或RX2接收。低雜訊放大器LNA對接收天線RX1或RX2所接收的回波訊號放大，且混波器RXMIX依據頻率合成器171所產生的第一訊號(例如，連續波訊號)對經放大的訊號混波(例如，下變頻(down conversion))，以產生中頻訊號。
中頻放大電路IFA包括中頻放大器IFA-1、修正電路IFA-2(可選的)及濾波器IFA-3。中頻放大器IFA-1對中頻訊號過濾並放大特定頻帶的訊號，再經由過濾器過濾期望頻帶的訊號，且透過類比至數位轉換器ADC轉換成基頻訊號DO(例如，基頻數位訊號)。修正電路IFA-2可以是總合電路，並可將中頻訊號與反相的弦波訊號加總(即，對中頻訊號減去數位至類比轉換器DAC所產生類比的弦波訊號)。修正電路IFA-2可基於弦波訊號來修正回波訊號所遭遇到的閃爍雜訊(flicker noise)、直流偏差(DC offset)、本地振盪(Local Oscillator)洩漏等問題。在其他實施例中，修正電路IFA- 2的位置可能不同。例如，位於中頻放大器IFA-1之前(即，耦接於混波器RXMIX與中頻放大器IFA-1之間)、或設於過濾器IFA-3之後(即，耦接於過濾器IFA-3與類比至數位轉換器ADC之間)。
運算處理器20耦接接收電路14。同時參考圖3A並以圖2A及圖2B為例，運算處理器20耦接接收電路14中的類比至數位轉換器ADC，並接收基頻訊號DO。運算處理器20可以是晶片、處理器、微控制器、特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、或任何類型的數位電路。
圖3B是依據本發明另一實施例的雷達裝置10-4的元件方塊圖。請參照圖3B，雷達裝置10-4包括(但不僅限於)發射電路11、發射天線系統12、接收天線系統13、接收電路14、控制電路15、及選擇電路16。此外，雷達裝置10-4可更包括(但不僅限於)脈衝產生器172、調變器18、時脈產生器19及運算處理器20。
圖3B的發射電路11、發射天線系統12、接收天線系統13、接收電路14、控制電路15、選擇電路16、調變器18、時脈產生器19、濾波器LPF、數位至類比轉換器DAC、中頻放大電路IFA及類比至數位轉換器ADC的說明可參照圖3A中相同符號的說明，於此不再贅述。
在本實施例中，脈衝產生器172耦接發射電路11及接收電路14。脈衝產生器172用以產生第一訊號，並提供第一訊號給發射電路11、接收電路14及控制電路15。此時，第一訊號為脈衝訊號。在一實施例中，控制電路15藉由脈衝產生器172耦接發 射電路11。在另一實施例中，控制電路15直接連接發射電路11，且發射電路11可透過開啟訊號輸出及關閉訊號輸出來產生脈衝訊號。在本實施例中，時脈產生器19耦接脈衝產生器172、調變器18及類比至數位轉換器ADC。時脈產生器19用以產生時脈訊號(或是本地震盪訊號)。脈衝產生器172依據時脈訊號產生具有週期的第一訊號。而控制電路15依據時脈訊號同步第一訊號。進一步而言，上述同步第一訊號的情況可視為，控制訊號持續不變的時間以及第一訊號的週期具有固定的重疊範圍，舉例而言，可使控制訊號的切換或變化的週期與第一訊號的週期相同，或者，可使控制訊號的切換或變化時間點同步於第一訊號的週期的起點或終點向前平移預定時間或向後平移預定時間，或者，可使控制訊號的切換或變化時間點同步於第一訊號的週期的起點或終點。
雷達裝置10、10-1~10-4可透過發射天線系統12向外部物件O(又稱為目標)發射傳送訊號。接收天線系統13接收從外部物件O反射而來的回波訊號。例如，發射天線TX1或TX2傳送一個訊框(frame)(對應於一個或多個週期)的連續波訊號，或脈衝訊號。基於接收天線RX1的基頻訊號，可得出與外部物件的距離(對應於外部物件的位置)。
在一實施例中，一個訊框(frame)時間包括多個收發週期，這些收發週期對應於第一訊號及/或傳送訊號的週期。
例如，圖4A是依據本發明一實施例的訊號及天線切換的示意圖。請參照圖4A，第一訊號例如為連續波訊號，並以唧聲訊 號(頻率隨時間變化)的形式表現，而在本實施例中，第一訊號的週期例如是第一訊號的頻率變化週期。連續波訊號對弦波訊號進行混波，並據以形成傳送訊號。其中，範例的第一訊號FS1以頻率變化來呈現為三角波。在三角波的一個掃頻週期內，其頻率在上升段隨時間增加/上升，且其頻率在下降段隨時間減少/下降。第一訊號FS1的頻率可介於頻率f1至頻率f2。或者，另一範例的第一訊號FS2以頻率變化來呈現為鋸齒波。在鋸齒波的一個掃頻週期內，其頻率在上升段隨時間增加/上升，且其頻率在下降段直接降至波谷。第一訊號FS2的頻率可介於頻率f1至頻率f2。在本實施例中，一個訊框時間例如包括兩個收發週期。每個收發週期例如可包括第一訊號FS1(或第一訊號FS3)的兩個週期，或者可包括第一訊號FS2(或第一訊號FS4)的四個週期。也就是，每個收發週期例如為三角波的兩個掃頻週期或者為鋸齒波的四個掃頻週期。如此一來，一個訊框時間例如包含第一訊號FS1的兩個週期加上第一訊號FS3的兩個週期，或者，一個訊框時間例如包含第一訊號FS2的四個週期加上第一訊號FS4的四個週期。然而，收發週期與掃頻週期的數量比例還可能有其他變化。
此外，發射電路11還可對應不同頻寬的第一訊號來產生不同頻寬的傳送訊號。其中，範例的第一訊號FS3以頻率變化來呈現為三角波。第一訊號FS3的頻率可介於頻率f3至頻率f4。頻率f3至頻率f4的頻帶範圍大於頻率f1至頻率f2的頻帶範圍。或者，另一範例的第一訊號FS4以頻率變化來呈現為鋸齒波。
在一實施例中，請參照圖2A，發射天線TX1在訊框時間中的每個收發週期都發射傳送訊號。以圖4A為例，用於發射天線TX1的控制訊號TX SW的編碼為「1」表示僅導通/選擇/使用發射天線TX1(傳送訊號僅經由發射天線TX1發射)。須說明的是，由於多個訊框時間僅使用發射天線TX1，因此可能忽略控制訊號TX SW。
在一實施例中，請參照圖2A，發射電路11用以依據一或多個控制訊號，在訊框時間中分別在每個收發週期僅選擇產生不同頻寬的兩傳送訊號的其中一者，使得發射天線TX1在訊框時間中分別在每個收發週期僅選擇發射不同頻寬的兩傳送訊號的其中一者。也就是說，在一個收發週期內，發射電路11僅產生對應於一個頻寬的傳送訊號，且發射天線TX1發射這傳送訊號；在另一個收發週期內，發射電路11僅產生對應於另一個頻寬的傳送訊號，且發射天線TX1發射這傳送訊號。
在一實施例中，參考圖4A，以三角波的第一訊號FS1及FS3為例，在第一個收發週期(對應於第一訊號FS1的兩個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f1至頻率f2的第一訊號FS1(對應於圖4A中第一列的左邊數來第一組的三角波)的傳送訊號(例如為第一傳送訊號)。在第二個收發週期(對應於第一訊號FS3的兩個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f3至頻率f4的第一訊號FS3(對應於圖4A中第三列的左邊數來第一組的三角波)的傳送訊號(例如為第二傳送訊號)。在本實施例中，可視為由控制訊號TX SW控制發射電路11產生對應第一訊號FS1或FS3的不同頻寬的兩傳送訊號。此外，在這些收發週期，都透過發射天線TX1在不同時間分別發送這兩傳送訊號。
在另一實施例中，可採用圖4A中所示的鋸齒波的第一訊號FS2及FS4為例，在第一個收發週期(對應於第一訊號FS2的四個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f1至頻率f2的第一訊號FS2(對應於圖4A中第二列的左邊數來第一組的鋸齒波)的傳送訊號(例如為第一傳送訊號)。在第二個收發週期(對應於第一訊號FS4的四個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f3至頻率f4的第一訊號FS4(對應於圖4A中第四列的左邊數來第一組的鋸齒波)的傳送訊號(例如為第二傳送訊號)。在本實施例中，可視為由控制訊號TX SW控制發射電路11產生對應第一訊號FS2或FS4的不同頻寬的兩傳送訊號。此外，在這些收發週期，都透過發射天線TX1在不同時間分別發送這兩傳送訊號。
在一實施例中，請參照圖2A，選擇電路16(例如，透過切換電路161)用以依據一或多個控制訊號，在訊框時間中分別在每個收發週期僅選擇接收天線RX1以接收第一回波訊號，或僅選擇接收天線RX2以接收第二回波訊號。也就是，選擇電路16的切換電路161僅導通/選擇/使用一個接收天線(即選擇接收天線RX1或RX2)，也就是，中斷其他接收天線傳送至接收電路14的訊號。
以圖4A為例，用於接收天線RX1、RX2的控制訊號RX SW的編碼為「1」表示僅導通/選擇/使用接收天線RX1(僅經由接 收天線RX1的回波訊號受接收電路14接收且中斷接收天線RX2傳送至接收電路14的回波訊號)，且編碼為「2」表示僅導通/選擇/使用接收天線RX2(僅經由接收天線RX2的回波訊號受接收電路14接收且中斷接收天線RX1傳送至接收電路14的回波訊號)。
在一實施例中，參考圖4A，以對應於三角波第一訊號FS1及FS3的回波訊號為例，在第一個收發週期，接收天線RX1接收對應於第一訊號FS1的回波訊號(例如為第一回波訊號)。在第二個收發週期，接收天線RX2接收對應於第一訊號FS3的回波訊號(例如為第二回波訊號)。在本實施例中，可視為由控制訊號RX SW控制選擇接收天線RX1或RX2。然而，在其他實施例中，可能由同一個控制訊號來控制選擇產生對應於第一訊號FS1或FS3的傳送訊號以及選擇接收天線RX1或RX2。
在另一實施例中，可採用對應於圖4A中所示的鋸齒波第一訊號FS2及FS4的回波訊號為例，在第一個收發週期，接收天線RX1接收對應於第一訊號FS2的回波訊號(例如為第一回波訊號)。在第二個收發週期，接收天線RX2接收對應於第一訊號FS4的回波訊號(例如為第二回波訊號)。在本實施例中，可視為由控制訊號RX SW控制選擇接收天線RX1或RX2。然而，在其他實施例中，可能由同一個控制訊號來控制選擇產生對應於第一訊號FS2或FS4的傳送訊號以及選擇接收天線RX1或RX2。
在一實施例中，在一個收發週期中受導通/選擇/使用的發射天線TX1及接收天線(接收天線RX1或RX2)即形成一個收發搭 配組合。
「TX1+RX1」代表發射天線TX1與接收天線RX1的收發搭配組合TRC；「TX1+RX2」代表發射天線TX1與接收天線RX2的收發搭配組合TRC。
此外，控制訊號TX SW、RX SW的任一編碼(例如，「1」或「2」)對應的訊號的期間對應於第一訊號或傳送訊號的週期。例如，兩個編碼對應於一個三角波的第一訊號FS1或對應於一個鋸齒波的第一訊號FS2。控制訊號RX SW的相鄰兩編碼的切換時間例如是位於第一訊號FS1、FS2的週期的起始點、終點或結尾點，或者，控制訊號RX SW的相鄰兩編碼的切換時間也可以是位於第一訊號FS1、FS2的週期的起始點、終點或結尾點向前平移預定時間或向後平移預定時間。如圖2A或圖2B所示，傳送訊號的產生是依據控制訊號。可再參考圖3A及圖3B，控制訊號的產生是依據頻率合成器171或脈衝產生器172所產生的第一訊號，且第一訊號的產生是依據時脈產生器19所提供的時脈訊號。因此，控制訊號的切換時間點與週期皆可同步於第一訊號及傳送訊號。
在一實施例中，第一傳送訊號及對應於其受反射所產生的第一回波訊號用於第一偵測模式，且頻寬不同的第二傳送訊號及對應於其受反射所產生的第二回波訊號用於第二偵測模式。此外，第一偵測模式的偵測功率大於第二偵測模式的偵測功率。偵測功率可稱為雷達發射功率，是指雷達裝置10、10-1~10-4發射電磁波的功率大小。偵測功率可能影響雷達裝置10、10-1~10-4的探測 距離、距離解析度和/或抗干擾能力。如前述說明，發射電路11可分別產生頻寬不同的兩傳送訊號。在一實施例中，供頻寬較小的第一傳送訊號所用的偵測功率大於供頻寬較大的第二傳送訊號所用的偵測功率。
在一實施例中，雷達裝置10、10-1~10-4用以依據一或多個控制訊號，在訊框時間中分別在每個收發週期僅選擇執行兩偵測模式的其中一者。也就是，在一個收發週期僅選擇執行第一偵測模式，且在另一個收發週期僅選擇執行第二偵測模式。例如，在一個收發週期僅選擇發送頻寬較小的第一傳送訊號以執行第一偵測模式，且在另一個收發週期僅選擇發送頻寬較大的第二傳送訊號以執行第二偵測模式。
以圖4A為例，在第一個收發週期，執行對應於第一傳送訊號(對應於具有頻率f1至頻率f2的頻寬的第一訊號FS1或FS2)的第一偵測模式；在第二個收發週期，執行對應於第二傳送訊號(對應於具有頻率f3至頻率f4的頻寬的第一訊號FS3或FS4)的第二偵測模式。
在一實施例中，請參照圖2A、圖2B、圖3A及圖3B，放大器PA用以依據一或多個控制訊號在兩偵測模式下輸出不同的功率。放大器PA的輸出功率相關於偵測功率。放大器PA的輸出功率越大，則偵測功率越大；放大器PA的輸出功率越小，則偵測功率越小。在一實施例中，放大器PA提供給頻寬較小的第一傳送訊號所用的功率大於提供給頻寬較大的第二傳送訊號所用的功率。
以圖4A為例，在第一個收發週期，發射電路11產生對應介於頻率f1至頻率f2的第一訊號FS1或第一FS2的第一傳送訊號，其中放大器PA輸出較大的功率。在第二個收發週期，發射電路11產生對應介於頻率f3至頻率f4的第一訊號FS3或第一FS4的第二傳送訊號，其中放大器PA輸出較小的功率。
須說明的是，輸出功率仍可能因天線增益、匹配不良或其他因素而調整。例如，針對窄頻帶應用，輸出負載可接近50歐姆(ohms)。然而，針對寬頻帶應用，則因較低增益及匹配而需要相較高的輸出功率來補償損失。
在一實施例中，請參照圖2A，接收電路14所包括的低雜訊放大器LNA放大由接收天線RX1、RX2所接收的兩回波訊號。此外，低雜訊放大器LNA依據回波訊號的頻帶大小提供對應的增益及/或阻抗匹配。
在一實施例中，第一偵測模式的距離解析度例如小於第二偵測模式的距離解析度。距離解析度是雷達系統區分多個沿徑向距離靠近的目標的能力。距離解析度主要取決於傳送訊號的頻寬。頻寬越寬，距離解析度越高。以圖4A為例，使用頻寬較小的第一傳送訊號的第一偵測模式(對應於頻率f1至頻率f2的頻寬)的距離解析度小於使用頻寬較大的第二傳送訊號的第二偵測模式(對應於頻率f3至頻率f4的頻寬)的距離解析度。
請參照圖3A及圖3B，接收電路14用以依據射頻訊號及頻率合成器171或脈衝產生器172所產生的第一訊號產生內部訊 號(例如，上述基頻訊號DO)。這內部訊號包括在訊框時間的多個收發週期對應形成的多個內部子訊號。以圖4A為例，假設訊框包括兩個收發週期，接收電路14可對應第一個收發週期產生第一內部訊號，且接收電路14可對應第二個收發週期產生第二內部訊號。
此外，運算處理器20用以依據這些內部子訊號決定外部物件的空間資訊。針對包括兩個收發週期的訊框，運算處理器20可依據第一內部訊號及第二內部訊號決定外部物件的空間資訊。
在一實施例中，外部物件的空間資訊包括距離資訊。運算處理器20可透過快速傅立葉轉換、離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform，DFT)或其他時域至頻域轉換取得不同內部訊號對應的基頻訊號DO的頻譜資訊。頻譜資訊的振幅對應於距離資訊。頻譜資訊以功率頻譜圖為例，假設回波訊號是透過一個外部物件反射所得，則每一個內部訊號在這外部物件的位置(或與這外部物件的距離)上會有一個峰值。若任一個距離對應的峰值大於振幅臨界值，則決定有一個外部物件的存在，並據以決定距離資訊。
圖4B是依據本發明一實施例的一維偵測的示意圖。請參照圖2A、圖4A及圖4B，在圖2A的架構(例如，一個發射天線TX1及兩個接收天線RX1、RX2)下，並操作在圖4A所示的收發搭配組合TRC的切換下，可決定距離資訊。然而，本實施例假設偵測視野為圖4B所示的180度，未能得到角度資訊。角度資訊可以是外部物件相較於雷達裝置10-1的方向或角度。
圖5是依據本發明另一實施例的到達角θ的示意圖。請 參照圖5，雷達裝置10、10-2~10-4可透過發射天線系統12向外部物件O(又稱為目標)發射傳送訊號。發射天線TX1、發射天線TX2、接收天線RX1與接收天線RX2在空間上沿同一方向(例如圖面水平方向)排列成一列，且發射天線TX1及發射天線TX2的之間的間隔距離d2為上述距離λD(例如，較小頻寬的傳送訊號的波長的一半，即上述λ HB/2)。因此，發射天線TX1與發射天線TX2到達外部物件O的距離相差d2sinθ。到達角θ為外部物件O相對於雷達裝置10、10-2~10-4的角度(可作為角度資訊)。R為外部物件O與發射天線TX1的距離(可作為距離資訊)。
在一實施例中，運算處理器20可將多個回波訊號轉換成空間譜資訊，以決定角度資訊。空間譜資訊中的一個峰值對應於角度資訊，且空間資訊包括角度資訊。方位資訊例如是上述到達角θ。
到達角(Angle of Arrival，AoA)估算演算法例如是多重訊號分類演算法(Multiple Signal Classification Algorithm，MUSIC)、根值多重訊號分類演算法(Root-MUSIC algorithm)或是旋轉不變技術訊號參數估測(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques，ESPRIT)演算法。
圖6A是依據本發明另一實施例的訊號及天線切換的示意圖。請參照圖6A，第一訊號FS1~FS4的介紹可參酌圖4A的說明，於此不再贅述。另須注意，在圖6A的實施例中，一個訊框時間例如包括四個收發週期。每個收發週期例如可包括第一訊號 FS1(或第一訊號FS3)的一個週期，或者可包括第一訊號FS2(或第一訊號FS4)的兩個週期。也就是，每個收發週期例如為三角波的一個掃頻週期或者為鋸齒波的兩個掃頻週期。如此一來，一個訊框時間例如包含第一訊號FS1的兩個週期加上第一訊號FS3的兩個週期，或者，一個訊框時間例如包含第一訊號FS2的四個週期加上第一訊號FS4的四個週期。然而，收發週期與掃頻週期的數量比例還可能有其他變化。
此外，用於發射天線TX1、TX2的控制訊號TX SW的編碼為「1」表示僅導通/選擇/使用發射天線TX1(傳送訊號僅經由發射天線TX1發射且中斷發射電路11傳送至發射天線TX2的傳送訊號)，且編碼為「2」表示僅導通/選擇/使用發射天線TX2(傳送訊號僅經由發射天線TX2發射且中斷發射電路11傳送至發射天線TX1的傳送訊號)。
另一方面，用於接收天線RX1、RX2的控制訊號RX SW的編碼為「1」表示僅導通/選擇/使用接收天線RX1(僅經由接收天線RX1的回波訊號受接收電路14接收且中斷接收天線RX2傳送至接收電路14的回波訊號)，且編碼為「2」表示僅導通/選擇/使用接收天線RX2(僅經由接收天線RX2的回波訊號受接收電路14接收且中斷接收天線RX1傳送至接收電路14的回波訊號)。
在一實施例中，請參照圖2B，選擇電路16(例如，透過切換電路162)用以依據一或多個控制訊號，在訊框時間中分別在每個收發週期僅選擇發射天線TX1以發射第一傳送訊號及第二傳送 訊號的其中一者，或僅選擇發射天線TX2以發射第一傳送訊號及第二傳送訊號的其中一者。進一步而言，在第一偵測模式下，在一個收發週期內，發射電路11僅產生對應於一個頻寬的第一傳送訊號，且發射天線TX1發射第一傳送訊號；在另一個收發週期內，發射電路11同樣產生第一傳送訊號，且發射天線TX2發射第一傳送訊號。而在第二偵測模式下，在一個收發週期內，發射電路11僅產生對應於另一個頻寬的第二傳送訊號，且發射天線TX1發射第二傳送訊號；在另一個收發週期內，發射電路11同樣產生第二傳送訊號，且發射天線TX2發射第二傳送訊號。此外，第一偵測模式及第二偵測模式可交替執行，也就是說，在本實施例中，例如可包含四個收發週期，各收發週期分別執行「以發射天線TX1發射第一傳送訊號」、「以發射天線TX2發射第一傳送訊號」、「以發射天線TX1發射第二傳送訊號」、「以發射天線TX2發射第二傳送訊號」的行動。
在一實施例中，參考圖6A，以三角波的第一訊號FS1及FS3為例，在第一與第二個收發週期(對應於第一訊號FS1的兩個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f1至頻率f2的第一訊號FS1(對應於圖6A中第一列的左邊數來第一組的三角波)的傳送訊號(例如為第一傳送訊號)，其中在第一個收發週期(對應於第一訊號FS1的第一個週期)由發射天線TX1發送第一傳送訊號，且在第二個收發週期(對應於第一訊號FS1的第二個週期)由發射天線TX2發送第一傳送訊號。在第三與第四個收發週期(對應於第一訊 號FS3的兩個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f3至頻率f4的第一訊號FS3(對應於圖6A中第三列的左邊數來第一組的三角波)的傳送訊號(例如為第二傳送訊號)，其中在第三個收發週期(對應於第一訊號FS3的第一個週期)由發射天線TX1發送第二傳送訊號，且在第四個收發週期(對應於第一訊號FS3的第二個週期)由發射天線TX2發送第二傳送訊號。在本實施例中，可視為由控制訊號TX SW控制發射電路11產生對應第一訊號FS1或FS3的不同頻寬的兩傳送訊號，並控制選擇發射天線TX1或發射天線TX2來發送上述兩傳送訊號的其中一者。
在另一實施例中，可採用圖6A中所示的鋸齒波的第一訊號FS2及FS4為例，在第一與第二個收發週期(對應於第一訊號FS2的四個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f1至頻率f2的第一訊號FS2(對應於圖6A中第二列的左邊數來第一組的鋸齒波)的傳送訊號(例如為第一傳送訊號)，其中在第一個收發週期(對應於第一訊號FS1的第一與第二個週期)由發射天線TX1發送第一傳送訊號，且在第二個收發週期(對應於第一訊號FS1的第三與第四個週期)由發射天線TX2發送第一傳送訊號。在第三與第四個收發週期(對應於第一訊號FS4的四個週期)，發射電路11產生對應介於頻率f3至頻率f4的第一訊號FS4(對應於圖6A中第四列的左邊數來第一組的鋸齒波)的傳送訊號(例如為第二傳送訊號)，其中在第三個收發週期(對應於第一訊號FS4的第一與第二個週期)由發射天線TX1發送第二傳送訊號，且在第四個收發週期(對應於第 一訊號FS4的第三與第四個週期)由發射天線TX2發送第二傳送訊號。在本實施例中，可視為由控制訊號TX SW控制發射電路11產生對應第一訊號FS2或FS4的不同頻寬的兩傳送訊號，並控制選擇發射天線TX1或發射天線TX2來發送上述兩傳送訊號的其中一者。
在一實施例中，請參照圖2B，選擇電路16(例如，透過切換電路161)用以依據一或多個控制訊號，在訊框時間中分別在每個收發週期僅選擇接收天線RX1以接收第一回波訊號，或僅選擇接收天線RX2以接收第二回波訊號。也就是，選擇電路16的切換電路161僅導通/選擇/使用一個接收天線(即選擇接收天線RX1或RX2)，也就是，中斷其他接收天線傳送至接收電路14的訊號。
在一實施例中，參考圖6A，以對應於三角波第一訊號FS1及FS3的回波訊號為例，在第一與第二個收發週期，接收天線RX1接收對應於第一訊號FS1的回波訊號(例如為第一回波訊號)。在第三與第四個收發週期，接收天線RX2接收對應於第一訊號FS3的回波訊號(例如為第二回波訊號)。
在另一實施例中，可採用對應於圖6A中所示的鋸齒波第一訊號FS2及FS4的回波訊號為例，在第一與第二個收發週期，接收天線RX1接收對應於第一訊號FS3的回波訊號(例如為第一回波訊號)。在第三與第四個收發週期，接收天線RX2接收對應於第一訊號FS4的回波訊號(例如為第二回波訊號)。
兩發射天線TX1、TX2及兩接收天線RX1、RX2可形成 4種收發搭配組合，每個收發搭配組合包括兩發射天線TX1、TX2的其中一者與兩接收天線RX1、RX2的其中一者的組合。例如，圖6A所示的「TX1+RX1」代表發射天線TX1與接收天線RX1的收發搭配組合TRC2、「TX1+RX2」代表發射天線TX1與接收天線RX2的收發搭配組合TRC2、「TX2+RX1」代表發射天線TX2與接收天線RX1的收發搭配組合TRC2及「TX2+RX2」代表發射天線TX2與接收天線RX2的收發搭配組合TRC2。
在本實施例中，在第一與第二個收發週期，執行對應於第一傳送訊號(對應於具有頻率f1至頻率f2的頻寬的第一訊號FS1或FS2)的第一偵測模式；在第三與第四個收發週期，執行對應於第二傳送訊號(對應於具有頻率f3至頻率f4的頻寬的第一訊號FS3或FS4)的第二偵測模式。在一實施例中，使用頻寬較小的第一傳送訊號的第一偵測模式(對應於頻率f1至頻率f2的頻寬)的距離解析度小於使用頻寬較大的第二傳送訊號的第二偵測模式(對應於頻率f3至頻率f4的頻寬)的距離解析度。
在一實施例中，請參照圖2B，發射電路11所包括的放大器PA放大預計提供給發射天線TX1、TX2所發射的兩傳送訊號。此外，放大器PA分別依據傳送訊號的頻帶大小提供對應的功率、增益及/或阻抗匹配。
須說明的是，輸出功率仍可能因天線增益、匹配不良或其他因素而調整。
在一實施例中，請參照圖2B，接收電路14所包括的低雜 訊放大器LNA放大由接收天線RX1、RX2所接收的兩回波訊號。此外，低雜訊放大器LNA分別依據回波訊號的頻帶大小提供對應的增益及/或阻抗匹配。
圖6B是依據本發明另一實施例的二維偵測的示意圖。請參照圖2B、圖6A及圖6B，在圖2B的架構(例如，兩個發射天線TX1、TX2及兩個接收天線RX1、RX2)下，並操作在圖6A所示的收發搭配組合TRC2的切換下，可決定距離資訊及角度資訊。角度資訊可以是外部物件相較於雷達裝置10、10-2的方向或角度。
在一實施例中，由於發射天線TX1、TX2之間的距離λD設定為λ HB/2，且λ HB為發射天線TX1所發射的傳送訊號及發射天線TX2所發射的傳送訊號其中中心頻率較高者的波長，則對應於較高中心頻率的傳送訊號在雷達座標上可涵蓋的視野為∠HB，對應於較低中心頻率的傳送訊號在雷達座標上可涵蓋的視野為∠LB，∠LB較∠HB更窄。進一步而言，∠LB與∠HB之間的關係可表示為∠LB=Fd×±∠HB，係數Fd為fLB/fHB，其中fLB為具有較低中心頻率的傳送訊號的中心頻率，且fHB為具有較高中心頻率的傳送訊號的中心頻率。本實施例假設較大頻寬的傳送訊號的中心頻率為fLB，且較小頻寬的傳送訊號的中心頻率為fHB，但不以此為限。而為了使計算角度資訊的基準一致，在針對具有較低中心頻率的傳送訊號來計算角度資訊時，需要利用係數Fd來進行反推計算，以達到補償角度資訊誤差的效果，例如，針對具有較低中心頻率的傳送訊號時，計算角度的過程中需除以係數Fd。以圖6B為 例，∠LB的範圍介於+90°×Fd至-90°×Fd。
在本發明實施例中，輪流分時產生並發射不同頻寬的傳送訊號，且接收天線RX1、RX2輪流分時接收對應的回波訊號。藉此，當兩傳送訊號分別設計為窄頻帶應用及寬頻帶應用時，可提供分時交錯感測(Time Division Interlace Sensing，TDIS)，即結合窄頻帶及寬頻帶的兩種偵測模式。當兩傳送訊號分別設計為不同中心頻率時，可提供雙頻帶偵測。
圖7是依據本發明一實施例的雷達偵測方法的流程圖。請參照圖7，選擇執行第一偵測模式或第二偵測模式(步驟S710)。第一偵測模式的偵測功率大於第二偵測模式的偵測功率。執行第一偵測模式(步驟S720)包括：產生第一傳送訊號(步驟S721)，發射這第一傳送訊號(步驟S722)，且接收第一回波訊號(步驟S723)。第一回波訊號是由第一傳送訊號受外部物件反射而產生。執行第二偵測模式(步驟S730)包括：產生第二傳送訊號(步驟S731)，發射這第二傳送訊號(步驟S732)，且接收第二回波訊號(步驟S733)。第二回波訊號是由第二傳送訊號受外部物件反射而產生。此外，第二傳送訊號的頻寬不同於第一傳送訊號的頻寬，且第二回波訊號的頻寬不同於第一回波訊號的頻寬。
關於圖7中的各步驟的實施細節在前述的實施例及實施方式都有詳盡的說明，於此不再贅述。除了以電路的形式實施，本發明實施例的各步驟與實施細節亦可由處理器以軟體的方式實施，本發明實施例並不加以限制。
綜上所述，在本發明實施例的雷達裝置及雷達偵測方法中，透過分時發送頻寬不同的傳送訊號，並分時接收頻寬不同的回波訊號，可交錯執行兩種偵測模式。藉此，當操作於窄頻帶及寬頻帶應用時，可結合兩技術的特性(例如，窄頻帶應用的較遠偵測範圍及寬頻帶應用的較精細距離解析度)，以在偵測外部物件時獲得更完整的空間資訊。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:雷達裝置
11:發射電路
12:發射天線系統
13:接收天線系統
14:接收電路
15:控制電路
16:選擇電路

Claims (23)

  1. 一種雷達裝置，包括：一發射電路，用以產生一第一傳送訊號及一第二傳送訊號，其中該第一傳送訊號的頻寬不同於該第二傳送訊號的頻寬；一發射天線系統，用以發射該第一傳送訊號及該第二傳送訊號；以及一接收天線系統，用以接收一第一回波訊號，其中該第一回波訊號是由該第一傳送訊號受一外部物件反射而產生，並用以接收一第二回波訊號，其中該第二回波訊號是由該第二傳送訊號受該外部物件反射而產生，且其中該第一回波訊號的頻寬不同於該第二回波訊號的頻寬；其中該第一傳送訊號及該第一回波訊號用於一第一偵測模式，該第二傳送訊號及該第二回波訊號用於一第二偵測模式，該第一偵測模式的偵測功率大於該第二偵測模式的偵測功率，且該雷達裝置用以在一收發週期僅選擇執行該第一偵測模式及該第二偵測模式的其中一者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的雷達裝置，其中該第一偵測模式的距離解析度小於該第二偵測模式的距離解析度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的雷達裝置，其中該第一傳送訊號的頻寬小於該第二傳送訊號的頻寬，該第一回波訊號的頻寬小於該第二回波訊號的頻寬。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的雷達裝置，還包括一控制電路，耦接該發射電路，並用以產生一或多個控制訊號，其中該一或多個控制訊號對應一第一訊號的週期而改變。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的雷達裝置，其中一訊框時間包括多個該收發週期，該雷達裝置用以依據該一或多個控制訊號，在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇執行該第一偵測模式及該第二偵測模式的其中一者。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的雷達裝置，還包括一選擇電路，耦接該控制電路及該接收天線系統，其中一訊框時間包括多個該收發週期，該接收天線系統包括一第一接收天線及一第二接收天線，該選擇電路用以依據該一或多個控制訊號，在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇該第一接收天線以接收該第一回波訊號，或僅選擇該第二接收天線以接收該第二回波訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的雷達裝置，其中該第一接收天線的尺寸小於該第二接收天線的尺寸。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的雷達裝置，其中一訊框時間包括多個該收發週期，該發射天線系統包括一第一發射天線，該發射電路用以依據該一或多個控制訊號，在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇產生該第一傳送訊號及該第二傳送訊號的其中一者，使得該第一發射天線在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇發射該第一傳送訊號及該第二傳送訊號的其中一者。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的雷達裝置，還包括一選擇電路，耦接該控制電路及該發射天線系統，其中一訊框時間包括多個該收發週期，該發射天線系統包括一第一發射天線及一第二發射天線，該發射電路用以依據該一或多個控制訊號，在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇產生該第一傳送訊號及該第二傳送訊號的其中一者，且該選擇電路用以依據該一或多個控制訊號，在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇該第一發射天線以發射該第一傳送訊號及該第二傳送訊號的其中一者，或僅選擇該第二發射天線以發射該第一傳送訊號及該第二傳送訊號的其中一者。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的雷達裝置，其中該第一發射天線及該第二發射天線之間的距離為λHB/2，其中λHB為該第一傳送訊號及該第二傳送訊號其中中心頻率較高者的波長。
  11. 如申請專利範圍第4項所述的雷達裝置，還包括：一頻率合成器或一脈衝產生器，耦接該控制電路，並用以產生該第一訊號，其中該第一訊號為連續波訊號或脈衝訊號；以及一時脈產生器，耦接該頻率合成器或該脈衝產生器，並用以產生一時脈訊號，其中該頻率合成器或該脈衝產生器依據該時脈訊號產生該第一訊號，且該控制電路依據該時脈訊號同步該第一訊號。
  12. 如申請專利範圍第5項所述的雷達裝置，還包括一接收電路及一運算處理器，其中該第一回波訊號或該第二回波訊號形成一射頻訊號，該接收電路用以依據該射頻訊號及該第一訊號產生一內部訊號，該內部訊號包括在該訊框時間的該些收發週期對應形成的多個內部子訊號，該運算處理器耦接該接收電路，並用以依據該些內部子訊號決定該外部物件的一空間資訊。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的雷達裝置，其中該發射電路還包括一放大器，該放大器耦接該發射天線系統，該接收電路還包括一低雜訊放大器，該低雜訊放大器耦接該接收天線系統。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的雷達裝置，其中該放大器用以依據該一或多個控制訊號在該第一偵測模式下與該第二偵測模式下輸出不同的功率。
  15. 如申請專利範圍第4項所述的雷達裝置，還包括一選擇電路、一第一匹配電路、一第二匹配電路及一第三匹配電路，其中該發射天線系統包括一第一發射天線，該接收天線系統包括一第一接收天線及一第二接收天線，該第一匹配電路耦接於該選擇電路與該第一接收天線之間，該第二匹配電路耦接於該選擇電路與該第二接收天線之間，該第三匹配電路耦接於該發射電路與該第一發射天線之間，其中該第一匹配電路的匹配頻寬小於該第二匹配電路的匹配頻寬，該第三匹配電路的匹配頻寬大於該第一匹配電路的匹配頻寬。
  16. 如申請專利範圍第4項所述的雷達裝置，還包括一選擇電路、一第一匹配電路、一第二匹配電路、一第三匹配電路及一第四匹配電路，其中該發射天線系統包括一第一發射天線及一第二發射天線，該接收天線系統包括一第一接收天線及一第二接收天線，該第一匹配電路耦接於該選擇電路與該第一接收天線之間，該第二匹配電路耦接於該選擇電路與該第二接收天線之間，該第三匹配電路耦接於該選擇電路與該第一發射天線之間，該第四匹配電路耦接於該選擇電路與該第二發射天線之間，其中該第一匹配電路的匹配頻寬小於該第二匹配電路的匹配頻寬，該第三匹配電路的匹配頻寬大於該第一匹配電路的匹配頻寬，該第四匹配電路的匹配頻寬大於該第一匹配電路的匹配頻寬。
  17. 一種雷達偵測方法，包括選擇執行一第一偵測模式或一第二偵測模式；其中執行該第一偵測模式包括：產生一第一傳送訊號；發射該第一傳送訊號；以及接收一第一回波訊號，其中該第一回波訊號是由該第一傳送訊號受一外部物件反射而產生；其中執行該第二偵測模式包括：產生一第二傳送訊號，其中該第二傳送訊號的頻寬不同於該第一傳送訊號的頻寬；發射該第二傳送訊號；以及接收一第二回波訊號，其中該第二回波訊號是由該第二傳送訊號受該外部物件反射而產生，且其中該第二回波訊號的頻寬不同於該第一回波訊號的頻寬；其中，該第一偵測模式的偵測功率大於該第二偵測模式的偵測功率，且在一收發週期僅選擇執行該第一偵測模式及該第二偵測模式的其中一者。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的雷達偵測方法，其中選擇執行該第一偵測模式或該第二偵測模式的步驟還包括：產生一或多個控制訊號，其中該一或多個控制訊號對應一第一訊號的週期而改變；以及依據該一或多個控制訊號，在一訊框時間中的多個該收發週期中的每個該收發週期僅選擇執行該第一偵測模式及該第二偵測模式的其中一者。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的雷達偵測方法，其中選擇執行該第一偵測模式或該第二偵測模式的步驟還包括：依據該一或多個控制訊號，在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇接收該第一回波訊號及該第二回波訊號的其中一者。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的雷達偵測方法，其中選擇執行該第一偵測模式或該第二偵測模式的步驟還包括：依據該一或多個控制訊號，在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇產生該第一傳送訊號及該第二傳送訊號的其中一者，並在該訊框時間中分別在每個該收發週期僅選擇發射該第一傳送訊號及該第二傳送訊號的其中一者。
  21. 如申請專利範圍第18項所述的雷達偵測方法，還包括：依據該第一回波訊號或該第二回波訊號形成一射頻訊號；依據該射頻訊號及該第一訊號產生一內部訊號，其中，該內部訊號包括在該訊框時間的該些收發週期對應形成的多個內部子訊號；以及依據該些內部子訊號決定該外部物件的一空間資訊。
  22. 如申請專利範圍第17項所述的雷達偵測方法，其中該第一傳送訊號的頻寬小於該第二傳送訊號的頻寬，該第一回波訊號的頻寬小於該第二回波訊號的頻寬。
  23. 一種雷達裝置，包括：一發射電路，用以產生一第一傳送訊號及一第二傳送訊號，其中該第一傳送訊號的頻寬不同於該第二傳送訊號的頻寬；一發射天線系統，用以發射該第一傳送訊號及該第二傳送訊號；一接收天線系統，包括一第一接收天線及一第二接收天線，其中該第一接收天線用以接收一第一回波訊號，該第一回波訊號是由該第一傳送訊號受一外部物件反射而產生，其中該第二接收天線用以接收一第二回波訊號，該第二回波訊號是由該第二傳送訊號受該外部物件反射而產生，且其中該第一回波訊號的頻寬不同於該第二回波訊號的頻寬；一控制電路，用以產生一或多個控制訊號；以及一選擇電路，耦接該控制電路及該接收天線系統，並用以依據該控制電路所產生的該一或多個控制訊號選擇該第一接收天線以接收該第一回波訊號，或選擇該第二接收天線以接收該第二回波訊號，其中該第一傳送訊號及該第一回波訊號用於一第一偵測模式，該第二傳送訊號及該第二回波訊號用於一第二偵測模式，該雷達裝置用以在一收發週期僅選擇執行該第一偵測模式及該第二偵測模式的其中一者。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TW201346853A (zh) * 2012-05-10 2013-11-16 Bo-Ren Wang 使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法及系統
TW201941167A (zh) * 2018-03-26 2019-10-16 均利科技股份有限公司 多向多距離閘微波入侵偵測裝置及方法
TW201943214A (zh) * 2018-03-31 2019-11-01 關鍵禾芯科技股份有限公司 收發晶片封裝結構及車用雷達偵測裝置

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