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雷达系统及其制作方法

阅读：746发布：2022-12-12

专利汇可以提供雷达系统及其制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且所描述的一种雷达系统（100）包括发送构件（10），接收构件（20），控制单元（30）以及信号处理单元（40）。所述发送构件（10）接收输入信号（31）并发送入射雷达信号（2）。所述发送构件（10）包括具有透镜空穴（74）的罗特曼透镜（12），多个光束孔（60），多个阵列孔（62）以及贴片天线构件（14）。所述透镜空穴（74）具有10微米到120微米之间透镜间隙（h），并且优选为40微米到60微米。所述贴片天线构件（14）包括多个天线阵列（130）能够用于从罗特曼透镜（12）处接收多个延时、同相信号并能够将入射雷达信号（2）朝向目标（4）发送。所述接受构件（20）接收反射的雷达信号（6）并产生输出信号。所述信号处理单元（40）将输入信号（31）与输出信号进行比对并执行算法来判断目标（4）的范围、速度以及方位。，下面是雷达系统及其制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种雷达系统，包括：
用于接收输入信号并发送入射雷达信号发送构件，所述发送构件包括：
罗特曼透镜，所述罗特曼透镜包括：
由底部、顶部以及侧壁限定而成的透镜空穴，其中所述底部被所述顶部隔开一个10微米到120微米的透镜间隙，
多个波束孔，与所述透镜空穴连通并且朝向第一末端间隔排列，其中每个波束孔用于让频率在选定波长(λ)的电磁波传送进入所述透镜空穴，以及
多个阵列孔，与所述透镜空穴连通并且朝向所述透镜空穴上的与第一末端相对的第二末端间隔排列，其中所述多个阵列孔的间隔用于产生一个从每个所述波束孔到全部所述阵列孔的电磁波的相移，并且其中所述多个阵列孔根据从多个波束孔中的一个波束孔进入所述透镜空穴的所述电磁波来输出多个延时、同相信号；以及
贴片天线构件，包括多个天线阵列，
其中每个天线阵列与所述阵列孔中的一个连通，并且其中多个天线阵列用于从所述罗特曼透镜接收多个延时、同相信号并用于以选定方向朝向目标发射入射雷达信号；
用于接收来自目标的反射雷达信号及产生输出信号的接收构件；
用于操控雷达系统的控制单元；以及
用于比对发到所述发送构件的所述输入信号以及所述接收构件产生的所述输出信号的信号处理单元。
2.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜间隙优选地为40微米到60微米。
3.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述雷达系统包含在器件封装中，所述器件封装的封装宽度小于11毫米，封装长度小于14.5毫米并且封装高度小于1毫米。
4.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜间隙充满空气。
5.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜空穴的所述透镜间隙选定在小于所述电磁波的选定波长的一半(λ/2)。
6.如权利要求4所述的雷达系统，其特征在于，所述电磁波的所述频率介于15GHz和
100GHz之间。
7.如权利要求6所述的雷达系统，其特征在于，所述电磁波的所述频率优选地介于
70GHz和80GHz之间。
8.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜空穴涂覆有具有反射表面的导电材料。
9.如权利要求8所述的雷达系统，其特征在于，所述导电材料选自包括：金、铂、银、铜以及铬的材料组。
10.如权利要求8所述的雷达系统，其特征在于，使用一种工艺将所述导电材料熔敷到所述透镜空穴上，所述工艺选自真空镀膜、喷溅镀膜和电镀。
11.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜空穴具有一个中心轴，所述中心轴位于所述透镜空穴的两个末端之间，并且
其中多个波束孔以及多个阵列孔以所述中心轴对称。
12.如权利要求11所述的雷达系统，其特征在于，所述罗特曼透镜具有3个波束孔以及
5个阵列孔。
13.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述信号处理单元将所述输入信号与所述输出信号进行比对从而判定所述输入信号以及所述输出信号之间的畸变。
14.如权利要求13所述的雷达系统，其特征在于，所述的多个延时、同相信号是电磁信号并且所述贴片天线构件用于接收电信号，
所述系统进一步包括多个微波互连器件，
其中，所述的多个延时、同相信号被所述的多个微波互连器件转换成所述电信号。
15.如权利要求1所述的雷达系统，进一步包括：
用于产生所述输入信号的信号发生器，其特征在于，所述输入信号包括线性调频连续波(LFMCW)信号，并且所述信号发生器将所述输入信号通讯到所述发送构件。
16.如权利要求15所述的雷达系统，其特征在于，所述LFMCW信号包括重复模式的带宽啁啾，所述带宽啁啾具有多对不等效的上啁啾及下啁啾，
其中，所述雷达系统有多个雷达探测距离模式，每对具体所述上啁啾和下啁啾与具体雷达探测距离模式相关联，
当雷达系统在所述具体雷达探测距离模式工作的时候，每对具体所述上啁啾和下啁啾由所述发送构件进行发送。
17.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述发送构件包括：
第二罗特曼透镜，以及
所述第二贴片天线构件，包括第二多个天线阵列，
其中，所述第二贴片天线构件用于接收所述反射雷达信号作为第二多个延时、同相信号并将所述第二多个延时、同相信号传送到所述第二罗特曼透镜，以及所述第二罗特曼透镜用于接收所述的第二多个延时、同相信号并将所述输出信号传送到所述信号处理单元，所述输出信号是基于所述第二罗特曼透镜所收到的所述第二多个延时、同相信号的第二电磁波。
18.如权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，每个所述多个天线阵列包括串联的多个微带贴片，其中每个微带贴片包括被衬底从接地面隔离开的导电条，以及所述入射雷达信号的选定方向，跟每个所述多个天线阵列中的微带贴片以及接收电磁波的波束孔的个数组合是对应的。
19.如权利要求18所述的雷达系统，其特征在于，所述控制单元包括开关器件，所述开关器件可操作地用于选择哪个波束孔来接收所述输入信号，
所述输入信号被微波互连器件转换成电磁波。
20.如权利要求19所述的雷达系统，其特征在于，所述控制单元用于使所述输入信号循环通过所述的多个波束孔中，每个所述的多个天线阵列的串联的所述多个微带贴片的个数是固定的。
21.如权利要求19所述的雷达系统，其特征在于，每个所述的多个天线阵列被分割成至少两个微带段，每个微带段包括多个串联的微带贴片中的至少一个微带贴片，所述发送构件进一步包括：
射频开关阵列，包括多个射频开关，每个射频开关耦合于两个微带段之间，其中，当能够使用的时候，每个射频开关用于连接所述的两个微带段，并且当被去使能的时候，每个射频开关用于断开所述的两个微带段以减少每个所述的多个天线阵列中可运行的微带贴片的个数。
22.如权利要求21所述的雷达系统，其特征在于，所述的雷达系统用于在至少两个距离范围上探测目标，
当第一射频开关阵列中的每个射频开关都不能使用的时候，所述的雷达系统用于在第一距离范围上探测目标，
当第一射频开关阵列中的每个射频开关都能够使用的时候，所述的雷达系统用于在比第一距离范围更远的第二距离范围上探测目标。
23.如权利要求22所述的雷达系统，其特征在于，所述控制单元用于将所述输入信号循环通过所述多个波束孔以及所述至少两个距离范围的不同组合。
24.一种雷达系统，包括：
用于接收输入信号并发送入射雷达信号发送构件，所述发送构件包括：
罗特曼透镜，所述罗特曼透镜包括：
由底部、顶部以及侧壁限定而成的透镜空穴，其中所述底部被所述顶部隔开一个10微米到120微米的透镜间隙，
多个波束孔，与所述透镜空穴连通并且朝向第一末端间隔排列，其中每个波束孔用于让频率在选定波长(λ)的电磁波传送进入所述透镜空穴，以及
多个阵列孔，与所述透镜空穴连通并且朝向所述透镜空穴上的与第一末端相对的第二末端间隔排列，其中所述多个阵列孔的间隔用于产生一个从每个所述波束孔到全部所述阵列孔的电磁波的相移，并且其中所述多个阵列孔根据从多个波束孔中的一个波束孔进入所述透镜空穴的所述电磁波来输出多个延时、同相信号；以及
贴片天线构件，包括多个天线阵列，其中所述天线阵列与所述阵列孔中的一个连通，并且其中多个天线阵列用于从所述罗特曼透镜接收多个延时、同相信号并用于以选定方向朝向目标发射入射雷达信号。
25.如权利要求24所述的雷达系统，进一步包括：
用于接收来自目标的反射雷达信号及产生输出信号的接收构件；以及
用于比对所述输入信号以及所述输出信号的信号处理构件。
26.如权利要求24所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜空穴的所述透镜间隙选定在小于所述电磁波的选定波长的一半(λ/2)。
27.如权利要求24所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜间隙充满空气。
28.如权利要求24所述的雷达系统，其特征在于，所述电磁波的所述频率选定在介于
70GHz和80GHz之间。
29.如权利要求24所述的雷达系统，其特征在于，所述透镜空穴涂覆有导电材料，所述导电材料选自包括：金、铂、银、铜以及铬的材料组。
30.如权利要求24所述的雷达系统，其特征在于，所述罗特曼透镜具有至少3个波束孔以及至少5个阵列孔。
31.如权利要求24所述的雷达系统，进一步包括：
用于产生所述输入信号的信号发生器，其特征在于，所述输入信号包括线性调频连续波(LFMCW)信号，并且所述信号发生器将所述输入信号通讯到所述发送构件，所述LFMCW信号包括重复模式的带宽啁啾，所述带宽啁啾具有多对不等效的上啁啾及下啁啾，
其中，所述雷达系统有多个雷达探测距离模式，
其中，每对具体所述上啁啾和下啁啾与具体雷达探测距离模式相关联，以及其中，当雷达系统在所述具体雷达探测距离模式工作的时候，每对具体所述上啁啾和下啁啾由所述发送构件进行发送。

说明书全文

雷达系统及其制作方法

[0001] 关联申请

[0002] 本申请根据美国专利法第119条第e款主张申请号为No. 61/282595，2010年3月5日提交的临时专利之利益。

技术领域

[0003] 本发明涉及微电机系统（MEMS），用于测量方位、速度以及目标范围的雷达系统及其制作方法。如优选实施例所描述的那样，本发明尤其涉及一种雷达系统，包括：多模式能力以及被动波束成形、雷达信号以及发送和接收雷达信号中的电磁信号到电信号、电信号到电磁信号处理的电路集成。

[0004] 发明背景

[0005] 众所周知现有技术中雷达系统可以使用电磁波探测物体和目标。传统上，无线电波或脉冲由雷达反射镜或天线发送，并从它们的路径上的物体上反射。被反射的波然后返回到接收器并与发送的原始波比较。使用已知的方法，目标反射到接收器的信号被用于指示该目标相对于发送器和接收器的位置和/或速度。

[0006] 一般的雷达系统使用不同的方法向目标方向操纵发送的信号（即雷达信号）。某些现有技术制造的雷达系统使用的是机械转动天线或者具有操纵雷达信号的机械构件。其它现有技术设计的雷达系统使用电子控制的相控阵，它由一组天线构成，它朝向需要的传送方向对天线发送的信号进行阵列有效辐射模式的增强，以这样的方式来相加相位。使用相阵控的雷达系统可以从固定的位置快速准确地控制雷达信号的角方向。相阵控系统还得益于所有单一天线的较低的传送功率要求，这就容许特定额定功率下的天线可以有更强的雷达信号。

[0007] 本领域公知有不同类型的移相器可以在相阵控雷达系统中把来自不同天线的信号相加。现在已经存在对基于微电机系统（MEMS）的射频开关而进行的研究以用于雷达系统，由于基于MEMS的移相器能在较小的封装中提供较低的插入损耗，较高的隔离性以及较快的反应时间。但是，用于构成使用MEMS式射频开关的一个相阵控，其必需的电路系统可能很复杂，并且这样的阵列的功率要求可能很高。

[0008] 罗特曼透镜是用于波束成形以及引导雷达信号的被动器件。罗特曼透镜的设计由华尔特•罗特曼在美国专利3, 170, 158（罗特曼专利）中首次进行披露并且随后进一步在美国专利4,381 ,509中进行了披露，本发明对二者整体进行了引用。罗特曼透镜利用透镜的空穴的几何形状调整多个输入波束的相位以提供实时的波束成形和波束控制而无需射频（RF）开关式移相器。此外，由于罗特曼透镜利用透镜空穴的物理特性形成雷达信号而无需任何形式的微电子信号处理，波束成形所需的控制电路系统极大缩减。

[0009] 以现有技术在机动车上的应用为例，豪华车制造商，比如奔驰、宝马、雷克萨斯、捷豹、沃尔沃以及福特采用的是博世、Continental、英飞凌、SmartMicro、M/A-Com，日立以及富士通这些制造商开发的雷达系统。当前的雷达系统依赖两种不同的雷达技术。采用脉冲雷达的制造商，比如有奔驰，而采用调频连续波(FWCW)雷达系统的制造商，比如有捷豹以及宝马。这些现有技术中的系统会要求外部引擎带动机械转动来扫描目标视场区域。此外，某些现有技术中的系统结合了其它独立系统，比如单一的天线阵列。这些现有技术中的系统会遭受腐蚀问题，还有分辨率不足的问题以及高速行驶时测距的问题，并且许多现有技术中的系统的可靠性在恶劣行驶条件下会受损。由此可见，改进的结合了一体化解决方案提供高性能的雷达系统是很有必要的。

[0010] 最后，现有技术中的要求机械扫描能力的系统受制于磨损、裂损以及热漂移的问题。将整合了机械扫描的脉冲或者FMCW雷达系统包含在中端或低端车辆中就太过于昂贵了。

[0011] 因此，本发明人意识到低成本的防撞以及碰撞预警系统会极大地改善公路行驶状况，只要更多的制造商和车辆用得起这样的系统。其它实施例可以用在更多的车辆类型和其它应用中，包括但不限于：机器人、船舶、飞机、玩具以及安全系统。

发明内容

[0012] 因此，本发明目的之一是要克服现有技术至少一部分缺陷，依靠的是提供一种改进的器件封装小、运行速度快、使用MEMS技术的雷达系统来提供精确可靠的雷达信号收发。

[0013] 本发明的一方面在雷达系统中结合罗特曼透镜。该罗特曼透镜通过利用透镜空穴的物理形状可用于生成波束成形所必需的多个延时、同相信号，降低了移相器对电气开关或微电子式切换的处理要求。

[0014] 最理想的是射频频率的电气开关（射频开关）可以用于选择罗特曼透镜的波束孔。射频开关以及罗特曼透镜的结合降低了信号处理量，使得系统复杂度更低、等待时间更低并且周期更快。在最理想的工作模式下，优选实施例的周期可能减少到低于50毫秒，甚至有可能接近12毫秒。此外，包含了罗特曼透镜并使用MEMS技术制造的雷达系统可以使得器件封装大大减小。

[0015] 本发明的雷达系统优选利用的是横电波（TE）模式、充气式罗特曼透镜。更优的是所述罗特曼透镜是被选来在TE10模式下工作的并且是使用MEMS技术制造的。这种新颖的实施方式与现有技术中的系统的TEM模式微波传输带或波导式罗特曼透镜截然不同。借助MEMS技术使用衬底制造罗特曼透镜，比如使用硅衬底，可以使制造的罗特曼透镜的透镜厚度缩减到50微米。现在已经有一种简单的硅系罗特曼透镜的制作技术。这个雷达系统整体表现出较低的粉红噪声（1/f噪声信号）、占用面积更小、来自其它使用者和脉冲雷达信号的干扰更低、反射强度更高，并且雷达截面更大（RCS）。而且，使用MEMS技术制作罗特曼透镜使得整个雷达系统可以被包含在较小的器件封装中。

[0016] 在一个最佳的设计构造中，本发明存在于雷达系统之中。该雷达系统包括发送构件、接收构件、控制单元以及信号处理单元。该发送构件接收输入信号并且发送入射雷达信号。该发送构件包括罗特曼透镜，该罗特曼透镜具有透镜空穴、多个波束孔、多个阵列孔以及贴片天线结构。透镜空穴由底部、顶部以及侧壁构成，其中该底部被该顶部分隔形成一个10微米到120微米的透镜间隙，优选为40微米到60微米。多个波束孔与透镜空穴相通并且朝向第一末端间隔排列，其中每个波束孔用来让频率在选定波长(λ)的电磁波传播到透镜空穴内。该多个阵列孔与透镜空穴相通并且朝向第二末端间隔排列，透镜空穴的第二末端与第一末端相对，其中间隔排列的多个阵列孔用于影响电磁波从每个波束孔到所有阵列孔的相移。而且，多个阵列孔基于通过多个波束孔之一进入透镜空穴的电磁波输出多个延时的、同相位信号。该贴片天线结构包括多个天线阵列，其中每个天线阵列与阵列孔之一相通，并且其中的多个天线阵列可以用于接收来自罗特曼透镜多个延时的、同相位的信号并且将该入射信号朝着选定的目标的方向发送出去。该接收构件用于接收来自目标的反射雷达信号并用于产生输出信号。该控制单元用于运作雷达系统。该信号处理单元用于将发到发送构件的输入信号以及接收构件产生的输出信号进行对比然后执行算法来判断目标的范围、速度以及方位。

[0017] 在另一方面，本发明存在于制作罗特曼透镜的方法中。所述方法包括的步骤有：提供第一衬底用于形成罗特曼透镜的底部；使用光刻法在第一衬底上形成一个氧化物掩蔽层；使用深度反应离子蚀刻法（DRIE）在第一衬底上蚀刻形成所述底部；提供第二衬底用于形成所述罗特曼透镜的顶部，以及最后使用热压接以及导电环氧树脂将所述的罗特曼透镜的所述顶部以及底部结合起来制成所述罗特曼透镜。

[0018] 本领域技术人员通过接下来的本发明的实施例的详细说明可以对本发明更详细的特征以及其它特征更了解。附图说明

[0019] 现在可以参考下方与附图相结合的详细说明：

[0020] 图1示出了本发明一个实施例中的雷达系统的示意图；

[0021] 图2A示出了本发明一个实施例中的生成以及发送雷达信号的功能框图；

[0022] 图2B示出了本发明一个实施例中的接收以及处理雷达信号的功能框图；

[0023] 图3A示出了罗特曼透镜以及贴片天线结构的功能框图；

[0024] 图3B示出了本发明一个实施例中的图3A所示的罗特曼透镜沿切割线A-A的剖视图；

[0025] 图4示出了本发明一个实施例中的使用MEMS技术制作的罗特曼透镜的水平切面的放大图像；

[0026] 图5示出了本发明一个实施例中的通过罗特曼透镜的电磁波波形的模拟图形；

[0027] 图6示出了本发明一个实施例中的制作罗特曼透镜的方法的流程图；

[0028] 图7A示出了罗特曼透镜制作方法的对罗特曼透镜的底部喷溅镀膜的步骤；

[0029] 图7B示出了罗特曼透镜制作方法的对罗特曼透镜的顶部溅射镀膜的步骤；

[0030] 图7C示出了罗特曼透镜制作方法的将罗特曼透镜的顶部和底部热压接的步骤；

[0031] 图8示出了使用MEMS技术实现的单投单刀开关的功能原理图；

[0032] 图9示出了本发明一个实施例中使用MEMS技术实现的单刀三投开关（SP3T）；

[0033] 图10A示出了本发明一个实施例中包括微带贴片线性阵列的在单一模式下工作的贴片天线结构；

[0034] 图10B示出了图10A中所示的线性阵列的嵌入的一个微带贴片构成部件；

[0035] 图11示出了本发明一个实施例中包含一个RF开关阵列的一个能在多模式下工作的贴片天线结构；

[0036] 图12示出了本发明一个实施例中雷达系统在高速公路上的多模式工作的能力；

[0037] 图13A到图13C示出了本发明一个实施例中的雷达系统在近程、中程以及远程模式的多种模式下的工作情况；

[0038] 图14A示出了本发明一个实施例中在多模式下工作的使用带宽啁啾（Bandwidth Chirping）的雷达系统的输入信号的频率图形；

[0039] 图14B示出了在多模式下工作的使用带宽啁啾的雷达系统输入信号的另一频率图形；

[0040] 图15A示出了发明另一实施例中使用调制啁啾带宽信号的雷达系统的输入信号频率图形；

[0041] 图15B示出了多模式工作的雷达系统中用来处理反射的雷达信号的倍频器电路原理；

[0042] 图16A为本发明一个实施例中一个分层封装中的雷达系统的等距视图；

[0043] 图16B为图16A所示的一个分层封装中的雷达系统的显示了主要部件布置的另一角度的等距视图；

[0044] 图17A示出了本发明一个方法中使用注塑成型工艺制作罗特曼透镜的一部分的方法；

[0045] 图17B示出了本发明一个方法中使用注塑成型工艺制作罗特曼透镜的一部分的方法；

[0046] 图18为本发明另一实施例中具有发送和接收构件的雷达系统的原理图例；以及[0047] 图19为本发明另一更优实施例中具有单一发送/接收构件的雷达系统的原理示范图。

具体实施方式

[0048] 请参见图1，图中示出了本发明一个实施例中的雷达系统100的图解。该雷达系统100所选择的整体尺寸，使其可以安装在主车辆8（图12）的保险杠的之内或之上。该雷达系统100包括发送构件10，接收构件20，控制单元30，以及信号处理单元40。如下文将要讲到的那样，该发送构件10可以用于向目标车辆4发送入射雷达信号2。该接收构件20可以用来从目标车辆4那里接收反射的雷达信号6，并且该信号随后由信号处理单元40进行处理以提取与目标车辆4相关的位置、速度和/或方向并且随后作为输出5提供给用户。该反射雷达信号6在传递到信号处理单元40之前可以先经过模拟滤波。例如，可以使用一个模拟滤波构件50来利用混频器将反射雷达信号6和入射雷达信号2进行混合。而且，所述滤波构件50可以包括一个或多个滤波器，比如低通滤波器（LPF）54。

[0049] 通过将反射雷达信号6与入射雷达信号2进行比较，该信号处理单元40可以用来判断目标车辆4的如下参数：目标位置、目标速度、目标距离。这些信息可以提供给主车辆的导航系统（未示出）、仪表板和/或其它显示类型等等，从而输出声音信号或以可视显示42的形式对驾驶员进行提示。在另一实施例中，输出信息可以直接提供给自主车的控制系统或半自主导航和/或控制系统，比如，举例来讲，通过控制器局域网总线44（CAN总线）。
该信号处理单元40内含数字信号处理。数模转换器（DAC）电路用来给收发器产生调谐电压从而收发器产生啁啾信号。低通滤波器用来过滤并放大选定范围内的中频（IF）信号，它随后被模数转换器（ADC）46转换成数字信号。

[0050] 如下文将要讲到的，该发送构件10包括用于波束成形的发送罗特曼透镜12T以及用于发送入射雷达信号2的发送贴片天线构件14T。如前所述，发送罗特曼透镜用于调整输入信号的相位并且提供实时波束成形及波束控制。

[0051] 所述接收构件20优选按照与发送构件10相似的方式进行配置，并且包括一个接收罗特曼透镜12R以及一个接收贴片天线构件14R。该罗特曼透镜12T、12R以及该贴片天线构件14T、14R可以具有实质相同的构造并且如果参数不相同的话，可以在类似参数下运行。现在再回顾雷达系统100中的罗特曼透镜12，图3A示出了罗特曼透镜12如前所述作为发送构件10或接收构件20的一部分时的基本功能。应当理解的是所述发送构件10或所述接收构件20的一部分被省略掉了，为的是不致混淆该罗特曼透镜12与发送构件14的联合的工作。图3B示出了罗特曼透镜12沿着图3A中的A-A切线切割取得的剖视图300。每个罗特曼透镜的总体构造在图3A、3B、4以及5中有最佳展示，而每个贴片天线的构造14T、14R在图10A、10B以及11中有最佳展示并且分别通称为罗特曼透镜12以及贴片天线构件
14。

[0052] 参见一下图3A，该罗特曼透镜12包括朝向其第一末端间隔排列的3个波束孔60（所示α，β，γ），以及朝向其第二末端间隔排列的5个阵列孔62。数个微波互连器件86分别与每个波束孔60以及阵列孔62关联，可以用于将电信号转换为电磁波并且反之亦可。如图3B所最佳展示的那样，该罗特曼透镜12包括透镜气穴74，它是由大体平行分隔的上下壁面76、78以及一个外围延伸的侧壁80限定。所述上壁和下壁76、78彼此被一个透镜间隙h隔开，该透镜间隙优选小于要传送通过该透镜12的电磁波的波长的一半（λ/2）。如图
4以及5的最佳展示的那样，该波束孔60以及阵列孔62大体朝向所述气穴74的相反的不同边延伸。最优选地，各个系列的所述波束孔60以及阵列孔62具有各自的几何形状以及长度，它们实质是相同的。罗特曼透镜12具有多个与透镜空穴74相通的波束孔60以及同样与透镜空穴74相通的多个阵列孔62。该波束孔60朝向透镜空穴74的第一末端，并且在波束孔60的对面该阵列孔朝向透镜空穴的第二末端。尽管罗特曼透镜12里可以设计任意个数的波束孔60以及任意个数的阵列孔62，但是波束孔60与阵列孔62的常见组合在本领域是公知的。例如，图3A示出的罗特曼透镜具有3个标为α, β, γ的波束孔60以及5个标为I, II, III, IV和V的阵列孔。

[0053] 当作为发送构件10的一部分的时候，罗特曼透镜12T上的波束孔60接收输入信号31并且阵列孔62输出相应的信号到发送贴片天线构件14T。从功能上讲，所述输入信号31在它的输入波束孔60处被转换成电磁波，所述波束孔60（α, β, γ）用于让所述电磁波传播通过发送罗特曼透镜12T的空穴74。就此而言，这一连串相关的微波互连器件86位于每个波束孔60之内并且可以用来将输入电信号31转换成电磁信号以传送通过透镜12T。发送罗特曼透镜12T的阵列孔62的信号输出依据的是入射的电磁波，该电磁波是到达其中一个波束孔60以后传来的，并且该电磁波会传送到所有阵列孔62。在每个阵列孔
62收到的所述电磁信号被另一微波互连构件86转换成电信号并且一起被阵列孔62作为延时、同相的电信号输出。该发送贴片天线构件14T用于通过半固定同轴电缆从所述罗特曼透镜12T的阵列孔62处接收所述延时、同相电信号，并且在所述发送贴片天线构件14T处将该电信号转换回电磁信号。所述电磁信号然后朝向选定方向66作为入射雷达信号发送出去，所述的选定方向66与所述罗特曼透镜的几何形状和所述贴片天线构件14T的构造构成的组合有关。

[0054] 应当理解的是，由信号发生器32产生的输入信号31可以作为电信号而被信号发生器32输出。由此，所述输入信号31必须通过合适的微波互连器件86在电信号以及电磁信号之间进行转变。优选地，所述微波互连器件86是Corning Gilbert公司的G3PO™互联系列，并且它是纳米级微型、推进式、高性能的、应行业内对更高的包装密度，更低的重量，以及更高频率的性能的需要而出现的微波互连器件。由此，该微波互连器件86可以安装在所述发送罗特曼透镜12T的每个波束孔60，从而将所述输入信号31转换成电磁波，并且还可以安装在所述发送罗特曼透镜12T的每个阵列孔，从而将每个电子波转换成多个延时、同相信号。

[0055] 如此后所述，该罗特曼透镜12R作为接收构件20一部分的工作方式与作为发送构件10的罗特曼透镜12T一部分的工作方式相同但是顺序相反。

[0056] 本申请人意识到了，对于本发明，所述罗特曼透镜12不需要复杂并昂贵的RF开关式移相器来产生所述延时、同相信号。因而，所述发送构件10以及接收构件20中的罗特曼透镜12是被动器件，由于不需要控制电路，所以复杂度可以更低且效率可以更高。而且，所述罗特曼透镜12不需要任何功率来工作并且可以使用已知波导技术，针对低插入损耗进行设计。

[0057] 回到图1，应当理解的是所述接收构件20可以采用多种不同形式。例如，在一个实施例中，所述接收构件20可以包括主动器件（未示出）来提供比被动器件（比如包括接收罗特曼透镜12R的接收构件20）更高的分辨率。在另一实施例中，所述发送构件10既可以用来发送入射雷达信号2到目标车辆也可以接收反射雷达信号6，使用的是同一组件。在这样的配置中，所述雷达系统100如前所述可以包括一个简单的发送器/接收器构件并且可以内含多路复用或环行器组件以及专用的滤波器来减少与所述发送构件10以及接收构件20相关的组件。图19示出了使用单一发送器/接收器的构件的示范实施例，下面会进行说明。

[0058] 在雷达系统100中，有一个控制单元30用于控制所述雷达系统100的整体运行。所述控制单元30具有专用处理器或另外通过微控制器、特定用途集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、计算机等等，来实施。优选地，所述控制单元以及所述信号处理单元40可以通过相同器件实施，比如ASIC或FPGA。而且，在所述控制单元30的一些资源可以被用来控制雷达系统100的同时，其它资源可以用来解析所述反射雷达信号6。

[0059] 所述控制单元30优选具有用于操作雷达系统100的多个控制信号。比如，所述控制单元30用来激活所述信号发生器32，该发生器转而产生要发送到发送构件10的所述输入信号31。所述控制单元30可以包括锁相环路模块34以确保所述信号发生器32的正确运转。例如，所述控制单元30可以用来通过锁相环路模块34向所述信号发生器32发送参考信号33。所述控制单元30还可以产生要发送到所述雷达贴片天线构件100的不同组件的控制信号。优选地，所述控制单元30可以用来向分别与所述发送构件10及/或接收构件20相关联的开关器件36T、36R发送控制信号。开关器件36T可以用来将所述信号发生器32以电子方式连接到发送构件10的罗特曼透镜12T。开关器件36R可以用于通过模拟滤波构件50以及模数转换器46将接收构件20的罗特曼透镜12R以电子方式连接到所述信号处理单元40。所述开关器件36T，36R最好具有相同的构造，此后统称它们为开关器件36并且是单刀三投（SP3T）开关900，稍后将参考图9进行说明。

[0060] 从系统层面来看，所述雷达系统100的运行可以分为：生成/发送入射雷达信号2；然后，接收/处理一个或多个目标车辆的反射雷达信号6，比如图12图解的那样。

[0061] 图2A为本发明一个实施例中产生所述入射雷达信号2的生成及发送系统200的功能框图。该输入信号31首先由信号发生器32生成。尽管可能有很多种频率，但是优选地，该信号发生器32可以选择能达到较高频率的电信号31，比如介于20GHz和100GHz之间，介于70GHz和85GHz之间更好。当用在车辆雷达应用中的时候，所述雷达系统100最好在77 GHz ± 1 GHz工作，然而，应当理解的是对于不同应用可能有其它频率。

[0062] 输入信号31随后被送到所述开关器件36T，它由所述控制单元30进行调控并且选择多个波束孔60中的哪一个来接收输入信号31。当作为所述发送构件10（即图3A中的从左到右）的一部分而工作的时候，所述发送罗特曼透镜12T的波束孔60中只有一个用于让电磁波在给定时间通过透镜空穴74。然而，对于传送通过了所述透镜空穴74的电磁波，每个阵列孔62都会基于每个波束孔α，β，γ到每个阵列孔I，II，III，IV，V的路径长度来输出延时、同相信号。例如，在具体波束孔收到了输入信号31，所述电信号会被所述微波互连器件86转换为电磁波而传送通过透镜空穴74，依据的是所述透镜空穴74的几何形状。然后，所述电磁波会在不同时间点到达每个阵列孔62，但是仍然同相。之后，所述多个延时、同相信号会被阵列孔62处的其它微波互连器件86转换回电信号并且被发送贴片天线构件14T接收，然后作为入射雷达信号2进行发送。每个波束孔α, β, γ都与选定方向66（即具有唯一的发送角66α，66β，66γ）的一个入射雷达信号2相关联。

[0063] 所述多个延时、同相信号随后由发送罗特曼透镜12T进行输出。优选地，所述延时、同相信号在被发送贴片天线构件14T作为入射雷达信号2进行发送之前，先要由发送单片式微波集成电路放大器（MMIC放大器）进行缓冲和/或放大。

[0064] 发送MMIC放大器16T仅可使用电信号。由此可见，只要用到了发送MMIC放大器16T对来自发送罗特曼透镜12T的阵列孔62的延时、同相信号进行缓冲和/或放大，在罗特曼透镜12T以及发送贴片天线构件14T之间就可能安装有其它的微波互连器件86。

[0065] 本发明人意识到了，在作为入射雷达信号2进行发送之前将所述信号在电信号和电磁信号之间来回转换是有利于减少雷达系统100的尺寸的。由此可见，所述微波互连器件86用于产生电信号到电磁信号或电磁信号到电信号之间的转换。然后用于转换电信号的放大器以及开关就可以使用MEMS技术以及电介质条状线/微波传输带技术进行设计。而且，本发明人还意识到了，在电气构件中内含一个电磁信号被动工作器件（即罗特曼透镜
12T）可以极大地降低雷达构件100的信号处理要求并且还降低成本。而且，同时内含电磁以及电气组件的混合系统相对于严格依靠电气或严格依靠电磁组件的系统会改善所述雷达系统100的运行速度。

[0066] 图2B为用于接收反射雷达信号6的接收及处理系统250的功能框图。所述接收/处理系统250的设计可以反映出所述生成/发送系统200，如图2A所示，除了所述接收到的反射雷达信号6的传播是反向进行的。具体而言，所述接收/处理系统250同时包括接收罗特曼透镜12R以及接收贴片天线构件14R。在所述接收/处理系统250中的接收贴片天线构件14R可用于接收反射雷达信号6，而非发送所述入射雷达信号2。所述的接收罗特曼透镜12R接收多个延时、同相信号并输出电磁波的运行工作与发送构件10以及生成/发送系统200中的罗特曼透镜12T的运行工作相反。

[0067] 优选地，如图2B所示，反射雷达信号6被所述接收/处理系统250的接收贴片天线构件14R接收并连接到电信号。所述反射电信号由接收MMIC放大器16R进行放大。所述放大的信号随后可以由合适的电气滤波器18进行滤波并作为多个延时、同相信号输送给接收罗特曼透镜12R的各个阵列孔62。置于接收罗特曼透镜12R的各个阵列孔62的所述微波互连器件86将所述MMIC放大器16R输出的电信号转换为电磁波来传送通过透镜12R的空穴74达到波束孔60。在离开所述接收罗特曼透镜12R的波束孔60的时候，所述单一电磁波被位于每个波束孔60的其它微波互连器件86转换回电信号。所述输出电信号接下来被模数转换器（ADC）转换成数字信号。所述数字信号然后可以被输送到所述信号处理单元40。可选地，所述电磁波在进行转换之前可以先经过滤波（比如由所述的滤波构件50进行）。而且，所述电信号在被ADC 46采样之前可以偏移到一个中间频率（IF）从而可以使用更简单的模数转换器46（例如采样率更低）。

[0068] 在信号处理单元40中，所述信号可以由FFT模块48从时间域信号转换为频率域信号，随后它可以被输送到接口单元52并继续输送到数字信号处理单元（DSP）54以及集成主动车辆安全系统（IAVSS）56。从雷达系统100得到的信息可以显示给雷达系统100操作员和/或通信传送给高级控制系统（未示出）满足进一步处理和决策的目的。

[0069] 在雷达系统100的运行过程中，入射雷达信号2的波前线64（图3A）作为每个波束孔α，β，γ各自接收的输入信号，可以视为入射雷达信号2波前64α，64β，64γ。所述波前64α，64β，64γ显示了所述贴片天线构件14发送的延时、同相信号的整齐排列。每个波前64α，64β，64γ都与入射雷达信号2的传播方向正交，或者与或者选定方向66正交，此时每个选定方向64α，64β，64γ由所述罗特曼透镜12的配置决定，包括波束孔60以及阵列孔62的个数及布置，以及所述贴片天线构件14的设计。由此可见，具体波束孔α，β，γ收到的电磁波会导至选定方向66的入射雷达信号2，如图3A所示与它相应的波前64α，64β，
64γ正交。

[0070] 一般而言，所述多个波束孔60以及所述多个阵列孔62的布置应当以罗特曼透镜12的一个中轴为轴对称，以方便波束成形以及配置。例如，所述的具体波束孔α，β，γ 以及具体阵列孔I，II，III，IV，V应当对称布置使得具体波束孔β的选定方向66为0°或与贴片天线构件14正交。而且，具体波束孔α以及γ的选定方向66可以分别配置为Θ 以及-Θ。

[0071] 当作为接收构件20的一部分运行的时候（图3A中从右到左），所述接收罗特曼透镜12R在接收贴片天线构件14R处收到反射雷达信号6。所述接收贴片天线构件14R可以用来在不同的物理位置接收所述反射雷达信号，从而得到多个延时、同相信号。然后这些信号被输送到所述罗特曼透镜12R的阵列孔62，在这里他们被位于各个阵列孔62的微波互连器件86转换为电磁信号。由于收到的延时、同相信号可能会衰减，一个放大器阵列16R（如图2B所示的接收/处理系统250中的那样）被包括进来增进反射雷达信号6的信号强度。

[0072] 所述具体阵列孔62 I，II，III，IV，V可以用来从接收贴片天线构件14R处顺序接收延时、同相的信号。然后这些信号作为同相电磁波通过罗特曼透镜12的透镜空穴74传送会波束孔60。然后所述波束孔60可以从透镜空穴74处接收多个延时、同相信号并且在一个波束孔60处将这些信号结合成单束电磁波。应当理解的是由于所述罗特曼透镜12是被动器件，很可能对于任何反射雷达信号6在所有的波束孔60都有可测量的输出。但是，对于在选定方向66收到的反射雷达信号6，所述电磁波首先会在与所述罗特曼透镜12T的所述发送波束孔相对应的波束孔60处被收到。在具体波束孔60 α，β，γ的单束电磁波随后被所述微波互连器件86转换为电信号并输出到雷达系统100。

[0073] 当作为接收构件20一部分的时候，所述罗特曼透镜12R用于被动地将多个延时同相信号结合成一个单束电磁波。基于所述罗特曼透镜12R的几何形状（即每个阵列孔62 I，II，III，IV，V到每个具体波束孔60 α，β，γ的路径长度）以及所述贴片天线构件14的设计，具体波束孔α，β，γ输出的可用电磁波是与发送构件10一样的选定方向66收到的电磁波。例如，在贴片天线构件14选定方向66β收到的反射雷达信号6，该选定方向与波前64β（即与所述贴片天线构件14一致）正交，这样的反射雷达信号在到达波束孔60β时会是单束电磁波。当所述输入信号被所述发送构件10传送通过具体波束孔60β时，所述选定方向66β就是入射雷达信号2的方向。同样地，在贴片天线构件14处收到的选定方向66γ的反射雷达信号6在首次被发送构件14的相应波束孔γ传送到达波束孔γ的时候会是单数电磁波。由此可见，接收构件20的每个波束孔60 α，β，γ都与选定方向66（即来自独特的扫描角度66α，66β，66γ）的反射雷达信号6的接收相关联，这转而又与最初传送通过接收构件10中的相应波束孔60α, β, γ的入射雷达信号2相对应。

[0074] 在优选的运行方式中，通过所述发送罗特曼透镜12T以及接收罗特曼透镜12R进行的入射雷达信号2的发送以及反射雷达信号6的接收如下所示：

[0075] （A）使用发送罗特曼透镜12T中的波束孔60α发送入射雷达信号2以及使用接收罗特曼透镜12R中的波束孔60α接收所述反射雷达信号6

[0076] i)在发送构件10中：

[0077] 开关器件36T发送电信号到发送罗特曼透镜12T的波束孔60α

[0078] 在被微波互连器件86转换以后，电磁波被传送通过透镜空穴74

[0079] 延时同相信号依次抵达阵列孔62 I，II，III，IV，V

[0080] 延时同相信号被微波互连器件86转换回电信号并发送到发送贴片天线构件14T[0081] 入射雷达信号2被发送贴片天线构件14T朝向选定方向66α发送

[0082] 入射雷达信号2在目标车辆4上反射

[0083] ii)在接收构件20中：

[0084] 发送雷达信号6被接收贴片天线构件14R从选定方向66α接收

[0085] 反射雷达信号6依次到达接收罗特曼透镜12R的阵列孔62 V, IV, III, II, I[0086] 被微波互连器件86转换以后，所述延时同相信号船舶通过透镜空穴74到接收罗特曼透镜12R的波束孔60

[0087] 波束孔60α的电磁信号被微波互连器件86转换为电信号并输出到接收开关器件36R

[0088] 输出信号传送到信号处理单元40供接收开关器件36R进行处理

[0089] （B）使用发送罗特曼透镜12T中的波束孔60β发送所述入射雷达信号2并且使用所述接收罗特曼透镜12R中的波束孔60β接收所述反射雷达信号6

[0090] 所述发送构件10：

[0091] 开关器件36T发送电信号到所述发送罗特曼透镜12T的波束孔60β

[0092] 被微波互连器件86转换以后，电磁波传送通过透镜空穴74

[0093] 延时同相信号同时到达阵列孔62 I，II，III，IV，V

[0094] 延时同相信号被微波互连器件86转换回电信号并被发送到发送贴片天线14T[0095] 入射雷达信号被发送贴片天线构件14T朝向选定方向66β发送

[0096] 入射雷达信号2在目标车辆4上反射

[0097] 所述接收构件20：

[0098] 反射雷达信号6被接收贴片天线构件14R从选定方向66β接收

[0099] 反射雷达信号6同时到达接收罗特曼透镜12R的阵列孔V，IV，III，II，I[0100] 在被微波互连器件86转换以后，所述延时同相信号传送通过透镜空穴74到所述接收罗特曼透镜12R的波束孔60

[0101] 波束孔60β的电磁信号被微波互连器件86转换成电信号并被输出到接收开关器件36R

[0102] 输出信号被输送到信号处理单元40供接收开关器件36R进行处理

[0103] (C)使用发送罗特曼透镜12T中的波束孔60γ发送所述入射雷达信号2并且使用接收罗特曼透镜12R中的波束孔60γ接收所述反射雷达信号6

[0104] i) 在发送构件10中：

[0105] 开关器件36T发送电信号到发送罗特曼透镜12T的波束孔60γ

[0106] 被微波互连器件86转换以后，电磁波传送通过透镜空穴74

[0107] 延时同相信号有依次到达阵列孔62 V，IV，III，II，I

[0108] 延时同相信号被微波互连器件86转换回电信号并且被发送到发送贴片天线构件14T

[0109] 入射雷达信号2被发送贴片天线构件14T朝向选定方向66γ进行发送[0110] 入射雷达信号2在目标车辆上反射

[0111] ii) 在接收构件20中：

[0112] 反射雷达信号6被接收贴片天线构件14从选定方向66γ接收

[0113] 反射的雷达信号6依次到达所述接收罗特曼透镜12R的阵列孔62 I, II, III, IV, V

[0114] 在被微波互连器件86转换以后，所述延时同相信号传播通过所述透镜空穴74到所述接收罗特曼透镜12R的波束孔60

[0115] 波束孔60γ的电磁信号被微波互连器件86转换为电信号并输出到接收开关器件36R

[0116] 输出信号被送到信号处理单元40供接收开关器件36R进行处理。

[0117] 现在参见图3B，示出了使用MEMS技术的罗特曼透镜12的最佳的构造。图3B是图3A中的罗特曼透镜12的剖视图300，是沿着切线A-A切割的。尽管传统的罗特曼透镜很大，通常以英寸记，但是本发明提供了一种新颖的设计及制作方法可以减小罗特曼透镜的尺寸并且可以置于较小的集成雷达封装中进行批量生产。具体而言，传统罗特曼透镜的设计是用于在使用微波传输带技术或电磁波导技术的横向电磁波模式（TEM）下工作的。对于在77GHz工作的雷达系统，传统的在TEM模式下工作的罗特曼透镜必须具备一个厘米级的透镜间隙h。

[0118] 本发明的所述罗特曼透镜的设计，有益地，可以在横电场（TE）模式工作。更具体地讲，所述罗特曼透镜12可以在TE10模式工作，并作为主要工作模式。对于在70GHz到80GHz的范围内工作的雷达系统，所述罗特曼透镜12可以安装在500微米厚的硅衬底上。

[0119] 随着罗特曼透镜12在TE10模式工作，所述透镜空穴74 的作用就像是波导管。因此，本发明人理解，所述透镜空穴74的截止频率独立于垂直大小，这就使得在TE10模式工作的所述罗特曼透镜12可以减小透镜间隙h。要工作得最好，则所述透镜间隙最好选择小于工作频率的波长的一半(λ/2)。优选地，在TE10模式下工作的时候，所述透镜间隙h大大小于所述工作频率波长的λ/2。在一个优选实施例中，雷达系统100在大约77GHz工作，这时入射雷达信号2的波长约为3.89毫米，透镜间隙h的高度优选为小于等于50微米。

[0120] 按照常规，传统罗特曼透镜的透镜空穴中会使用电介质，例如氧化铝晶体，通过改变透镜空穴中的传播路径减小透镜尺寸。然而，本发明人发现，在尺寸较小时，固体绝缘材料就不是必要的了。在最简单的设计方案里，在该罗特曼透镜12中，使用空气填充透镜空穴74。本设计进一步使用MEMS技术简化所述罗特曼透镜12的构造。一个在透镜空穴74中使用空气作为绝缘体的罗特曼透镜可以极大地把透镜间隙减小到10微米到120微米之间，优选为40微米到60微米之间。但是在其它实施例中，仍然可能使用固体绝缘体。这样的方法可以使所述罗特曼透镜12的尺寸进一步减小。

[0121] 在一个优选实施例中，所述透镜间隙可以减小到月50微米，且所述透镜空穴的覆盖面积为14.2 mm x 11 mm。所述罗特曼透镜12的具体大小可以使用已知模拟软件包进行模拟。所述罗特曼透镜使用传统的硅晶圆衬底68（图3B）。同样显然，这里采用所述衬底68制成所述透镜空穴74来生产所述的透镜间隙约等于或小于50微米的罗特曼透镜12。

[0122] 为了提高所述罗特曼透镜12的性能，所述透镜空穴74可以覆盖上一种或多种材料以提供反射性以及电导性并使透镜空穴74内对电磁信号的吸收最小化。而且，该材料可以由非反应性材料构成。例如，可以使用一个铬层70以及一个镀金层72.但是，应当理解的是其它材料也是可以的，并且使用铬层以及镀金层不应当解释为对本发明的限制。

[0123] 表1：罗特曼透镜优选参数

[0124]衬底厚度 100-800μm
透镜间隙 5-100μm
透镜宽度 10-20㎜
透镜长度 10-20㎜
波束孔60的数量 3-9
阵列孔62的数量 5-30
焦点弧长 10-20㎜
频率 15-100（优选77GHz）
波长 3-20㎜
波束孔与阵列孔之间距离 0.5-1.5㎜
特性阻抗 50Ohms±

[0125] 现在参考表1，其中列出了一个优选实施例中的示范罗特曼透镜12的参数。在该示范实施例中，该罗特曼透镜12的配置具有3个波束孔60以及5个阵列孔。更优选地，该罗特曼透镜12的设计，整体宽度大约为11毫米，高度约为1毫米，长度约为14到14.5毫米并且透镜间隙h小于100微米。罗特曼透镜12的各种参数的值可以使用已知规则选定或者通过计算机软件包选定，比如full-wave solver, MATLAB™等等。

[0126] 所述罗特曼透镜12可用于提供低插入损耗（-2 dB）以及高反射损耗（-20 dB），且特性阻抗为50Ω，射频匹配简单。

[0127] 图4为根据表1所列参数的罗特曼透镜的图示400，其中的波束孔60及阵列孔62与透镜空穴74相通。所述G3PO™ Interconnect Series微波互连器件86置于每个波束孔60以及每个阵列孔62中。优选地，该罗特曼透镜进一步用于包括一副或多副哑孔84以使从侧壁80传播通过该透镜空穴74的电磁波的反射最小化。例如，一副哑孔84可以处理来自阵列孔62的反射而另一副哑孔可以处理来自波束孔60的反射。每副哑孔84的哑孔84数量与波束孔60，并且大小与波束孔60相似。

[0128] 为了波束成形以及波束发送一致，所述波束孔60以及阵列孔62的发送长度匹配。哑孔84用于将反射从空穴中导向吸波材料86。因而，根据罗特曼透镜12的空间及几何形状，哑孔84可以比波束孔60以及阵列孔62更长或更短。所述哑孔84的剖面最好与波束孔60以及阵列孔62的剖面都匹配。

[0129] 尽管不是必不可少的，每个波束孔60以及阵列孔62都示出了微波互连器件86。每个微波互连器件86都可以用来将电信号转换为电磁信号或将电磁信号转换为电信号。因而，当作为所述生成/发送系统200的一部分的时候，位于发送罗特曼透镜的12T的波束孔60的所述微波互连器件86将收到的输入信号31转换为电磁波并且阵列孔62中的微波互连器件86将所述延时同相信号从电磁信号转换为电信号。当作为该接收/处理系统250的一部分的时候，在接收罗特曼透镜12R的阵列孔62中的该微波互连器件86将收到的延时、同相信号转换为电磁波并且在每个波束孔60中的所述微波互连器件86将收到的电磁波转换为电信号。

[0130] 现在参考图5，该图500示出了图4所示的示范罗特曼透镜12的电场，它具有表1所列的参数。图5示出了贯穿该透镜空穴74的场强分布情况，包括在两副哑孔84、波束孔60以及阵列孔62中的场强分布。

[0131] 现在转到图6以及图7A到图7C，其中描绘了本发明一个优选实施例中优选的制作罗特曼透镜12的方法。如流程图600所示，一个衬底68构成罗特曼透镜12的底部700。该衬底68可以由半导体构成并且可以是晶圆形式以整合已知的制作集成电路的技术以及批量生产技术。该衬底68起初可以是任何半导体材料的晶圆，并且可以由硅（Si）、砷化镓（GaAs）、锗（Ge）等等的可以方便制造的材料。而且，所述晶圆的厚度可以不同（比如635微米厚的硅晶圆）。

[0132] 在所述衬底68被构成透镜空穴74之前，所述衬底68可以经过清理。例如，经过标准的晶圆清理步骤，比如对有机污染物，薄氧化层以及例子污染物（即清洗晶片）进行清理。接下来，（参见框104），通过使用光刻工艺在该衬底68上形成一个氧化物掩蔽层来将衬底68做成所述罗特曼透镜12的底部700（图7A）。

[0133] 接下来，使用深反应离子蚀刻技术（DRIE）对该衬底68进行蚀刻（见图6框106）以形成透镜空穴74。DRIE技术用来在透镜空穴74中产生陡壁。它是一种特别针对MEMS应用而开发的用来产生接近垂直（90°）的侧壁80的工艺。该陡壁构成所述罗特曼透镜12的侧壁80。图7A中最佳示出了使用DRIE技术蚀刻的透镜底部700。

[0134] 在一个优选实施例中，通过Alcatel 60 IE深硅蚀刻(注册商标)机器，利用DRIE工艺将硅晶圆蚀刻到60微米的深度。该图案在氧化硅薄层中，所述氧化硅薄层在蚀刻之前通过平面印刷方式形成。硅相对于氧化物掩膜选择性地进行蚀刻。该氧化硅薄层在蚀刻之前先进行了光刻。

[0135] 可以使用整合了垂直非均质深度蚀刻的DRIE的波希法。该侧壁80可以通过在透镜空穴74中镀上一个超薄二氧化硅层进行保护。接下来，可以使用Intlvac's Nanochrome™镀膜系统并使用电子束蒸发法和40纳米厚的铬粘附层来镀一层100纳米的金种层（未示出）。接下来，使用电镀术，一个3微米厚的镀金层就镀出来了。但是也可以用其它的方法镀得这一镀金层72，例如溅镀以及真空镀膜。溅镀涉及将的覆盖材料喷覆到源材料的基底上，然后它在高能量下又被镀到衬底68上。也可以使用其它材料。例如，铂或者其它非反应性材料可以镀到底部700。作为一种选择，可以使用其它导电金属，比如银、铜、铬和其他可应用的金属。

[0136] 图7B示出了一个透镜顶部702，它使用另一种衬底（框108）来构成所述罗特曼透镜12的顶部76。该顶部可经机床加工构成框110中的合理形状。在一个实施例中，罗特曼透镜12的该透镜顶部702以及透镜底部700可以由同一个晶圆构成（衬底68）。在框112中，该顶部702优选与底部700以同样的通过覆盖一个铬粘附层70和镀金层72的方式金属化。在另一实施例中，可以使用电子束蒸发法在铬粘附层70的顶部镀上一个镀金层72。

[0137] 最后，所述罗特曼透镜12的透镜顶部702以及所述罗特曼透镜12的DRIE蚀刻的透镜底部700结合起来构成所述罗特曼透镜（见框114），使用的是热压接技术。所述罗特曼透镜12的所述透镜顶部702以及透镜底部700在高热高压下像三明治一样贴合，直到他们构成固定的透镜空穴74.热压接也使得形成的透镜间隙h的精度很高。该透镜顶部702以及透镜底部700可以被一起压缩构成一个远小于波长一半（λ/2）的透镜间隙h。如前所述，该透镜间隙h可能在20微米到100微米之间，优选在40微米到60微米之间。在一个优选实施例中，该透镜间隙可以约为50微米。

[0138] 在另一可能的构成模式中，该侧壁80可以使用导电环氧树脂技术连接到顶部702以完成该罗特曼透镜12的制作。

[0139] 将顶部76以及底部78结合构成透镜空穴74以后，每个哑孔84都使用高粘度吸收液186把终端封闭起来。所述吸收液186可以使用微型滴涂器滴涂到哑孔84中去。最优选地，在注入到哑孔84中以后，该吸收液可以实现对一般的入射信号-20 dB的衰减。

[0140] 再参考一下图1，当作为所述产生/发送系统200的一部分的时候，与所述发送构件10相通的开关器件36T可以用来将输入信号31从信号发生器32传送到所述罗特曼透镜12的多个波束孔60的单个波束孔α，β，γ之中去。同样地，当开关器件是所述接收/处理系统250的一部分的时候，所述开关器件36R可以用来将罗特曼透镜12的所述三个波束孔之一过来的信号导入信号处理单元40。如图8及图9所示，在优选实施例中，该开关器件36包含一个在共面波导（CPW）的集成电路上使用MEMS技术制作的MEMS式单刀三投开关900。在射频频率的该MEMS式单刀三投(SP3T)开关900可以使用三个MEMS式单刀单投（SPST）开关800构成。

[0141] 在射频频率的MEMS式单刀单投开关（SPST）在图8中示出（SPST开关800）。该SPST开关800是使用CPW线115以及一个通过锚栓连接到SPST开关800一侧的悬臂116构成的。一个导片117位于所述悬臂116下方。一经直流偏置电压激活，该导片117就产生静电力引起悬臂116跌到CPW线115上；从而建立CPW线115之间的连接。

[0142] 现在参考图9，在射频频率的MEMS式单刀三投开关（SP3T开关900）包含3个SPST开关800。该SP3T开关900配置成交叉式，单个开关输入120通向3个开关输出122。每个开关输出122通向所述罗特曼透镜12的不同α，β，γ。所述控制单元36通过偏置SP3T开关900中的适当的SPST开关800，将在开关输入120处收到的信号导向恰当的（开关输出122的）开关输出。

[0143] 如图9示出的那样，所述SP3T开关900具有数个不连续的接地面124。该接地面124彼此连接并且被电桥126连接到一个共同地面。SP3T开关900的正确接地可以通过提高每个SPST开关800的彼此的隔离性改进所述SP3T开关900的性能。

[0144] 应当理解的是，当罗特曼透镜12的波束孔60的过多，不能由单个SP3T开关900的输出122唯一供电的时候（即波束孔60超过3个）可以使用更高级的单刀多投开关（未示出）。作为一种选择，任意数量的SP3T开关900可以树状连接或其它方式连接来唯一地供应无穷数量的波束孔60。所述控制单元30可以包括额外的控制信号使得这样的系统可以将从信号发生器32收到的输入信号31通讯到每个波束孔60。

[0145] 当开关器件36R作为接收/处理系统250的一部分而工作的时候，所述开关器件36R可以之前所述的开关器件36的类似方式工作。然而，当在接收/处理系统250中工作的时候，信号方向是反转的。所述3个开关输出122变成输入并且所述开关输入120变成单个输出。当在接收/处理系统250中工作的时候，所述开关器件36R因而可以用于从每个波束孔60接收信号并将信号之一通讯到处理单元40。

[0146] 如之前所述的那样，入射雷达信号2以及反射雷达信号6的选定方向66（即传送/接收方向）取决于所述罗特曼透镜12以及所述贴片天线构件14的组合。本发明人意识到了，经过适当设计的贴片天线构件14通过使雷达系统100在多种模式下能够运行可以在雷达系统100的运行中提供额外的功用。

[0147] 正如本领域所公知的，微波传输带技术在射频设计中是众所周知的。一个微波传输带就是一个发送线，它包括被绝缘体或基底与接地面隔开的带状导体或片状导体。常见微波组件通常使用微波传输带技术制作的，比如天线、耦合器、滤波器等等。

[0148] 现在参见图10A以及图10B，每个贴片天线构件14包括多个天线阵列130。每个天线阵列130连接到一个阵列孔62。在发送天线构件中，每个天线阵列130用于从一个阵列孔62接收一个延时、同相信号，并且将入射雷达信号2以选定方向66朝向目标车辆4统一发送出去。

[0149] 每个天线阵列130都配置成线性系列微带贴片132。在优选实施例中，图10A所示的每个构件14都具有5个天线阵列130，每个具有12个微带贴片132。每个天线阵列130都连接到天线阵列130中的第一微带贴片132的微带输入134处的罗特曼透镜12的相应的阵列孔62。当天线阵列130的数量与对应的罗特曼透镜12的阵列孔62的数量匹配的时候，这时应当要理解，每个天线阵列130中可以使用任意数量的微带贴片132。而且，天线阵列130中的微带贴片132彼此隔开一个波长（λg）以确保发送信号间有适当的隔离。

[0150] 如在图10B可见的，每个微带贴片132是被合适的基底（未示出）与接地面隔开的带状导体。为了提高所述天线阵列的性能，所述微带贴片132的宽度和长度136设计成λg/2（其中λg等于修改过的波长）。所述微带贴片进一步设计成包括在微带输入134两边任一边上的嵌入物140，所述嵌入物设计具有嵌入宽度142及嵌入深度144，它通过将发送能量导入微波贴片132的中心来减少发送及接收时已知的边缘效应引起的噪音。示范的贴片天线构件14的参数在表2中给出。在合适的情况下，使用一般的设计参数，然后通过模拟进行调整。

[0151] 表2：优选的贴片天线构件参数

[0152]参数数值
衬底厚度 100-130μm
阵列长度 28-35㎜
阵列宽度 10-14㎜
子阵列的数量 5-30
各阵列中贴片的数量 4-36
频率 15-100GHz（优选77GHz）
波长 3-20㎜
元件间的距离 λg
贴片尺寸 λg/2
嵌入物深度 200nm
嵌入物宽度 9nm
增益 18.3dB
波束宽度 40°到4°

[0153] 在优选实施例中，所述贴片天线构件14在一个单独的衬底上制作，例如，一个125微米厚的RT/duroid® 5880衬底或一个在底部具有一个DRIE蚀刻空穴的微机械硅衬底来实现一个人工介电常数，导至效率及增益的提高。在使用RCA清理工艺对该衬底进行清理以后，该衬底在底部和顶部都被镀上导电体，例如金等等。然后顶部导体装上天线罩并且使用常见的微带蚀刻技术进行蚀刻以构成所述天线构件14。

[0154] 本发明人意识到了，发送构件10或接收构件20中的入射雷达信号2或反射雷达信号6的选定方向66分别与两个可控因素相互关联。第一个因素是关联的开关器件36选择的是哪个波束孔60（即波束孔α，β，γ）。第二个因素是每个天线阵列130中的微带贴片132的数量。因此，尽管罗特曼透镜12中的波束孔60的个数受到透镜空穴74的物理参数的限制，但是本发明人意识到了每个天线阵列130中的微带贴片132的数量是可以轻易控制的。通过更改在每个天线阵列130中的微带贴片132的数量，雷达系统100的选定方向66可以完善。

[0155] 图11示出了本发明的一个进一步的实施例中另一贴片天线构件14'，并且其中用类似标号标明类似组件。尽管所述贴片天线构件14'包括与图10A中所示的贴片天线构件14一样的天线阵列130，但是图11中的贴片天线构件14'进一步包括一个或多个在射频频率的开关阵列（射频开关阵列146）。

[0156] 每个RF开关阵列146的配置都包括针对每个天线阵列130的射频开关148。例如，在优选实施例中，该射频开关阵列146的配置可以包括一个阵列的MEMS式单刀单投（SPST）开关。每个射频开关148插入到每个天线阵列130中的两个微带贴片132之间。当所述射频开关阵列146插入到所述贴片天线构件14'中的时候，每个天线阵列130被分割成两个微带段150，其中一个微带段150位于所述射频开关阵列146的任一边。有效地，每个射频开关148应该在两个微带段150，150'，150"之间耦合，等等。

[0157] 当RF开关阵列146被控制单元使能30，RF开关阵列146中的每个RF开关148可以用来在所述RF开关阵列146的任一边连接所述两个微带段150，150'，150"，导至天线阵列130的微带贴片132的数量增加。当RF开关阵列146被去使能，每个RF开关148可以用于在所述RF开关阵列146的任一边断开所述的两个微带段150，150'，150"。因此，所述控制单元30可以能够减少或增加在贴片天线构件14中工作的微带贴片132的数量。通过控制每个天线阵列130的长度，就可以调整选定方向66。

[0158] 所述贴片天线构件14可以使用一个以上RF开关阵列146。在图11的优选实施方式中，所述贴片天线构件14'包括两个RF开关阵列146。所述贴片天线构件14'可以在多模式下工作（或复合模式）。当被控制单元30激活的时候，标为' SW1以及' SW2'的所述开关阵列146重置所述贴片天线构件14，从近程功能切换到中程功能再到远程功能。当两个RF开关阵列146都处于开启位置时，每个天线阵列130的四个微带贴片132会提供近程覆盖。当射频开关SW1为闭合且SW2为开启的时候，每个天线阵列的8个微带贴片132会提供中程覆盖。最后，当SW1和SW2二者皆为关闭的时候，每个天线阵列130的12个微带贴片132会提供远程覆盖。图11中的可重置贴片天线构件14'的所有其它性能参数都与图10A中的单一模式贴片天线构件14的参数相似。

[0159] 所述雷达系统100的优选实施方式的运行，通过参考图1以及图12的复合模式下的运行进行说明。控制单元30被激活用于在恰当的时间点通过发送控制信号到各个组件来同步雷达系统100的运行。信号发生器32通过为发送构件10生成输入信号31来开启发送入射雷达信号2的操作。输入信号31随后被开关器件36T作为电信号传送到发送罗特曼透镜12T的一个具体波束孔60α，β，γ。在进入发送罗特曼透镜12T之前，所述电信号在每个波束孔60中被微波互连器件86转换成电磁波。所述电磁波随后传播通过所述发送罗特曼透镜12T的透镜空穴74并且被其它相关微波互连器件86转换为电信号，然后作为延时同相电信号从阵列孔62离开发送罗特曼透镜12T。该信号随后以电信号形式通讯到所述贴片天线构件14，在这里它们以电磁信号形式作为入射雷达信号2发送。所述贴片天线构件14T配置有一个或多个RF开关阵列146来将所述贴片天线构件14T分割为两个或多个段150。以有序的组合形式使能和/或去使能所述不同的RF开关阵列146可以有效地改变每个天线阵列130中的已连接的微带贴片132的数量。这使得所述控制单元30可以针对入射雷达信号2确定一个选定方向66。

[0160] 反射雷达信号6是入射信号碰到目标车辆4后反射回来的，它被天线阵列14R接收。在此之后，信号6经历一个与发送途径相反的过程，走向信号处理单元40。然后所述入射雷达信号2与反射雷达信号进行比对以确定雷达系统100扫描路径内的任何目标车辆4的位置和/或速度。

[0161] 如前所述的，所述入射雷达信号2以及反射雷达信号6的选定方向66有赖于相关联的贴片天线构件14的每个天线阵列130中使能的微带贴片132的个数以及每个罗特曼透镜12的波束孔60中具体使用的波束孔α，β，γ。所述控制单元30通过同时发送控制信号到开关器件36以及到贴片天线构件14T来决定使用罗特曼透镜12T的波束孔60 α，β，γ中的哪一个，发送控制信号到射频开关阵列146来确定多少个微带贴片132被使能。通过波束孔60以及射频开关阵列的循环变化组合，所述雷达系统100可以确定很宽视场（FOV）内的目标。

[0162] 现在参见图12，这是本发明一个实施例中一个安装在装置8中的雷达系统100在高速公路上运行的示意图，例如，主车辆8。所述雷达系统100可以安装在主车辆8的保险杠内，优选在中心位置。该雷达系统还可以安装在发动机罩上、后保险杠或主车辆8上任何其它位置，只要安装在该位置以后该雷达大致朝外使得所述发送构件10以及接收构件20可以发送及接收所述入射雷达信号2以及反射雷达信号6。例如，所述雷达系统100可以安装在主车辆8的前面、后面或侧面或者在前面后后面的通气格栅之内或之上。

[0163] 在路线上行驶的时候，比如在高速公路上，所述雷达系统可以识别视场内数个目标车辆4。该雷达系统通过循环变换不同的波束孔α，β，γ参数以及射频开关阵列146组合可以探测相对主车辆的不同距离范围以及不同角度内的物体。

[0164] 表3：性能规格表列出了图12中的高速公路上的优选实施例中的雷达系统的不同性能规格：

[0165] 表3：性能规格表

[0166]参数数值
最大距离 200m
最小距离 0.5m
-范围分辨度 0.55m
-平均范围测量精度 98.64%
最大相对速度 ±400km/h
最小相对速度 0km/h
-速度分辨度 0.5km/h
-平均速度测量精度 97.96%
刷新率 6.81ms–40ms
最大目标数每束波8个目标

[0167] 波束孔60α，β，γ各自与选定的传送方向相关联。例如，具体的波束孔β跟一个与贴片天线构件14T一致（即0°）的传送方向相关联。同样的，具体的波束孔α和γ分别与角Θ和-Θ相关联。具体波束孔α，β，γ以及使能的开关SW1和SW2 146，146'的组合可以决定入射雷达信号2以及反射雷达信号6的选定方向66。通过选择RF开关阵列146的不同组合可以使所述雷达系统100在多模式（或复合模式）下运行，比如近程雷达（SRR）模式，中程雷达（MRR）模式以及远程雷达（LRR）模式。波束孔60和使能的RF开关阵列146的不同组合的选定方向66的效果在表4中列出：复合模式中选定方向的角度。应当理解的是雷达系统100通过精心选择每个天线阵列130中的微带贴片132的数量以及罗特曼透镜12R中的波束孔60的布置和配置，从而可以在其它实施例中以不同角度运行。而且，如果使用了额外的RF开关阵列146或波束孔60，该雷达系统100可以具有额外的工作范围。所引用的角度不得解释为对本发明的限制因为其它配置也是可以的。例如，针对MRR以及LRR模式可以选择更宽的角度，例如针对MRR模式的25°以及针对LRR模式的10°等等。

[0168] 表4：复合模式中选定方向的角度

[0169]

[0170] 现在参见图13A，图13B以及图13C，其中示出了一个优选实施例中的雷达系统100的运行，这一实施例中的三种不同运行模式中有三种不同扫描范围1300, 1302, 1304。在SRR模式中，如图13A所示，当“SWl”(146)为开启并且“SW2”(146')为开启的时候, 所述主车辆8中的雷达系统100包括一个广角Θ来探测相对接近车辆8的目标车辆4。例如，所述SRR模式可经配置在80°视场内检测距主车辆8为0米到20米的目标车辆4。这在停车或检测非常接近主车辆8的车辆的时候是很有用的。

[0171] 而且，SRR模式中的高精度对于自动或半自动驾驶是实用的。在需要车辆的导航系统进行干预以避免事故的情况下，能够显示高精度的SRR模式可以包含在防撞系统的决策过程中。

[0172] 在MRR模式，当“SW1”（146）为闭合并且“SW2”（146'）为开启的时候，该雷达系统可以在中等距离内探测目标车辆4。例如，在图13B所示的实施例中，所述MRR模式的设计是用来探测该主车辆（HOST）前方0米到80米之间的目标车辆的。这一探测范围在一般的城市驾驶状况中来探测车辆或目标车辆4是很实用的。而且，它可以探测SRR模式的范围之外的目标车辆4。

[0173] 最后是LRR模式，此时“SW1”（146）为闭合且“SW2”（146'）为闭合，LRR模式用于高速公路上的驾驶，如图13C所示。该LRR模式允许主车辆8探测0米到300米之间，优选80米到150米之间的目标车辆4。而且，该LRR模式可以用来探测达200米远处乃至更远处的车辆。要探测这样的范围内的目标车辆4，本发明人意识到了，该雷达系统可能必须传送入射雷达信号2或接收反射雷达信号6的精确度必须很高。例如，要精确检测距离为150米的目标车辆，具体波束孔α的选定方向66α以及具体波束孔β的选定方向66β的角度差别仅为2°。因此，能够提供这样的精度的雷达系统100在其发送构件10中包括了罗特曼透镜12，并且该雷达系统100还包括一个含有一个或多个射频开关阵列146的可配置贴片天线构件14。

[0174] 为了提高本雷达系统的性能，以及很重要的，还要降低刷新率，可以使用带宽啁啾来帮忙将反射雷达信号6与具体入射雷达信号2相关联。带宽啁啾是一种扩频技术，它使用频率调制来编码信息。带宽啁啾使用正弦信号，该信号的频率线性变化，所以能提供更长因而也更强的雷达信号或脉冲。这一方法的另外一个好处是带宽啁啾可以对抗多普勒效应。在一个优选实施例中，该信号发生器32可以产生输入信号31给包含带宽啁啾的发送构件
10。该控制单元30进一步产生参考信号33，比如通过锁相环模块34产生。该参考信号33用来调制电压控制振荡器（VCO）或信号发生器32，它会产生扫频范围中点为77GHz的线性频率调制连续波（LFMCW）信号，在一个实施例中，该扫频范围肯能介于-2 GHz和2 GHz，优选介于-1 GHz及1 GHz。

[0175] 如图12及图13所描绘的，所述雷达系统100优选在复合模式运行，例如，使用三个基本模式：针对远距离（即80米到150米）的LRR模式，针对中等距离（即20米到80米）的MRR模式，以及针对短距离（即0米到20米）的SRR模式。所述控制单元30可以用来执行算法以控制所述雷达系统100以指定的时间常量来不断地从一个模式切换到另一模式来扫描邻近区域以及远程区域。例如，控制单元30可以操纵雷达系统100先把波束孔60设为具体波束孔60α，β，γ其中一个。然后该雷达系统100可以通过更改每个贴片天线构件130中的微带贴片132的个数来依次扫描所述三个模式：SRR，MRR以及LRR，例如表4所示。该控制单元30然后可以从一个波束孔60切换到下一个波束孔并且根据下一个具体波束孔α，β，γ再次依次扫描所述三个模式。这个循环可以针对罗特曼透镜12中的每个波束孔60进行反复。而且，该模式可以无穷重复。

[0176] 在另一实施例中，该控制单元30先可以用来设置一个具体模式（即SRR，MRR，LRR），然后在继续到下一个模式之前扫描每个具体的波束孔α，β，γ。通过任意个数波束孔60与任意个数模式（例如SRR，MRR，LRR，等等）的所有可能的不同组合的循环，其它的模式也是有可能的。

[0177] 控制单元30进一步用于协调输入信号31以结合不同复合模式利用带宽啁啾。该输入信号31可以被同步到开关器件36以及射频开关阵列146的时序，从而给SRR模式,、MRR模式以及LRR模式中发射的入射雷达信号2发送具体的带宽啁啾模式（或啁啾）。例如，控制单元30可以用来针对每个模式的每个波束孔（即1毫秒的啁啾上，1毫秒的啁啾下）进行2毫秒的扫描。而且，该控制单元30在不同模式（即在SRR模式，MRR模式以及LRR模式）运行的时候可以发送不同模式的啁啾。

[0178] 现在参见图14A，图中示出了含有带宽啁啾的频率波形1400。根据一个优选实施例，所述频率波形1400示出了不断重复的LFMCW信号，它可以用作到雷达系统100的输入信号31。一个具体的啁啾上/啁啾下/啁啾上（例如 0.5 毫秒啁啾上, 1毫秒啁啾下,0.5毫秒啁啾上）的啁啾模式可以与具体模式或雷达系统100的具体波束孔α, β, γ相关联。每个模式（例如SRR，MRR以及LRR）的频率波形1400所示的不同带宽可以用来确保所有的反射雷达信号6的中间频率可以使用相同的模数转换器46进行采样，比如，以500 千个样本/秒运行的模数转换器46。

[0179] 图14A中所见的频率波形1400在切换到下一组具体波束孔β，γ，α之前会针对每个具体波束孔α，β，γ进行重复。在雷达系统100在SRR模式运行的时候短周期152会被发送出去，在雷达系统100在MRR模式运行的时候中周期154会被发送出去并且雷达系统100在LRR模式运行的时候长周期156会被发送出去。所述雷达系统100然后可以用来切换接收输入信号31的具体波束孔α，β，γ并且SRR周期152、MRR周期154以及LRR周期156是可以重复的。所述频率波形1400可以为多个波束孔中每个波束孔α，β，γ不断重复。

[0180] 参考图14A，在一个优选实施例中，SRR模式可以使用将近1GHz的啁啾带宽，在SRR模式中，雷达系统100中有4个微带贴片132工作。由于SRR模式中探测到的目标最接近主车辆8，SRR模式的能量要求是最小的。

[0181] MRR模式可以使用约为1.2GHz的啁啾带宽，雷达系统100在MRR模式中有8个微带贴片132，这样会提供很高的方向性。

[0182] 所述LRR模式可以使用大约2GHz的啁啾带宽。这个较大的啁啾带宽必须在全部扫描距离内对目标车辆4具有有效的中间频率。本发明人意识到了，使用更高频率的输入信号31可以使该雷达系统100以更大的功率发射入射雷达信号2.更强的入射雷达信号2会导至从目标车辆4反射的更强的反射雷达信号6（即信号强度增加）。而且，整个贴片雷达构件14'的12个微带贴片132都在工作，这会提供最大的方向性以及较小的扫描角度。

[0183] 应当理解的是在本发明的不同实施例中，所述雷达系统100可以包括不同的输入信号31，使用不同的频率波形1400的变形。所述的示范性的波形1400不应当解释为限制。例如，图14B示出了另一个频率波形1450.

[0184] 现在参见图15A以及图15B，其中示出了另一实施例中的另一LFMCW信号1500。所述LFMCW信号1500可以作为输入到发送构件10的输入信号31.与图14A以及图14B中所示的频率波形1400相反，所述线性调频连续波信号1500可以针对雷达系统100的不同模式（例如：SRR，MRR，LRR）使用一致的带宽啁啾。如图15所示，每个某事接收一个2毫秒的上啁啾以及一个下啁啾。然而，不同的具体波束孔60 α，β，γ的带宽啁啾的线性频率调制都是一致的。

[0185] 当反射雷达信号6被接收构件20收到的时候，接收构件20输出的信号首先通过滤波器构件50（图1）（即：具有混频器52以及低通滤波器（LPF）54）。如前所述，该混频器52将发送构件10发送的输入信号与接收构件20输出的信号进行对比以判定其中的变化，这一变化由处理单元40进行处理以判断目标位置、目标速度以及目标距离。这一联合信号然后可以被滤波。在被信号处理单元40处理之前，滤波后的混频信号可以被传递到一个频率倍增电路1550，例如图15B所示的那样。

[0186] 频率倍增电路1550可以包括针对雷达系统100的不同模式（例如：SRR，MRR以及LRR）的单独的频率倍增器。借助这一工作模式，控制单元30可以用于针对每个模式分隔输出信号并且使用选定因数倍增输出信号频率从而在处理单元40进行处理之前改进返回信号。合适的开关151可以进一步用来将所述信号从滤波构件50（即：混频器52以及LPF54）导至LRR倍增器153、MRR倍增器155或SRR倍增器157其中之一。所述信号然后可以被发送到模数转换器46以及到处理单元40进行进一步处理。

[0187] 在至少一个实施例中，所述SRR倍增器157不是必须的，因为线性调频连续波信号1500中的带宽啁啾就足以使雷达系统100在SRR模式运行了。相反地，返回信号可以从开关151直接送到模数转换器46。

[0188] LRR倍增器153、MRR倍增器155以及SRR倍增器157的值可以进行选择，以确保所有的反射雷达信号6的中间频率都可以使用相同的模数转换器46进行取样。例如，可以选择一个频率倍增电路1550的值以将滤波器混频的，与线性调频连续波（LFMCW）信号对应的信号转换成一个相当的输出信号，就像使用图14A中的频率波形1400产生的一样。

[0189] 再参考图1，雷达系统100的组件（即：发生器32、开关器件36、发送构件10以及接收构件20）的设计可以最小化他们各自的包装尺寸要求。由于生成/发送系统200（图2A）以及接收/处理系统250（图2B）中的罗特曼透镜12以及开关器件36是使用MEMS技术制造的，这些器件的占用面积是很小的。同样地，由于多数组件可以使用IC制造工艺进行制造，多种组件可以置于单个IC封装中。

[0190] 现在参见图16A以及图16B，其中示出了单个IC封装（器件封装）的四级雷达系统封装1600的图解。应当理解的是可以使用的层数可以更多或更少。发送构件10以及接收构件20的贴片天线构件14都位于最上层192。在安装以后，所述两个贴片天线构件14T、14R朝向外面以从目标车辆4发送入射雷达信号2以及接收反射雷达信号6。

[0191] 发射构件10以及接收构件20的两个罗特曼透镜12T、12R可以分开置于不同层（图16B）。为了将发送构件10中的罗特曼透镜12T与接收构件20中的罗特曼透镜12R相分离，包含有雷达系统100的其它组件的一层可以夹在两个罗特曼透镜12T、12R之间。通过隔离每个罗特曼透镜12的射频信号，这样的结构会提高雷达系统100的射频新能。例如，发送构件10以及接收构件20之间的隔离可以为40dB或更高。

[0192] 而且，可以使用更多的层数来包含雷达系统100的其它组件，如信号发生器32、开关器件36T和36R、控制单元30以及信号处理单元40等等。不同组件可以集成到单个特定用途集成电路（ASIC）或分隔到不同芯片封装162, 164, 166。

[0193] 所述雷达系统封装1600可以包含所有组件或包括雷达系统100。在这样的系统中，雷达系统封装1600的输入可能受制于功率以及数个控制输入，并且其输出可能受制于处理的雷达信号，比如驾驶员提示42的必要和/或在CAN总线44中发送的必要。所述雷达系统封装然后可以安装在选定的主车辆8中。所述雷达系统封装1600可以安装在车辆前面和/或后面。而且，它可以安装在车辆任意部分上，只要它能朝向外面使最上层192朝向所需视场范围。可选地，可以采取一种或多种保护措施以保护雷达系统免遭损伤，比如免遭天气影响以及小碰撞。这样的保护措施不得严重干扰雷达系统100的运行从而阻碍运行。

[0194] 在另一实施例中，所述控制单元30和/或信号处理单元40可以因为使用外部控制和处理而脱离所述雷达系统封装1600。这一配置可以在该系统被集成到导航系统、车辆或其它装置的时候提供更多的灵活性。而且，如果需要的话，所述控制单元30以及信号处理单元40只有选定的部件才被包括在雷达系统封装1600中。例如，雷达系统封装1600可以包含信号处理单元40的一部分以执行基本的滤波和模数转换。然后信号处理单元40可以输出未处理的数字数据以供进一步的在雷达系统封装1600之外的数字信号处理。

[0195] 封装于雷达系统封装1600中的雷达系统100经模拟可以提供许多效益。所述雷达系统封装的设计可以具有较小的形状系数。例如，图16A及图16B所示的雷达系统封装1600大小可以为30mm×40mm×10mm，同时在恶劣天气中还表现出优秀的绝缘性、低功率要求以及高系统稳定性。由于发送构件10以及接收构件20依赖的是被动罗特曼透镜12，所以波束成形不像在现有系统中那样需要额外的电磁信号处理。

[0196] 而且，该雷达系统100可以具有较短的更新周期。例如，该雷达系统100的更新周期可以是6.8ms或更短。这相对于更新周期为50ms及以上的现有系统是有益的。

[0197] 最后，该雷达系统100可以使用批量生产工艺进行生产。因为全部或大部分组件都可以使用集成电路以及MEMS技术在单个封装中构建，雷达系统封装1600的制造成本可以降低。

[0198] 使用微成型工艺而非DRIE蚀刻及热压接的另一实施例的图17A及图17B示出了另一个制作罗特曼透镜12的方法。微成型工艺1700允许使用不同材料制作合适的透镜12的空穴。图6所说明的以及图7A到图7B所描述的方法中所使用的衬底68通常选自晶圆及集成电路设计中常见的材料，微成型工艺可以使用聚合物等材料。例如，微成型工艺可能使用诸如热塑性塑料、热固性塑料以及弹性材料等等。由于所述罗特曼透镜12最终会被覆盖上一层导体，比如镀金层72，所以罗特曼透镜12的结构本身没有材料要求。

[0199] 现在参见图17A，微型模通常由两个连锁部件构成。第一部件180以及第二部件182结合起来在微型模178中构成一个空穴184。而且，两个连锁部件180、182中有一个具有开口186，聚合物172可以通过这个开口注入。

[0200] 使用注射成型手段的罗特曼透镜12微成型法的基本做法如图17A所示，它使用了一个注射成型机1700。注射成型机1700通常具有一个钳子加压固定住该工具。钳子夹力在成型区域为每平方英寸2到3盾。注射单元170是一个尖头螺旋钻174，在这里，随着树脂或聚合物172移动到钻头顶端，各段的容量会降低。钻筒176的温度被加热到高于聚合物172的融点（根据不同树脂，通常为华氏450°到650°）并且随着聚合物沿着钻筒176被往下螺旋推动，所述聚合物在压力下融化并混合。钻筒176的尖端是一个单向阀，在这里聚合物172被被挤压通过单向阀在钻筒176前部，钻头174前方积累。聚合物172被被钻筒176尖端的单向阀关在钻筒176中。随着聚合物172不断累积，聚合物172把钻筒176内的钻头174往回推。当钻头174前方积累了足够的材料以后，该工具就关闭了；钻筒176尖端的阀门被打开；并且钻头174被往前推，推动钻头174前方积累的被单向阀拦下的融化聚合物172进入到微型模178的空穴184中。注射压力根据具体聚合物172以及所使用的微成型工艺可以为3,500到35,000 psi。注射压力通常在微成型工艺的注射以及凝固循环过程中会有变化。

[0201] 微型模178通过注水的冷却通道（未示出）进行冷却，水流过微型模178，当聚合物172充分冷却凝固回固体的时候，所述微型模178打开，并且注射成型的部件190通过机械脱模系统取出。如图17B所示，罗特曼透镜12的底部700可以使用注射成型机1700制造。
顶部702也同样可以如此制造。

[0202] 高压力以及融化聚合物172的低粘度使得可以使用微成型工艺制作非常准确和精细的形状。而且，使用微成型工艺制作罗特曼透镜12的可靠性也可以更高。

[0203] 一旦罗特曼透镜12的空穴做好，然后就可以通过喷镀或电镀在罗特曼透镜的底部700以及顶部702都镀上一层3微米厚的镀金层。也可以使用其它形式的真空镀膜。底部700以及顶部702可以图7A及图7B中描述的罗特曼透镜12的相似方式金属化。最终，顶部702以及微成型的底部700被结合在一起。

[0204] 如图7C所描绘的，可以使用热压接来将罗特曼透镜12的顶部结合到底部。

[0205] 在另一没有明确图示的实施例中，多个雷达系统100可以作为导航系统的一部分安装在主车辆8上。所述多个雷达系统100可能具有交叠的扫描覆盖范围以增加导航系统100的视场。例如，多个雷达系统100可以向外置于车辆前部，比如在保险杠的前部以及侧边。使用多个雷达系统可以提供额外的雷达信号来在不同视场内探测额外的目标车辆4。
比如导航系统中的雷达系统100可以在不同频率工作或者可以整合多路复用或其它的分隔信号的方法使得该雷达系统可以相对单一雷达系统100提供更大的覆盖范围。使用不同频率的导航系统所发送及接收的多个雷达信号可以具有更好的隔离性以及更低的干扰。例如，多个雷达系统可以彼此层叠以提供连续的、实时的半球形或球形覆盖范围或360°扫描视场。另一实施例可以相对使用单一雷达系统100的导航系统提供更佳的视场。

[0206] 现在参见图18，其中显示了另一实施例中的雷达系统100的图解，其中对类似组件使用了类似的标号。所述系统100包括雷达系统100，发送构件10以及接收构件20。图16A以及图16B中示出了该系统在雷达系统封装1600的实施。每个发送构件10及接收构件20分别包括罗特曼透镜12T、12R以及贴片天线构件14T，14R。在使用的时候，雷达系统
100的功率信号（比如12V或 ±24 V）可以由主车辆8（图12）或单独地，由一个或多个电池提供（未示出）。到雷达系统100的输入可以包括扫描信号输入320以及扫频输入信号
322。输出信号可以包括一个DIG BBO信号。应当理解也可以用其它信号。

[0207] 图19示出了另一实施例中的一个雷达系统100，类似组件使用了类似标号。在图19中，一个普通的罗特曼透镜12都能够在发送操作模式和接收操作模式中运行。同样地，在发送和接收模式中都有一般的贴片天线构件14。因此，本发明人意识到了，该雷达系统
100的尺寸和造价通过在发送和接收雷达信号的时候使用单个罗特曼透镜12以及单个贴片天线构件14可以进一步降低。

[0208] 在图19中，罗特曼透镜12以及贴片天线构件14作为单个发送/接收构件328的一部分而运行。应当意识到了的是所述发送/接收构件326进一步包括输入以及输出波导330，332以及合适的微波互连器件86（图4）来将罗特曼透镜12连接到贴片天线构件14。
为了将发送的信号与收到的信号隔离并且为了确保信号的方向正确，可以加入环形器350作为环形器/开关构件的一部分与开关器件36结合。

[0209] 当将输入信号31（图1）连通到发送/接收构件328的时候，开关器件36就作为发送开关器件的功能，并且当将反射雷达信号6（图1）传送到器件信号处理单元的时候，所述开关器件36就作为接收开关器件的功能。使用收发器334以及ASIC336来执行控制和信号处理工作（例如构成控制单元以及信号处理单元40）

[0210] 尽管本次披露说明和演示了本发明的一些优选实施例，还应当理解的是本发明不限于这些具体实施例而是包括所有的与此处所披露的具体实施例及特征功能等效或机械等同的所有实施例。对于本发明的定义，请参考所附的权利要求。

[0211] 应当理解的是，尽管本发明的许多特征参考本发明的一个或多个实施例进行了说明，但是本发明的许多特征及实施例可以结合或与此处说明和演示的本发明的其它特征及实施例一起使用。而且，尽管对方法的描述是以特定顺序的一系列步骤进行的，应当理解的是这些步骤是可以由本领域技术人员以不同的顺序进行的。所说明的任何顺序不应解释为限制。

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