K波段單天線收發裝置製造方法
2024-01-24 07:59:15 1
K波段單天線收發裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了K波段單天線收發裝置，具體涉及電磁波領域。本發明所提供的K波段單天線收發裝置，採用三分貝電橋進行功率分配和收發功能轉換，其通過設置了三分貝電橋，以及分別與所述三分貝電橋電連接的天線和混頻器；其中，三分貝電橋，用於將原始信號分解為發射信號和混頻信號；天線，用於將待發射信號進行發送，和用於接收回波信號，所述回波信號是所述發射信號接觸到被測物後返回的；混頻器，用於將所述待混頻信號和所述回波信號進行混頻，以生成可分析信號，從而通過採用了單天線收發並使用電橋結構完成了功率分配和收發轉換功能。
【專利說明】K波段單天線收發裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁波領域，具體而言，涉及K波段單天線收發裝置。
【背景技術】
[0002]天線(antenna)是一種變換器，它能把傳輸線上傳播的導行波(導行波是全部或絕大部分電磁能量被約束在有限橫截面內沿確定方向傳輸的電磁波)，變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。在無線電設備中用來發射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達、導航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發射或接收的基本特性參數是相同的。這就是天線的互易定理。
[0003]當導體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產生電場與磁場。按電磁場在空間的分布特性，可分為近區，中間區，遠區。設R為空間一點距導體的距離，在R〈〈A/23i時的區域稱近區，在該區內的電磁場與導體中電流，電壓有緊密的聯繫。在R>>A/23i時的區域稱為遠區，在該區域內電磁場能離開導體向空間傳播，它的變化相對於導體上的電流電壓就要滯後一段時間，此時傳播出去的電磁波已不與導線上的電流、電壓有直接的聯繫了，這區域的電磁場稱為輻射場。
[0004]當導線的長度L遠小于波長λ時，輻射很微弱；導線的長度L增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。發射天線正是利用輻射場的這種性質，使傳送的信號經過發射天線後能夠充分地向空間輻射。
[0005]天線在使用的時候，按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。根據頻率範圍的差別，可以將天線分為多個種類，如X頻、K頻(寬頻)、VG-2頻等多個種類，K波段(波長約11?17mm)處於分米波(10?100mm)和毫米波(I?1mm)的交界位置。
[0006]其中，微波測量技術(微波天線的應用)是在電子和微波技術基礎上發展起來的一門重要測量技術，其工作原理是:首先向目標空間發射特定頻段的電磁波(通過前序電路能夠產生特定的待發射信號)，電磁波遇到目標後會有一部分被反射回來，稱為回波；然後接收這些回波信號，並使用特定的裝置和方法，對接受到的回波信號(回波信號也可稱為可分析信號)進行處理、分析，就可以得到目標的相關信息，如，通過分析回波信號中所攜帶的信息，就可以知悉目標的位置、速度、形狀等。
[0007]目前，K波段單天線收發裝置多使用雙天線或使用環形器等器件實現收發轉換，受到雙天線結構或環形器自身條件的影響，使用雙天線或環形器(指使用雙天線或環形器作為收發轉換裝置)做出的收發裝置在體積和成本方面效果並不理想。
【發明內容】
[0008]有鑑於此，本發明實施例的目的在於提供K波段單天線收發裝置，以降低天線製作的成本和減小了整體的體積。
[0009]第一方面，本發明實施例提供了 K波段單天線收發裝置，包括:三分貝電橋，以及分別與所述三分貝電橋電連接的天線和混頻器；
[0010]三分貝電橋，用於將預設信號分解為發射信號和混頻信號；
[0011]天線，用於將待發射信號進行發送，和用於接收回波信號，所述回波信號是所述發射信號接觸到被測物後返回的；
[0012]混頻器，用於將所述待混頻信號和所述回波信號進行混頻，以生成可分析信號。
[0013]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，還包括:頻率合成器、鎖相環和倍頻器，所述頻率合成器、鎖相環、倍頻器和三分貝電橋順序連接;
[0014]頻率合成器，用於生成預設頻率的原始參考信號；
[0015]鎖相環，用於根據上述原始參考信號，穩定鎖出預設頻點的中間參考信號；
[0016]倍頻器，用於將所述中間參考信號的頻率倍頻為預設信號的頻率。
[0017]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述鎖相環包括鑑相器、濾波器和壓控振蕩器；
[0018]鑑相器，用於確定所述原始參考信號和壓控振蕩器輸出信號的相差信號；
[0019]濾波器，用於濾出所述相差信號；
[0020]壓控振蕩器，用於根據所述相差信號，對所述中間參考信號進行振蕩。
[0021]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述濾波器為低通濾波器。
[0022]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，還包括連接在所述倍頻器和所述三分貝電橋之間的第一放大器和濾波器。
[0023]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，還包括第二放大器，用於放大所述可分析信號。
[0024]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述頻率合成器為數字式頻率合成器。
[0025]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，還包括晶體振蕩器，用於生成預設頻率的時鐘信號，並將所述時鐘信號發送給所述頻率合成器、鎖相環、倍頻器、三分貝電橋和混頻器。
[0026]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述發射信號和混頻信號的頻率相等。
[0027]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第九種可能的實施方式，其中，倍頻器為2倍頻器。
[0028]本發明實施例提供的K波段單天線收發裝置，採用三分貝電橋進行功率分配和收發功能轉換，與現有技術中的使用環形器而造成天線效果不理想相比，其通過設置了三分貝電橋，以及分別與所述三分貝電橋電連接的天線和混頻器；其中，三分貝電橋，用於將原始信號分解為發射信號和混頻信號；天線，用於將待發射信號進行發送，和用於接收回波信號，所述回波信號是所述發射信號接觸到被測物後返回的；混頻器，用於將所述待混頻信號和所述回波信號進行混頻，以生成可分析信號，從而通過採用了單天線收發並使用電橋結構完成了功率分配和收發轉換功能。
[0029]為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
[0031]圖1示出了本發明實施例所提供的一種K波段單天線收發裝置的基本結構圖；
[0032]圖2示出了本發明實施例所提供的另一種K波段單天線收發裝置的優化結構圖；
[0033]圖3示出了本發明實施例所提供的另一種K波段單天線收發裝置的鎖相環細節結構圖；
[0034]圖4示出了本發明實施例所提供的另一種K波段單天線收發裝置的混頻器混合信號的示意圖；
[0035]圖5示出了本發明實施例所提供的另一種K波段單天線收發裝置的原始參考信號示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0037]本發明實施例1提供了 K波段單天線收發裝置，如圖1所示，包括:三分貝電橋101，以及分別與所述三分貝電橋101電連接的天線102和混頻器103 ；
[0038]三分貝電橋101，用於將預設信號分解為發射信號和混頻信號；
[0039]天線102，用於將待發射信號進行發送，和用於接收回波信號，所述回波信號是所述發射信號接觸到被測物後返回的；
[0040]混頻器103，用於將所述待混頻信號和所述回波信號進行混頻，以生成可分析信號。
[0041]其中，三分貝電橋101可雙向工作，其分別與天線102和混頻器103電連接，並且通過前序電路獲取需要發送的信號，也就是原始信號。在獲取到原始信號之後，將原始信號按照預定的比例轉化為兩部分，一部分是需要通過天線102發出的發射信號，另一部分是需要與返回的信號進行疊加的混頻信號。需要說明的是，前序電路是指能夠產生原始信號的電路，在相關技術中，已經有能夠產生原始信號的電路，在此不再贅述。
[0042]天線102的作用是將發射信號發出，並且接收發射信號在遇到被測物後返回的回波信號。本發明所使用的天線102可以是單天線。
[0043]混頻器103的作用是將三分貝電橋101所提供的發射信號和天線102所接收到的回波信號進行混頻。如圖1、圖2和圖4所示，混頻是指將發射信號和回波信號進行疊加，具體的如將兩個矩形波信號疊加成方波信號，以便於後續電路中進行分析。圖4中的401是混頻信號，402是回波信號。
[0044]進一步，本發明所提供的K波段單天線收發裝置，還包括:頻率合成器106、鎖相環105和倍頻器104，所述頻率合成器106、鎖相環105、倍頻器104和三分貝電橋101順序連接;
[0045]頻率合成器106，用於生成預設頻率的原始參考信號；
[0046]鎖相環105，用於根據上述原始參考信號，穩定鎖出預設頻點的中間參考信號；
[0047]倍頻器104，用於將所述中間參考信號的頻率倍頻為預設信號的頻率。
[0048]頻率合成器106用於根據上位機所下達的指令生成原始信號，如圖5所示，原始信號的頻率等參數可以根據具體情況的要求進行調整。
[0049]鎖相環(phase-locked loop)為無線電發射中使頻率較為穩定的一種裝置，主要有VCO(壓控振蕩器)和PLL IC(鎖相環集成電路)，通常，壓控振蕩器給出一個基本信號，該信號的一部分作為輸出，另一部分通過分頻與PLL IC所產生的本振信號作相位比較，為了保持頻率不變，就要求相位差不發生改變，如果有相位差的變化，則PLL IC的電壓輸出端的電壓發生變化，去控制VC0，直到相位差恢復，達到鎖頻的目的。進而能使受控振蕩器的頻率和相位均與輸入信號保持確定關係的閉環電子電路。
[0050]倍頻器104使用來調整輸入信號的頻率，以使原始信號的頻率達到預定的要求。
[0051]具體的，如圖3所示，所述鎖相環105包括鑑相器1051、濾波器1052和壓控振蕩器1053 ；
[0052]鑑相器1051，用於確定所述原始參考信號和壓控振蕩器1053輸出信號的相差信號;
[0053]濾波器1052，用於濾出所述相差信號；
[0054]壓控振蕩器1053，用於根據所述相差信號，對所述中間參考信號進行振蕩。
[0055]鑑相器1051，能夠鑑別出輸入信號的相差的器件，也可以用於調頻和調相信號的解調。
[0056]壓控振蕩器1053，該振蕩器的工作狀態和性能受到輸入的控制電壓的作用，也就是可以通過調整上位機向其發送的控制電壓，進而調整壓控振蕩器1053的工作狀態，也就調整了原始信號的狀態。
[0057]需要說明的是，如圖3所示，鑑相器1051、濾波器1052和壓控振蕩器1053可以是循環的對原始信號進行調整，有壓控振蕩器1053所輸出的信號可以再次返回鑑相器1051。
[0058]具體的，所述濾波器1052為低通濾波器，以容許低於截止頻率的信號通過。
[0059]在信號的幅值和質量不足的時候，可以通過設置放大器和濾波器1052來提高原始信號的幅值和質量，也就是本發明所提供的K波段單天線102收發裝置還包括連接在所述倍頻器104和所述三分貝電橋101之間的第一放大器和濾波器。
[0060]在混頻器103將回波信號和混頻信號進行疊加之後，便可以由後續的電路對疊加生成的可分析信號進行分析，但考慮到信號的幅值可能過低，因此可以通過放大器來對可分析信號進行放大。也就是本發明提供的K波段單天線收發裝置還包括第二放大器，用於放大所述可分析信號，第二放大器與混頻器103輸出端連接。
[0061]具體的，所述頻率合成器106為數字式頻率合成器106。
[0062]為了使K波段單天線收發裝置中的各部分的動作頻率統一，還需要使用相同的時鐘信號來矯正各個部分的時鐘，也就是本發明所提供的K波段單天線收發裝置還包括晶體振蕩器，用於生成預設頻率的時鐘信號，並將所述時鐘信號發送給所述頻率合成器106、鎖相環105、倍頻器104、三分貝電橋101和混頻器103。
[0063]為了能夠使混頻器103所生成的可分析信號是均勻的，所述發射信號和混頻信號的頻率相等。
[0064]根據具體的使用情況，使用的倍頻器104為2倍頻器104。
[0065]下面以具體的一個使用例還說明本發明所提供的K波段單天線102收發裝置的工作流程:
[0066](I)、由晶體振蕩器產生頻率為10MHz的時鐘信號，為後續電路提供時鐘參考。
[0067](2)、直接數字式頻率合成器106 (DDS)生成頻率為120?125MHz的掃頻信號，以鋸齒波為例，該掃頻信號的頻率以時間T為周期，均勻從120MHz增加到125MHz，其隨時間t的變化如圖2中注釋I所示。本部分掃頻信號的波形可根據不同設計要求進行調整。
[0068](3)、由鎖相環(PLL)輸出12?12.5GHz掃頻信號。其中鎖相環105由鑑相器H)、低通濾波器LPF和壓控振蕩器VCO等三個晶片組成。本部分輸出的掃頻信號頻率可根據不同設計要求進行調整。
[0069](4)、由倍頻器104輸出24?25GHz掃頻信號。該掃頻信號的波形如注釋3所示。本部分，倍頻器104是一個二倍頻器，可根據不同設計要求進行調整。
[0070](5)、放大器(第一放大器)的工作頻率與倍頻器104的輸出信號相匹配，其作用是對倍頻器104的輸出信號進行放大。
[0071](6)、由濾波器1052對放大器的輸出信號進行濾波，本案例選用的是一個24?25GHz帶通濾波器，可根據不同的設計要求進行調整。
[0072](7)、由三分貝電橋101將來自濾波器1052的信號分為兩部分，一部分用於天線102進行發射，另一部分用於混頻器103的本振信號。同時，由三分貝電橋101將來自天線102的回波信號分配到混頻器103的射頻信號。
[0073](8)、由天線102進行24?25GHz掃頻信號的發射，當發射信號遇到物體後，會有部分信號被反射回來(以下稱為回波信號)，此時，由天線102對回波信號進行接收。
[0074](9)、由混頻器103對本振信號和回波信號進行混頻，輸出包含目標信息的混頻信號ft。
[0075](10)、由輸出放大器(第二放大器)對信號ft進行放大。
[0076](11)、由信號輸出端對信號ft進行處理、輸出。信號ft與掃頻信號的帶寬和周期相關。
[0077](12)、由控制模塊對前述所有需要偏置和數字控制的晶片進行控制，並由控制模塊提供本K波段單天線雷達收發機與外界交互的接口。此處選用了單片機(MCU)作為控制主晶片，當然，也可選用其它可編程晶片作為控制主晶片。
[0078]本發明的晶體振蕩器、頻率合成器106和鎖相環105，分別採用了晶振技術、DDS技術和鎖相技術，保證了信號源的品質；在三分貝電橋101、和天線102採用了單天線收發並採用電橋結構同時完成功率分配和收發轉換功能，節約了成本、減小了體積；同時，本發明採用了 K波段技術，具有較寬的帶寬，為測量精度提供了保障。
[0079] 以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.K波段單天線收發裝置，其特徵在於，包括:三分貝電橋，以及分別與所述三分貝電橋電連接的天線和混頻器； 三分貝電橋，用於將預設信號分解為發射信號和混頻信號； 天線，用於將待發射信號進行發送，和用於接收回波信號，所述回波信號是所述發射信號接觸到被測物後返回的； 混頻器，用於將所述待混頻信號和所述回波信號進行混頻，以生成可分析信號。
2.根據權利要求1所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，還包括:頻率合成器、鎖相環和倍頻器，所述頻率合成器、鎖相環、倍頻器和三分貝電橋順序連接； 頻率合成器，用於生成預設頻率的原始參考信號； 鎖相環，用於根據上述原始參考信號，穩定鎖出預設頻點的中間參考信號； 倍頻器，用於將所述中間參考信號的頻率倍頻為預設信號的頻率。
3.根據權利要求1所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，所述鎖相環包括鑑相器、濾波器和壓控振蕩器； 鑑相器，用於確定所述原始參考信號和壓控振蕩器輸出信號的相差信號； 濾波器，用於濾出所述相差信號； 壓控振蕩器，用於根據所述相差信號，對所述中間參考信號進行振蕩。
4.根據權利要求3所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，所述濾波器為低通濾波器。
5.根據權利要求2所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，還包括連接在所述倍頻器和所述三分貝電橋之間的第一放大器和濾波器。
6.根據權利要求2所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，還包括第二放大器，用於放大所述可分析信號。
7.根據權利要求2所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，所述頻率合成器為數字式頻率合成器。
8.根據權利要求2所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，還包括晶體振蕩器，用於生成預設頻率的時鐘信號，並將所述時鐘信號發送給所述頻率合成器、鎖相環、倍頻器、三分貝電橋和混頻器。
9.根據權利要求1所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，所述發射信號和混頻信號的頻率相等。
10.根據權利要求2所述的K波段單天線收發裝置，其特徵在於，倍頻器為2倍頻器。
【文檔編號】H04B1/40GK104485972SQ201410781739
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】劉解華, 李雨昂, 李保柱, 王曉勇, 李振倉 申請人:北京華力創通科技股份有限公司