本發(fā)明是關(guān)于目標(biāo)識別和檢測、通訊、氣象、遙感、射電天文等領(lǐng)域正在被大量開發(fā)應(yīng)用的雷達技術(shù)領(lǐng)域中采用的毫米波天線和毫米波射頻前端。

背景技術(shù)：

毫米波具有獨特的傳播特性，穿透性強，在中心頻率為35ghz和94ghz的窗口頻段，可以用于通信、偵察和直升機防撞，在中心頻率為60ghz的大氣吸收頻段，可以用于保密通信，汽車防撞，無線局域網(wǎng)等。毫米波雷達是工作在毫米波頻段的雷達統(tǒng)稱。毫米波雷達工作頻段一般為30～300ghz(信號波長為1～10mm)。毫米波雷達的主要優(yōu)點在于其較短的波長，且容易實現(xiàn)較窄的波束寬度，從而在目標(biāo)監(jiān)視方面有較高的角分辨力和低仰角跟蹤能力；能夠做到高增益天線的小型化，并具有較寬的頻帶便于實現(xiàn)高距離分辨特性。但毫米波的不足之處是大氣中傳播衰減嚴(yán)重，毫米波波束窄對搜索目標(biāo)不利，對于樹木植被的滲透度不高，多普勒頻率高導(dǎo)致信號實時捕獲較困難，器件加工精度要求高等。早期毫米波雷達主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著雷達技術(shù)的發(fā)展與進步，毫米波雷達開始應(yīng)用于汽車電子、無人機、智能交通等多個行業(yè)中。目前，市場主流的毫米波雷達傳感器產(chǎn)品多集中在24ghz工作頻段和77ghz工作頻段。長期來看，車載毫米波雷達將會統(tǒng)一于77ghz頻段(76-81ghz)，該頻段帶寬更大、功率水平更高、探測距離更遠(yuǎn)；相比于24ghz，物體分辨準(zhǔn)確度提高2-4倍，測速和測距精確度提高3-5倍，能檢測行人和自行車；且設(shè)備體積更小，更便于在車輛上安裝和部署。未來79ghz頻段(77-81ghz)中短距離毫米波雷達會成為中距離mrr的主流，且有望全面替代24ghz短距離雷達。

毫米波雷達主要是通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號，經(jīng)后方處理后快速準(zhǔn)確地獲取目標(biāo)周圍的物理環(huán)境信息，如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動方向等，然后根據(jù)所探知的物體信息進行目標(biāo)追蹤和識別分類，進而結(jié)合目標(biāo)動態(tài)信息進行數(shù)據(jù)融合，最終通過中央處理單元(ecu)進行智能處理，經(jīng)合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告，或及時對目標(biāo)做出主動干預(yù)。在毫米波收發(fā)系統(tǒng)中通常需要將低頻脈沖調(diào)制線性掃頻信號上變頻到毫米波，或?qū)⒑撩撞ɑ夭ㄐ盘栂伦冾l到低中頻以便容易實現(xiàn)基帶信號的處理。

毫米波雷達與其它頻段雷達的組成類似，包括毫米波天線、毫米波射頻前端、信號處理機、目標(biāo)顯示等部分。為確保雷達整機系統(tǒng)中各組成部分正常工作的電磁兼容性，通常雷達采用各組成部分獨立研制的集成方式，也就是天線、射頻前端、信號處理機以及目標(biāo)顯示等部分，在結(jié)構(gòu)組成、電氣性能劃分上是彼此分開的，從而導(dǎo)致雷達系統(tǒng)的體積大、設(shè)備重量重。毫米波雷達用于對目標(biāo)的探測功能，主要是實現(xiàn)對探測目標(biāo)的測距、測速和測角。測距和測速是測量探測目標(biāo)相對于雷達的徑向距離和徑向速度，采用單發(fā)單收天線即可實現(xiàn)，而測角是測量探測目標(biāo)相對于雷達的方位角和俯仰角，對于天線配置了伺服機構(gòu)的雷達系統(tǒng)，利用天線伺服機構(gòu)便可獲得測角信息，針對小型化、低成本雷達系統(tǒng)，天線無法配置伺服機構(gòu)，且要具備探測目標(biāo)的測角功能，則雷達至少須采用兩個或以上的接收天線，利用多個天線接收信號彼此之間的相位關(guān)系來實現(xiàn)測角功能。雷達天線形式有多種，如微帶貼片天線、波導(dǎo)天線等，不同天線形式，其性能效果是不同的，波導(dǎo)天線饋電損耗小、口徑增益高，局限性是體積大、重量重；微帶天線具有低輪廓優(yōu)點，但損耗大，口徑增益較低，成本較高。對于連續(xù)波體制雷達系統(tǒng)，一般是將發(fā)射天線和接收天線采用分開設(shè)計方式。調(diào)頻連續(xù)波體制下的毫米波天線系統(tǒng),將接收天線與發(fā)射天線分開,通過金屬腔進行隔離。通常，發(fā)射天線和接收天線的設(shè)計間距由天線的方向圖、發(fā)射功率以及接收靈敏度相關(guān)，距離過小會增加天線之間的信號耦合，影響信號接收性能。用于實現(xiàn)毫米波信號的上/下變頻、濾波及放大作用的毫米波射頻前端，用于實現(xiàn)射頻信號的發(fā)射功能的毫米波發(fā)射天線和用于實現(xiàn)目標(biāo)回波信號的接收功能接收天線是毫米波雷達系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，減小整個雷達前端體積的關(guān)鍵就在于天線的設(shè)計尺寸。

隨著毫米波雷達在民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，小型化、低成本和高性能的毫米波雷達系統(tǒng)應(yīng)用需求越來越迫切，一般要求雷達系統(tǒng)具備測距、測速及測角功能，這種應(yīng)用主要針對幾百米距離內(nèi)的較近目標(biāo)，雷達需采用至少兩個以上的接收天線才能實現(xiàn)測角能力，雷達采用的接收天線越多，其設(shè)備體積將越大，實現(xiàn)也越困難，如何兼顧毫米波雷達的測距、測速和測角功能，以及滿足小型化和低成本設(shè)計研制，是目前小型化毫米波雷達系統(tǒng)的設(shè)計難點，因此，毫米波雷達射頻前端的一體化設(shè)計是迫切需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有毫米波天線和毫米波射頻前端設(shè)計存在的不足之處，提供一種實現(xiàn)技術(shù)難度小，收發(fā)集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的毫米波天線一體化設(shè)計的射頻前端。以解決毫米波天線和毫米波射頻前端完全獨立分開設(shè)計，產(chǎn)品體積及重量大、研制成本高的問題，也解決未配置有伺服機構(gòu)的毫米波雷達測角實現(xiàn)問題。

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的方案是：一種毫米波雷達一體化射頻前端，包括：一個單板上集成了毫米波天線和毫米波射頻前端電路，毫米波天線包括分別作為雷達信號接收和信號發(fā)射的毫米波雙收天線和毫米波單發(fā)天線，其特征在于：毫米波天線與毫米波射頻前端電路均放置在單板同一面上，毫米波射頻前端電路位于單板中間位置區(qū)域，毫米波雙收天線和毫米波單發(fā)天線分別位于毫米波射頻前端電路的兩側(cè)區(qū)域，并且通過板級之間的饋線連接毫米波射頻前端電路；在控制信號作用下，毫米波射頻前端電路將產(chǎn)生的射頻信號傳遞到單板背面的發(fā)射饋線上，并經(jīng)與發(fā)射饋線相連的發(fā)射饋源口通孔送至毫米波單發(fā)天線的發(fā)射饋源點，實現(xiàn)毫米波射頻信號的發(fā)射；毫米波雙收天線將接收到的目標(biāo)回波信號分別通過兩個單收天線各自的接收饋源點，經(jīng)接收饋源口通孔和單板背面的接收饋線送至毫米波射頻前端電路中，實現(xiàn)目標(biāo)回波信號的下變頻、濾波及放大處理，輸出中頻信號1和中頻信號2。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

技術(shù)難度小。本發(fā)明針對毫米波天線和毫米波射頻前端電路的設(shè)計，毫米波天線和毫米波射頻前端電路均集成在一個單板上，單板中間區(qū)域放置毫米波射頻前端電路，單板兩側(cè)區(qū)域分別放置毫米波單發(fā)天線和毫米波雙收天線，毫米波天線與射頻前端電路之間通過板級之間的饋線連接，連接結(jié)構(gòu)簡單，線路簡潔，技術(shù)實現(xiàn)難度小，從而解決了毫米波天線和毫米波射頻前端電路的一體化設(shè)計問題。并且采用下變頻、濾波保證了射頻系統(tǒng)的頻譜純度；采用低噪聲放大處理有效降低了接收機噪聲系數(shù)；結(jié)構(gòu)集成一體化設(shè)計保證了射頻收發(fā)前端的電磁兼容性能和便攜性。

收發(fā)集成度高。本發(fā)明采用雙收形式的毫米波接收天線，將毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線進行了分開設(shè)計，將毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線分別布局于毫米波射頻前端電路的兩邊，在有限的空間內(nèi)達到最大的利用，在有限的空間內(nèi)保證了發(fā)射和接收天線之間的隔離度，從而使整個前端系統(tǒng)具有較好的收發(fā)性能、高收發(fā)隔離和兩路接收信號的高相位幅度平衡。采用1路毫米波單發(fā)天線和2路毫米波接收天線，收發(fā)天線分離設(shè)計使得雷達收發(fā)鏈路具有高隔離度,提高了雷達探測目標(biāo)的動態(tài)范圍.兩接收天線設(shè)計使得雷達獲得目標(biāo)回波細(xì)微的相位差,使雷達具備精準(zhǔn)的測角能力。解決了具有測角功能的天線收發(fā)分開設(shè)計的毫米波小型化雷達射頻前端的高集成度設(shè)計問題。

結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低。本發(fā)明將毫米波天線和毫米波射頻前端同時設(shè)計在一個單板上，單板中間區(qū)域放置毫米波射頻前端電路，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲系數(shù)低等優(yōu)良性能，可確保毫米波射頻前端電路中的各電子元器件全部采用通孔連接，單板上無設(shè)計盲孔，解決了射頻電路中有盲孔設(shè)計條件下的電路板加工研制成本高的問題。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明毫米波雷達一體化射頻前端的原理框圖。

圖2是圖1毫米波射頻前端電路的原理框圖。

具體實施方式

參閱圖1。在以下實施例描述的實施例中，一種毫米波雷達一體化射頻前端，包括：一個單板上集成了毫米波天線和毫米波射頻前端電路，毫米波天線包括分別作為雷達信號接收和發(fā)射的毫米波雙收天線和毫米波單發(fā)天線。其中，毫米波單發(fā)天線采用兩排平行微帶陣子形式，并通過中部饋線連線構(gòu)成h結(jié)構(gòu)，發(fā)射饋源口位于饋線中間位置。毫米波雙收天線包括兩兩平行間隔的接收天線，且每個接收天線制有接收饋源口。毫米波天線與毫米波射頻前端電路均放置在單板同一面上，毫米波射頻前端電路位于單板中間位置區(qū)域，毫米波雙收天線和毫米波單發(fā)天線分別位于毫米波射頻前端電路的兩側(cè)區(qū)域，并且通過板級之間的饋線連接毫米波射頻前端電路；在控制信號作用下，毫米波射頻前端電路將產(chǎn)生的射頻信號傳遞到單板背面的發(fā)射饋線上，并經(jīng)與發(fā)射饋線相連的發(fā)射饋源口通孔送至毫米波單發(fā)天線的發(fā)射饋源點，實現(xiàn)毫米波射頻信號的發(fā)射；毫米波雙收天線將接收到的目標(biāo)回波信號分別通過兩個單收天線各自的接收饋源點，經(jīng)接收饋源口通孔和單板背面的接收饋線送至毫米波射頻前端電路中，實現(xiàn)目標(biāo)回波信號的下變頻、濾波及放大處理，輸出中頻信號1和中頻信號2。

參閱圖2。毫米波射頻前端電路包括：位于毫米波接收前端電路1和毫米波接收前端電路2之間的毫米波發(fā)射前端電路，其中，毫米波發(fā)射前端電路包括順次串聯(lián)的壓控振蕩器vco、功分器和帶有發(fā)射饋源口的功率放大器pa，低噪聲放大器lna1和低噪聲放大器lna2分別通過乘法器1和乘法器2串聯(lián)低通濾波器lpf1和低通濾波器lpf2，對接收通道中的兩路信號進行放大和信號濾波；壓控振蕩器vco在外部控制信號作用下所產(chǎn)生的發(fā)射信號送入功分器。毫米波接收前端電路1包括帶有接收饋源口1的低噪聲放大器lna1和通過乘法器1串聯(lián)的低通濾波器lpf1；毫米波接收前端電路2包括帶有接收饋源口2的低噪聲放大器lna2，乘法器2和低通濾波器lpf2。壓控振蕩器vco在外部送入的控制信號作用下，產(chǎn)生毫米波信號送功分器分成三路，一路送功率放大器pa放大后直接輸出至發(fā)射饋源口，第二路送乘法器1，將從接收饋源口1輸入低噪聲放大器lna1的放大信號進行相乘，經(jīng)乘法處理后的放大信號經(jīng)低通濾波器lpf1濾波輸出中頻信號1，第三路送乘法器2，將從接收饋源口2輸入低噪聲放大器lna2的放大信號進行相乘，乘法處理后的放大信號經(jīng)低通濾波器lpf2濾波后輸出中頻信號2。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書及其說明書描述內(nèi)容的保護范圍為準(zhǔn)。