太赫兹相控阵列系统的模拟基带电路技术方案

本发明专利技术提供一种用于确定目标的位置的方法。在相控阵列系统（200）中，（通常）在连续循环中从相控阵列（204）（其具有若干收发器（206-1至206-N））发射太赫兹辐射的若干发射脉冲。这些发射脉冲一般被配置为被目标反射以便由扫描范围（其包括具有若干采样周期的数字化窗口）内的相控阵列接收。然后，对每个收发器（206-1至206-N）的输出信号进行组合以产生每个循环的组合信号。对发射脉冲的数字化窗口内的每个采样周期中的组合信号求平均以产生数字化窗口内的每个采样周期的平均信号。然后将这些平均信号数字化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太赫兹相控阵列系统的模拟基带电路
本专利技术总体涉及相控阵列，并且特别涉及“片上”太赫兹相控阵列系统。
技术介绍
相控阵列系统已经变得常见，其具有几种用途。相控阵列系统的最常见用途是雷达系统(例如脉冲雷达和多普勒频移雷达)。事实上，相控阵列雷达已经取代了大部分的前几代机械扫描雷达系统，因为机械组件被电子器件所代替使得磨损造成的失效的可能性更低，并且因为扫描速率要高得多。图1是描述常规相控阵列系统100的基本功能的框图。系统100通常包含信号发生器102、移相器104-1至104-K、包含辐射器106-1至106-K的相控阵列106以及方向控制器108。在操作中，信号发生器102提供将要发射的信号(例如脉冲雷达的脉冲)。基于期望的方向，方向控制器108将控制信号提供给移相器104-1至104-K，移相器104-1至104-K改变提供给相控阵列内的每个辐射器106-1至106-K的信号的相位。由于通过辐射器106-1至106-K发射的信号通常彼此异相，因此辐射信号的相长干涉和相消干涉在期望的方向上形成波束。然而，这些常规系统受限于常规射频(RF)频率范围。例如，常规雷达的频率范围在3MHz(针对HF频段雷达)和110GHz(针对W频段雷达)之间。使用这些相对低频率范围的原因在于在太赫兹频率范围(其通常在0.1THz和10THz之间)中相干辐射的致密半导体源在历史上是不可用的。通常，随着频率的增加，微波范围内的电子器件和振荡器用尽了功率增益，并且典型的宽带红外黑体源在该范围内开始失去可用功率。然而，由于太赫兹辐射的独特属性，其用途得到高度期望。即，太赫兹辐射具有较低频率辐射(例如微波)和较高频率辐射(例如可见光)的属性，前者是因为太赫兹辐射可以以电学方式生成，后者是因为能够利用光学对其进行控制。目前，存在两种通用类型的太赫兹源：非相干源和相干源。非相干源通常是宽带非相干热源，其包括超短飞秒脉冲激光激发光导天线、非线性电光晶体或非线性传输线，其受困于非常差的转换效率(1W激光脉冲产生在nW-mW范围内的宽带能量)。相干源通常是窄带连续波(CW)相干源，其包括二极管倍增微波振荡器、利用二氧化碳激光器泵浦甲醇或氰酸的气体激光器、不同混频的光学向下变频以及半导体量子激光发射。然而，这些相干源通常消耗大量功率、不是致密的、需要特殊材料和/或是昂贵的。因此，存在对太赫兹辐射的致密源的需求，即将其集成到集成电路中。常规电路的一些示例包括：Williams，“FillingtheTHzGap”，doi:10.1088/0034-4885/69/2/R01；Heydari等，“Low-Powermm-WaveComponentsupto104GHzin90nmCMOS”，ISSCC2007，pp.200-201，February2007，SanFrancisco，CA；LaRocca等，“Millimeter-WaveCMOSDigitalControlledArtificialDielectricDifferentialModeTransmissionLinesforReconfigurableICs”，IEEEMTT-SIMS，2008；Scheir等，“A52GHzPhased-ArrayReceiverFront-Endin90nmDigitalCMOS”JSSCDec.2008，pp.2651-2659；Straayer等，“AMulti-PathGatedRingOscillatorTDCWithFirst-OrderNoiseShaping”，IEEEJ.ofSolidStateCircuits，Vol.44，No.4，April2009，pp.1089-1098；Huang，“Injection-LockedOscillatorswithHigh-Order-DivisionOperationforMicrowave/Millimeter-waveSignalGeneration”，Dissertation，October9,2007；Cohen等，“AbidirectionalTX/RXfourelementphased-arrayat60HGzwithRF-IFconversionblockin90nmCMOSprocesses”，2009IEEERadioFreq.IntegratedCircuitsSymposium，pp.207-210；Koh等，“AMillimeter-Wave(40-65GHz)16-ElementPhased-ArrayTransmitterin0.18-μmSiGeBiCMOSTechnology”，IEEEJ.ofSolidStateCircuits，Vol.44，No.5，May2009，pp.1498-1509；York等，“Injection-andPhase-lockingTechniquesforBeamControl”，IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，Vol.46，No.11，Nov.1998，pp.1920-1929；Buckwalter等，“AnIntegratedSubharmonicCoupled-OscillatorSchemefora60-GHzPhasedArrayTransmitter”，IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，Vol.54，No.12，Dec.2006，pp.4271-4280；以及PCT公开No.WO2009028718。
技术实现思路
因此，本专利技术的示例性实施例提供一种方法。该方法包括：从具有多个收发器的相控阵列中生成太赫兹辐射的多个发射脉冲，其中每个发射脉冲被配置为被目标反射以便由相控阵列在扫描范围内接收，并且其中该扫描范围包括具有多个采样周期的数字化窗口；对每个收发器的输出信号进行组合以生成每个发射脉冲的组合信号；针对多个发射脉冲，对数字化窗口内的每个采样周期中的组合信号求平均以产生数字化窗口内的每个采样周期的平均信号；以及将数字化窗口内的每个采样周期的平均信号数字化。根据本专利技术的另一示例性实施例，数字化窗口还包含多个采样时刻，并且其中求平均的步骤还包括：在每个采样时刻启用多个开关中的至少一个；以及对与所启用的开关相关联的电容器进行充电。根据本专利技术的另一示例性实施例，数字化窗口还包含来自多个数字化窗口的第一数字化窗口，并且其中所述方法还包括：针对第一数字化窗口执行生成、组合、求平均和数字化的步骤；基于目标是否存在来确定是否继续扫描；以及如果目标不存在，则重复执行的步骤。根据本专利技术的另一示例性实施例，数字化窗口还包含来自多个数字化窗口的第一数字化窗口，并且其中所述方法还包括针对多个数字化窗口中的每个数字化窗口执行生成、组合、求平均和数字化的步骤。根据本专利技术的另一示例性实施例，提供一种装置。该装置包含：本地振荡器，其生成本地振荡器信号和脉冲信号；多个收发器，其中每个收发器从本地振荡器接收本地振荡器信号和脉冲信号，并且其中每个收发器为多个发射循环中的每个发射循环提供输出信号；以及接收器电路系统，其根据收发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：从具有多个收发器的相控阵列中生成太赫兹辐射的多个发射脉冲，其中每个发射脉冲被配置为被目标反射以便由所述相控阵列在扫描范围内接收，并且其中所述扫描范围包括具有多个采样周期的数字化窗口；对每个所述收发器的输出信号进行组合以生成每个发射脉冲的组合信号；针对所述多个发射脉冲，对数字化窗口内的每个采样周期中的所述组合信号求平均以产生所述数字化窗口内的每个采样周期的平均信号；以及将所述数字化窗口内的每个采样周期的所述平均信号数字化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.12 US 13/085,2641.一种处理信号的方法，其包括：从具有多个收发器的相控阵列生成太赫兹辐射的多个发射脉冲，其中每个发射脉冲被配置为被目标反射以便由所述相控阵列在扫描范围内接收，并且其中所述扫描范围包括具有多个采样周期的数字化窗口；对每个所述收发器的输出信号进行组合以生成每个发射脉冲的组合信号；针对所述多个发射脉冲，在数字化窗口内的每个采样周期中对所述组合信号求平均以产生所述数字化窗口内的每个采样周期的平均信号；以及将所述数字化窗口内的每个采样周期的所述平均信号数字化。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数字化窗口还包含多个采样时刻，并且其中求平均的步骤还包括：在每个采样时刻启用多个开关中的至少一个；以及对与所启用的开关相关联的电容器进行充电。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述数字化窗口还包含来自多个数字化窗口的第一数字化窗口，并且其中所述方法还包括：针对所述第一数字化窗口执行生成、组合、求平均和数字化的步骤；基于所述目标是否存在来确定是否继续扫描；以及如果所述目标不存在，则重复执行的步骤。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述数字化窗口还包含来自多个数字化窗口的第一数字化窗口，并且其中所述方法还包括针对所述多个数字化窗口中的每个数字化窗口执行生成、组合、求平均和数字化的步骤。5.一种处理太赫兹辐射的脉冲的装置，其包含：本地振荡器，其生成本地振荡器信号和脉冲信号；多个收发器，其中每个收发器从所述本地振荡器接收所述本地振荡器信号和所述脉冲信号，并且其中每个收发器为多个发射循环中的每个发射循环提供输出信号；以及接收器电路系统，其根据所述收发器的每个输出信号生成组合信号，并且其包含模拟基带电路，其中所述模拟基带电路对时间窗口内的多个采样周期的所述组合信号求平均，从而生成多个平均信号并将所述多个平均信号转化为数字信号。6.根据权利要求5所述的装置，其中反射和接收的辐射在所述时间窗口期间被数字化。7.根据权利要求5所述的装置，其中所述时间窗口还包括多个采样时刻，并且其中所述模拟基带电路还包含：用于在每个采样时刻启用多个开关中的至少一个的装置；以及用于对与所启用的开关相关联的电容器进行充电的装置。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述时间窗口还包括来自多个数字化窗口的第一数字化窗口，并且其中所述装置还包括：用于针对所述第一数字化窗口执行生成、组合、求平均和数字化的步骤的装置；用于基于目标是否存在来确定是否继续扫描的装置；以及用于在所述目标不存在的情况下重复执行的步骤的装置。9.一种处理太赫兹辐射的脉冲的装置，其包含：本地振荡器，其生成本地...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·若马斯万迈，V·B·瑞塔拉，B·P·金斯伯格，B·S·哈龙，E·赛奥克，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：
国别省市：