阅读说明：本技术 相控阵发射阵列、相控阵接收阵列、雷达和智能感应设备 (Phased array transmitting array, phased array receiving array, radar and intelligent induction equipment ) 是由 牛犇 于 2019-04-22 设计创作，主要内容包括：本申请涉及雷达技术领域,公开了一种相控阵发射阵列、雷达和智能感应设备,相控阵发射阵列,包括：输出源；N个发射单元；M个分束器,所述M个分束器逐级设置,并且与所述输出源连接,用于对所述输出源输出的光进行逐级分束,得到N路探测介质,每一路探测介质入射至一所述发射单元；P个调相器,一所述调相器的输入端与一所述分束器的输出端连接,至少一个所述调相器的输出端与一个分束器的输入端连接,其余所述调相器的输出端分别与所述发射单元的输入端连接,所述P个调相器用于对分束器输出的探测介质进行调相,以使所述N路探测介质满足预设干涉条件。通过上述方式,降低相控阵发射阵列中调相器所需要调相的相位总和,从而降低调相器所需要的总功率。(The application relates to the technical field of radars, and discloses an phased array transmitting array, a radar and an intelligent induction device, wherein the phased array transmitting array comprises an output source, N transmitting units, M beam splitters, P phase modulators and a phase modulator, wherein the M beam splitters are arranged step by step and are connected with the output source and used for splitting beams of light output by the output source step by step to obtain N paths of detection media, each paths of detection media are incident to of the transmitting unit, the input ends of the phase modulators are connected with the output ends of the beam splitters, the output ends of at least phase modulators are connected with the input ends of beam splitters, the output ends of the rest phase modulators are respectively connected with the input ends of the transmitting units, and the P phase modulators are used for phase modulating the detection media output by the beam splitters to enable the N paths of detection media to meet preset interference conditions.)

相控阵发射阵列、相控阵接收阵列、雷达和智能感应设备

技术领域

本申请涉及雷达技术领域，特别涉及一种相控阵发射阵列、相控阵接收阵列、雷达和智能感应设备。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征向量的雷达系统，其广泛应用于大气探测、城市测绘、海洋探测、自动驾驶、机器人技术、激光电视、激光三维成像等技术领域。

目前，激光雷达又分为机械激光雷达、相控阵激光雷达、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)激光雷达，机械激光雷达是通过机械旋转结构推动雷达系统360度旋转，从而实现360度探测，此种激光雷达的探测精度与可靠性会受到该机械旋转结构的影响。而相控阵激光雷达无需要机械旋转结构，而是通过多个发射单元发射的光束，在空间上产生干涉形成远场光束，通过远场光束来实现物体探测，然后再通过调整发射单元所发射的光的相位差的大小，来调整远场光束的方向，从而实现360度扫描。由于基于光相控阵的激光雷达能够通过半导体工艺批量生产，单位成本比机械激光雷达低得多，而且机械激光雷达在使用中会因转动导致可靠性的问题，因此，越来越多行业使用相控阵激光雷达作为物体探测的工具。

但是，在本申请发明人实现本申请的过程中，发现：如图1所示，目前，为了实现相控阵激光雷达的多个发射单元14所发射的束光满足预定相位差，通常在各个发射单元14前配置调相器13，在光束入射至发射单元14之前进行调相，但是，这种调相方式，会使得各调相器13的调相总和达到

在N很大时，发射单元数目很大，调相器13的调相总和非常大，调相器13所需要的功率非常大。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种相控阵发射阵列、相控阵接收阵列、雷达和智能感应设备，降低相控阵发射阵列或者相控阵接收阵列中调相器所需要调相的相位总和，从而降低调相器所需要的总功率。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种相控阵发射阵列，包括：输出源；J个发射单元；M个分束器，所述M个分束器逐级设置,并且与所述输出源连接，用于对所述输出源输出的探测介质进行逐级分束，得到J路探测介质，每一路探测介质入射至一所述发射单元；P个调相器，一所述调相器的输入端与一所述分束器的输出端连接,至少一个所述调相器的输出端与一个分束器的输入端连接，其余所述调相器的输出端分别与所述发射单元的输入端连接，所述P个调相器用于对分束器输出的探测介质进行调相，以使所述N路探测介质满足预设干涉条件，其中，其中，所述J和M均为大于2的自然数，所述P为大于1的自然数。

在一种可选的方式中，每一所述分束器的K个输出端中K-1个输出端分别与K-1个调相器的输入端连接，所述K为大于1的自然数。

在一种可选的方式中，所述M个分束器逐级设置具体为：除接收所述输出源的探测介质的分束器之外，其余所述分束器中部分分束器的输入端与另一分束器的一输出端连接，部分分束器的输入端通过调相器与另一分束器的输出端连接。

在一种可选的方式中，每一级分束器的数量为K^T-1，所述T为所述分束器的级别，并且所述T为大于1的自然数，所述K为分束器的输出端的数量。

在一种可选的方式中，所述预设干涉条件为所述J路探测介质的相位差依次为0至

所述N为所述分束器(22)的级别数。

在一种可选的方式中，所述J个发射单元排列成阵列，并且任意相邻两个发射单元之间的距离相同。

在一种可选的方式中，相控阵发射阵列还包括底座和J个导热垫片；所述J个发射单元均固定于所述底座上，每一所述导热垫片设置于一发射单元与所述底座之间。

在一种可选的方式中，所述底座设置有散热通道，所述风机设置于所述散热通道的一端，所述散热通道的另一端与外界连通。

根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种相控阵接收阵列，包括：接收器；X个接收单元；Y个合束器，所述Y个合束器逐级设置,并且与所述接收器连接，用于对所述X个接收单元接收到探测介质进行合束处理；Z个调相器，一所述调相器的输出端与一所述合束器的输入端连接,至少一个所述调相器的输入端与一个合束器的输出端连接，其余所述调相器的输入端分别与所述接收单元的输出端连接，所述Z个调相器用于对X个接收单元接收到探测介质进行调相。

在一种可选的方式中，每一所述合束器的Q个输入端中Q-1个输入端分别与Q-1个调相器的输出端连接，所述Q为大于1的自然数。

在一种可选的方式中，所述Y个合束器逐级设置具体为：除连接所述接收器的合束器之外，其余所述合束器中部分所述合束器的输入端与另一合束器的输出端连接，部分所述合束器的输入端通过所述调相器与另一合束器的输出端连接。

在一种可选的方式中，每一级合束器的数量为H^G-1，所述G为所述合束器的级别，并且所述G为大于1的自然数，所述G为合束器的输入端的数量。

根据本申请实施例的再一个方面，提供了一种雷达，包括如上述的相控阵发射阵列和相控阵接收阵列。

根据本申请实施例的又一个方面，提供了一种智能感应设备，包括上述的雷达。

在本申请实施例中，通过将相控阵发射阵列中的至少一个调相器前置至两个分束器之间，由该前置的至少一个调相器对从一个分束器传输至另一个分束器的探测介质进行相位调整，可实现入该另一个该分束器的探测介质具有经过该调相器调束出来的相位，进而使得该另一个分束器所分离出来的探测介质均具有该调相器所调整的相位，实现对该分束器所分离出来的探测介质进行统一的相位调整，后续对该分束器所分离出来的探测介质进行再次相位调整时，可以基于该调相器所调整出来的相位的基础上进行调整，后续调相器所需要调整的相位的幅度大大降低，有利于降低后续的调相器的功率，进而降低所有调相器所需要的总功率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是现有技术中相控阵发射阵列的示意图；

图2是本申请相控阵发射阵列实施例的示意图；

图3是本申请相控阵发射阵列实施例中二级分束的示意图；

图4是本申请相控阵发射阵列实施例中三级分束的示意图；

图5是本申请相控阵发射阵列另一实施例的示意图；

图6是本申请相控阵发射阵列实施例中底座与发射单元之间连接的示意图；

图7是本申请相控阵接收阵列实施例的示意图；

图8是本申请雷达实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

请参阅图2，图2是本申请相控阵发射阵列实施例的示意图。相控阵发射阵列20包括输出源21、M个分束器22、P个调相器23和J个发射单元24。所述J和M均为大于2的自然数，所述P为大于1的自然数。输出源21用于输出探测介质，M个分束器22用于对输出源21输出的探测介质进行分束处理得到J路探测介质，每一路探测介质入射至一发射单元24，由发射单元24发射。P个调相器23用于对至少J-1路探测介质进行调相，以使所述J路探测介质满足预设干涉条件，从而使得该J个发射单元24所发射的探测介质在空间中相互干涉，形成一束远场探测介质。

对于上述输出源21，输出源21可选为激光光源，则探测介质为光束，而激光光源可为：红宝石激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、氦氖激光器、氩离子激光器、集成于芯片的激光器等等等。在另一些实施例中，输出源21又可以为音源，则探测介质为声波；又或者，输出源21为电磁波发生器，则探测介质为电磁波。

对于上述M个分束器22，一分束器22的输入端与输出源21连接，其余分束器22中部分分束器22的输入端与另一分束器22的输出端连接，部分分束器22通过调相器23与另一分束器22的输出端连接，从而使得M个分束器22呈逐级设置。其中，与输出源21连接的分束器22为第一级分束器，与第一分束器连接的分束器为第二级分束器，与第二级分束器连接的分束器22为第三级分束器，如此类推，最一后级分束器与发射单元24连接，因此，每一级分束器的数量是由第一级往后逐级增加，所分离出来的探测介质的数量也是由第一级往后逐级增加。例如：当分束器为两路分束器时，输出源21输出的一路光，先进入第一级分束器，由于第一级分束器进行分束处理得到两路探测介质，两路探测介质分别输入至第二级分束器，再由各个第二级分束器进行分束处理得到四路探测介质，该四路探测介质输入至第三级分束器进行分束处理得到的八路探测介质，如此依次传输且分束，最后得到J束探测介质。

值得说明的是：M个分束器22可选为分离出相同数量探测介质的分束器，例如:均为两路分束器、均为三路分束器、均为四路分束器等等，由于两路分束器所分离出来的两路探测介质的性能一致性比较好，因此，在本实施例中，M个分束器22均优选为两路分束器。而当M个分束器22为分离出相同数量探测介质的分束器时，每一级分束器的数量为K^T-1，T为所述分束器22的级别，所述N为大于1的自然数，K为分束器22可分离出探测介质的数量，所述K为大于1的自然数，例如：当分束器22为两路分束器，即K＝2时，第一级分束器的数量为一个，第二级分束器的数量为2个，第三分束器的数量为8个，第T级分束器的数量为2^T-1,各个分束器所输出的两路探测介质所需要调整的相位分别为：第N级为：0、

倒数第二级为：0、

倒数第三级为：0、...,第一级为：0、

当分束器为三路分束器，即K＝3时，第一级分束器的数量为一个，第二级分束器的数量为3个，第三分束器的数量为9个，第T级分束器的数量为3^T-1,各个分束器所输出的三路探测介质所需要调整的相位分别为：第N级为：0、

倒数第二级为：0、

倒数第三级为：0、

...,第一级为：0、

对于任意K，各个分束器所输出的探测介质所需要调整的相位分别为：第N级为：0、……、

倒数第二级为：0、

……、

……、第一级为：0、

……、

又需要说明的是：在另一些实施例中，各分束器22分离出来的探测介质的数量也可以不相同，例如：一些分束器22可以分离出来3束探测介质，一些分束器22可分离出来2束探测介质，一些分束器22可分离出来4束探测介质等，当分束器22分离出来的探测介质的数量不相同时，在获得J路探测介质所需要的分束器22的数量也不相同，本领域人员可根据所需要的J路探测介质计算所需要配的分束器22的数量。

对于上述P个调相器23，一所述调相器23的输入端与一所述分束器22的输出端连接,至少一个所述调相器23的输出端与一个分束器22的输入端连接，其余调相器23的输出端分别与发射单元24的输入端连接。换而言之，至少一个调相器23位于两个分束器22之间，其余所述调相器23均位于其余所述分束器22和所述发射单元24之间，P个调相器23用于对分束器22输出的探测介质进行调相，以使所述J路探测介质满足预设干涉条件。

由于将至少一个调相器23前置至两个分束器22之间，通过该至少一个调相器23对在该两个分束器22中从一个分束器22传输至另一个分束器22的探测介质进行相位调整，即可实现接收到探测介质的该另一个分束器22在分束之后，所该分束出来的探测介质均具有该调相器23所调整的相位，实现所分离出来的探测介质的相位统一调整，从而实现在此部份探测介质在入射至发射单元24之前统一调整相位，后续对该部份探测介质进行调相时使其满足预设的相位差时，则可以基于该至少一个调相器23所调整出来的相位的基础上进一步调相。相比于，现有技术中在各发射单元24之前配置调相器23，一调相器23只对一入射至发射单元24的探测介质进行调相，并且调相都是基于同一束探测介质进行调相的方式，本申请调相器所需要调整的相位之和更少。

在一些实施例中，预设干涉条件是指：J个发射单元24所发射的探测介质在空间上产生干涉形成远场探测介质的条件，例如：J个发射单元24所发射的探测介质的相位差依次为0至

所述N为所述分束器22的级别数，例如：当M个分束器22分成三级时，N为3。而随着

的改变，各个发射单元所发射的探测介质的相位差按规律变化，从而使得远场探测介质的方向跟着改变，实现远场探测介质的扫描。当然，

和

可为等效的,k为整数。

需要说明的是：对于前置的调相器23的数量不作限定，所前置的调相器23的具***置也不作限定，本领域技术人员可以根据实际情况设置，但是，当前置的调相器23的数量不同、位置不同时，所需要的调相器23的数量也不相同，各调相器23所需要调整的相位的幅度也不相同，但只要满足调整后的J路探测介质满足预设干涉条件即可。

为了方便读者更好地理解本发明的发明构思，以下举两种前置调相器的例子进行说明。

(1)、再次参阅图2，每一分束器22的K个输出端中至少K-1个输出端分别K-1调相器23的输入端连接，即：K路分束器22挂载K-1个调相器23，K路分束器22所分离出来的K路探测介质，只有一路是直接输入至发射单元24或者其它分束器22，K-1路探测介质均需要经过调相之后再输入至其它分束器22或者发射单元24。

以下又以K＝2,分束器22为一入二出的分束器为例，说明其***况。具体的位于分束器22前的各个调相器23所需要调整的相位：

V为调相器23所对应的分束器22所处的级别，位于发射单元24前端的调相器23的所需要调整的相位均为

所需要调整的总相位

如图3所示，当分束器22分为两级时，在每个发射单元24的探测介质的相位差要分别达到：0、

则需要的调相分别为

一共

也即是只需要调相

就能达到直接在每个发射单元24上一共调相的效果；又或者，如图4所示，当分束器22分为三个级别时，每个发射单元24上的相位差要分别达到为：0、

...,

则需要调相为

一共

也就是说，只需要在调相

就能达到直接在每个发射单元24上一共调相

的同样效果。

(2)、如图5所示，将一个调相器23前置至最后一级分束器22之前，其它调相器23的位置如图5所示，所需要的调相器23为：＝J-1个，该前置的调相器23所需要调整的相位为

其它调相器23所需要调整的相位分别为：0、

………、

总的调相之和为：……+

相比于现有技术的调相方式，两者调相的比例为：(2^N-1N)/(2^N-1(2^N-1))＝N/(2^N-1)。

在一些实施例中，如图6所示，相控阵发射阵列20还包括底座25和导热垫片26。J个发射单元24排列成阵列，例如：圆形阵列、方形阵列等等，而任意相邻两个发射单元之间的距离相同，以保证从J个发射单元24的天线所输出的探测介质达到相互干涉，形成远场探测介质。

J个发射单元24均固定于底座25上，每一导热垫片26设置于一发射单元24与底座25之间,发射单元24在工作时所产生的散热通过导热垫片26传输至底座25，由底座25进行散热，避免热量长期积聚于天线，从而造成发射单元24的温度过高，影响发射单元24的性能。

进一步的，为了更好地对发射单元24进行散热，相控阵发射阵列20还包括风机27。底座25设置有散热通道251，所述风机27设置于所述散热通道251的一端，散热通道251的另一端与外界连通，风机27驱动散热通道251内的空气与外界空气进行交互，从而将从发射单元24传递至底座25的散热通道的热量散发外界环境之中，提高散热效果。

在本申请实施例中，通过将至少一个调相器24前置至两个分束器22之间，对从一个分束器22传输至另一个分束器22的探测介质进行相位调整，可实现入该另一个该分束器22的探测介质具有经过该调相器23调束出来的相位，进而使得该另一个分束器22所分离出来的探测介质均具有该调相器23所调整的相位，实现对该分束器22所分离出来的探测介质进行统一的相位调整，后续对该分束器22所分离出来的探测介质进行再次相位调整时，可以基于该调相器所调整出来的相位的基础上进行调整，后续调相器所需要调整的相位的幅度大大降低，有利于降低后续的调相器23的功率。

本申请又提供相控阵接收阵列实施例。相控阵接收阵列30包括处理器31、Y个合束器32、Z个调相器33和X个接收单元34。X个接收单元34用于接收返回的探测介质，Y个合束器32对X路探测介质进行合束然后输出至处理器31。Z个调相器33用于对探测介质进行调相处理。

对于上述Y个合束器32，所述Y个合束器32逐级设置,并且与所述处理器31连接，用于对所述X个接收单元34接收到探测介质进行合束处理，而每一级合束器32的数量为H^G-1，所述G为所述合束器32的级别，并且所述G为大于1的自然数，所述G为合束器32的输入端的数量。

对于上述Z个调相器，Z个调相器33，一所述调相器33的输出端与一所述合束器32的输入端连接,至少一个所述调相器33的输入端与一个合束器32的输出端连接，其余所述调相器33的输入端分别与所述接收单元34的输出端连接，所述Z个调相器34用于对X个接收单元接收到探测介质进行调相。

在一些实施例中，每一所述合束器32的Q个输入端中Q-1个输入端分别与Q-1个调相器33的输出端连接，所述Q为大于1的自然数。Y个合束器32逐级设置具体为：除连接所述处理器31的合束器32之外，其余所述合束器32中部分所述合束器32的输入端与另一合束器32的输出端连接，部分所述合束器32的输入端通过所述调相器33与另一合束器32的输出端连接。

在一些实施例中，探测介质可以为激光，则合束器32、接收单元34和处理器31均用于对光进行处理的设备；探测介质也可以为声波，则合束器32、接收单元34和处理器31均用于对声波进行处理的设备；探测介质又可以为电磁波，则合束器32、接收单元34和处理器31均用于对电磁波进行处理的设备。

值得说明的是：相控阵接收阵列30与上述相控阵发射阵列20，一个用于实现接收功能，一个实现发射功能，两者呈相反设置，对于相控阵接收阵列30的其它功能可参阅相控阵发射阵列20进行设置，此处不再一一赘述。

在本申请实施例中，通过Y个合束器32对X个接收单元34接收到的探测介质进行合束，从而形成一束探测介质，该一束探测介质输入至处理器31，其中，通过将至少一个调相器33前置至两个合束器32之间，实现对探测介质进行相位调整。

本申请还提供一种雷达实施例。如图7所示，雷达100包括相控阵发射阵列20和相控阵接收阵列30。本实施例的相控阵发射阵列20与上述实施例的相控阵发射阵列20的结构和功能均相同，对于相控阵发射阵列20的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。本实施例的相控阵接收阵列30与上述实施例的相控阵接收阵列30的结构和功能均相同，对于相控阵接收阵列30的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。

本申请还提供一种智能感应设备实施例，智能感应设备包括雷达。本实施例雷达的结构和功能与上述实施例的雷达的结构和功能相同，对于雷达的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。

对于智能感应设备为能够探测周边物体的方位和距离，并且基于周边物体的方位和距离进行决策的设备，例如：智能机器人、智能汽车、智能飞机等等。

需要注意的是，除非另有说明，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。