CN103250068B - 基带放大部件以及脉冲雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使干扰信号衰减、并且不会使干扰信号饱和而对反射波大幅放大的脉冲雷达装置。在从天线3发送了对发送控制信号进行调制而得到的发送脉冲波之后转移到发送脉冲波被对象物体反射而生成的反射波的待机模式的脉冲雷达装置1中，设置基带放大部件5。基带放大部件5具有：第1反转放大器52，对反射波进行放大；第1开关电路51，在发送控制信号的上升时间前切换为切断状态，在发送控制信号的下降时间返回通过状态，使输入到第1反转放大器52的反射波通过；以及第2开关电路53，在第1开关电路51成为切断状态前切换为切断状态，在发送控制信号的下降时间返回通过状态，使从第1反转放大器52输出的信号通过。

Description

基带放大部件以及脉冲雷达装置

技术领域

本发明涉及能够改善近距离的测距的精度的近距离脉冲雷达装置以及其零件。

背景技术

脉冲雷达装置生成发送脉冲波，将其从天线向对象物体进行发送，并且在探测时间内用天线接收由对象物体反射的脉冲波（反射波）。通过外差方式或者零差方式等对所接收的反射波进行检波。通过基带放大部件对检波后的反射波进行放大。之后，通过A（模拟）/D（数字）变换电路变换为数字信号。变换后的数字信号被输入到CPU，并用于通过软件检测距离、相对速度等。

在脉冲雷达装置的基带放大部件中，为了确保测距的精度，必须通过比较大的增益对反射波进行放大，以使得成为能够进行A/D变换的水平。此时，在放大电路内绕回的发送脉冲波、在脉冲雷达装置内在发送接收的切换动作时发生的切换噪声作为干扰信号而被输入到基带放大部件。作为其对策，放大器仅在探测时间内进行信号放大即可，但在放大器中，通过内部、周边电路的充放电，难以高速地控制增益。因此，要求去除干扰信号的技术。

作为干扰信号的去除对策，例如有专利文献1公开的技术。在该技术中，与发送脉冲波同步地通过切换元件来控制接收信号的通过和切断，在控制之后，使接收信号的脉冲波形的下降延迟，接收控制单元在开始了接收信号的通过之后，延迟规定时间而对接收信号进行A/D变换。

专利文献1：日本特开2007－139691号公报

发明内容

在专利文献1公开的技术中，为了使接收信号的脉冲波形的下降延迟，无法进行近距离的测距。另外，与延迟的量对应地精度也恶化。

在为了提高精度而希望对反射波进行放大的情况下，通过放大器干扰信号也被放大，而该干扰信号的水平大于反射波，所以产生信号饱和这样的问题。如果干扰信号饱和，则干扰信号的波形变大，并且，产生信号的基线（GND）的紊乱，与反射波重叠，而无法对信号正确地进行A/D变换，测距的精度显著降低。特别，干扰信号接近发送脉冲波，所以在近距离下受到大的影响。

本发明为了解决这样的问题，将以下内容作为主要的课题，即提供一种近距离脉冲雷达装置，该近距离脉冲雷达装置能够使发送脉冲波的绕回、切换噪声等干扰信号衰减，并且不会使干扰信号饱和而使反射波大幅放大，由此能够提高测距精度。

解决以上的课题的本发明的基带放大部件被设置于脉冲雷达装置，该脉冲雷达装置在将对发送控制信号进行调制而得到的发送脉冲波从天线向处于近距离的对象物体进行发送之后转移到来自所述对象物体的反射波的待机模式。该基带放大部件具备：第1放大器，对所述反射波进行放大；第1切换单元，将向所述第1放大器输入的反射波从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；第2切换单元，将从所述第1放大器输出的信号从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；以及控制单元，输出以将所述第1切换单元在发送控制信号的上升时间前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第1切换控制信号，另一方面，输出以将所述第2切换单元在第1切换单元成为切断状态前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第2切换控制信号。

本发明的基带放大部件能够通过由第1切换单元发生的切换噪声，使由于发送脉冲波的发送以及反射波的接收而发生的干扰信号衰减。因此，在第1放大器中，不会使干扰信号饱和，而能够对反射波大幅放大。另外，能够通过由第2切换单元发生的切换噪声而使由第1切换单元发生的切换噪声衰减。因此，能够使切换噪声大幅衰减。这样，能够使干扰电波衰减而放大反射波，所以能够提高测距精度。

基带放大部件还具备：第2放大器，对从所述第2切换单元输出的信号进行放大；以及第3切换单元，将从所述第2放大器输出的信号从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换。在该情况下，所述控制单元构成为输出以将所述第3切换单元在所述发送控制信号的上升时间前且所述第1切换单元成为切断状态之后切换为通过状态并且在对于接收所述反射波充分的时间返回切断状态的方式进行控制的第3切换控制信号。

在这样的结构中，能够通过第3切换单元使由第2切换单元发生的切换噪声衰减。另外，能够通过第2放大器更大幅地放大反射波。

所述第1切换单元、所述第2切换单元、以及所述第3切换单元优选以相同极性动作。另外，所述第1放大器以及所述第2放大器优选为反转放大器。

本发明的脉冲雷达装置，具备：发送机，生成通过高频信号对发送控制信号进行调制而得到的发送脉冲波并从天线向对象物体进行发送；接收器，对由天线接收的来自所述对象物体的反射波进行检波；放大器，对所述反射波进行放大；第1切换单元，将向所述放大器输入的反射波从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；第2切换单元，将从所述放大器输出的信号从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；以及控制单元，输出以将所述第1切换单元在发送控制信号的上升时间前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第1切换控制信号，另一方面，输出以将所述第2切换单元在第1切换单元成为切断状态之前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第2切换控制信号。

如以上那样，本发明通过具备切换单元以及放大器，能够在极力抑制干扰信号的同时放大反射波。由此，能够提高测距精度。

附图说明

图1是脉冲雷达装置的结构图。

图2是用于说明第1～第3开关电路的动作定时的图。

图3是向基带放大部件的输入信号以及第1～第3开关电路的输出波形的例示图。

图4是示出基于基带放大部件的有无的、脉冲雷达装置的输出信号的差异的图，图4（a）是未设置基带放大部件的情况，图4（b）是设置基带放大部件的情况。

图5是基带放大部件的其他例子的结构图。

图6是用于说明其他例子的基带放大部件的动作定时的图。

（符号说明）

1：脉冲雷达装置；2：高频振荡器；3：发送接收用天线；4：脉冲波发送接收器；41：3dB耦合器；42：二状态设备；5：基带放大部件；51：第1开关电路；52：第1反转放大器；53：第2开关电路；54：第2反转放大器；55：第3开关电路；56：控制器。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明将本发明应用于在毫米波带中使用的雷达装置的情况的实施方式。

图1是应用了本发明的脉冲雷达装置1的结构图。

脉冲雷达装置1具备发送接收用的高频振荡器2、发送接收用天线3、脉冲波发送接收器4、以及基带放大部件5。脉冲雷达装置1使用由高频振荡器2生成的高频信号来生成发送脉冲波而向对象物体进行发送。另外，在发送脉冲波的发送后，转移到来自对象物体的反射波的待机模式而接收反射波。能够通过从发送脉冲波的发送至反射波的接收为止的时间检测从接收内容至对象物体的距离、相对速度。优选地，脉冲波发送接收器4、以及基带放大部件5被收容于同一容器或者框体。这样的脉冲雷达装置1能够用于例如可车载的短距离用雷达。

高频振荡器2发生高频信号、例如毫米波信号而输入到脉冲波发送接收机4。关于高频信号，在发送时用于发送脉冲波的生成，在接收时用于外差检波或者零差检波等检波。

发送接收用天线3在发送时发送从3dB耦合器41送出的发送脉冲波。在接收时，接收来自对象物体的反射波。将反射波作为接收信号送到脉冲波发送接收机4。

脉冲波发送接收器4具备3dB耦合器41以及二状态设备42。脉冲波发送接收器4通过高频信号对后述的发送控制信号进行调制而生成发送脉冲波，通过高频信号对反射波进行检波。

3dB耦合器41是例如具备第1～第4端子的4端子设备。从第1、第2端子输入的信号从第3、第4端子的各个被输出为电力是1/2且相位相互相差90度的信号。同样地，从第3、第4端子输入的信号从第1、第2端子的各个输出为电力是1/2且相位相互相差90度的信号。在第1端子与第2端子之间、第3端子与第4端子之间，进行信号的输入输出。

对第1端子从高频振荡器2输入高频信号。对第2端子连接发送接收用天线3。第2端子在发送时向发送接收用天线3送出发送脉冲波，在接收时从发送接收用天线4输入反射波。对第3、第4端子分别连接二状态设备42。

二状态设备42在与3dB耦合器41的第3、第4端子之间取得阻抗匹配状态和阻抗不匹配状态。如果二状态设备42成为阻抗匹配状态，则从3dB耦合器41输出的信号被送到基带放大部件5侧。反射波的接收时是该状态。如果二状态设备42成为阻抗不匹配状态，则在3dB耦合器41的二状态设备42侧发送脉冲波实质上被全反射。发送脉冲波的发送时是该状态。在二状态设备6、7中，能够使用例如肖特基势垒二极管。

基带放大部件5对从脉冲波发送接收器4输入的信号（以下，称为“输入信号”）进行放大。在来自脉冲波发送接收器4的输入信号中，除了由脉冲波发送接收器4检波的反射波以外，还包含发送脉冲波的绕回、通过脉冲波发送接收器4在发送接收的切换时发生的切换噪声等干扰信号。在该实施方式中，基带放大部件5是第1～第3开关电路51、53、55和第1、第2反转放大器52、54串联地连接而构成的，还具备进行第1～第3开关电路51、53、55的切换控制以及二状态设备42的动作控制的控制器56。在第1反转放大器52的前后配置第1、第2开关电路51、53，在第2反转放大器54的前后配置第2、第3开关电路53、55。

控制器56生成作为用于切换二状态设备42的阻抗的匹配状态、不匹配状态的脉冲信号的发送控制信号、以及用于控制基带放大部件5的第1～第3开关电路51、53、55的通过/切断状态的第1～第3切换控制信号并分别送出。控制器56与从外部输入的基准信号同步地生成发送控制信号以及第1～第3切换控制信号。由于控制器56通过第1～第3切换控制信号控制第1～第3开关电路51、53、55的各个的通过/切断，能够控制第1～第3开关电路51、53、55所致的延迟时间。

关于第1～第3开关电路51、53、55，能够使用通用的高频对应的二极管、高速且低电流的FET，在重视低失真的情况下，能够使用MEMS等。另外，控制器56也可以与基带放大部件5独立地另外设置。

图2是说明第1～第3开关电路51、53、55的动作定时的图。

在第1开关电路51中，使输入信号中包含的发送脉冲波的绕回、由脉冲波发送接收器4发生的切换噪声衰减。第1开关电路51通常是通过状态，在发送脉冲波的发送开始（上升）前成为切断状态，在发送脉冲波的发送结束（下降）时成为通过状态。虽然通过第1开关电路51的通过/切断的切换而发生噪声，但与由脉冲波发送接收器4发生的切换噪声合成而衰减切换噪声。

第1反转放大器52对从第1开关电路51输入的信号进行反转放大。

第2开关电路53使由第1反转放大器52反转放大了的发送脉冲波的绕回、脉冲波发送接收器4所致的切换噪声以及第1开关电路51所致的通过/切断切换时的噪声衰减。第2开关电路53通常是通过状态，在第1开关电路51迁移到切断状态之前成为切断状态，在发送脉冲波的发送结束（下降）时成为通过状态。关于脉冲波发送接收器4所致的切换噪声以及第1开关电路51所致的噪声的合成波形，通过第1反转放大器52极性反转，所以与第2开关电路53所致的噪声合成而被衰减。

第2反转放大器54对从第2开关电路53输入的信号进行反转放大。

第3开关电路55使通过由第2反转放大器54反转放大了的第1、第2开关电路51、53发生的噪声衰减。第3开关电路55通常是切断状态，在第1开关电路51是切断状态并且发送脉冲波的发送开始前成为通过状态，在经过了用于测距的探测时间之后成为切断状态。通过第3开关电路55在通过/切断的切换时发生的噪声成为探测时间以外而不被放大，所以不会对反射波造成影响。

也可以在第3开关电路55的后段还设置放大器。该放大器具有使由第3开关电路55发生的噪声不饱和那样的增益。另外，也可以为了高频噪声用而附加滤波器。在该情况的滤波器中，优选使用相位偏移和群延迟特性良好的、贝塞尔滤波器、高斯滤波器等来减少脉冲波的波形的紊乱。

在这样的结构的基带放大部件5中，使用第1、第2反转放大器52、54以及高位有效的第1～第3开关电路51、53、55，第1～第3开关电路51、53、55分别连动地动作，从而能够实现增益的分配且反射波的极性不会反转。另外，由于使用相同种类的第1～第3开关电路51、53、55，所以能够简化电路，能够使噪声大幅衰减并且对反射波大幅放大。另外，在该实施方式中，高位有效地构成第1～第3开关电路51、53、55而简化了电路结构，但也可以所有开关电路是低位有效。即，第1～第3开关电路51、53、55的极性相同即可。

通过第1～第3开关电路51、53、55的切换动作，分别发生噪声。但是，如上所述，关于在第1开关电路51中发生的切换噪声，在第1反转放大器52中被反转，所以通过在第2开关电路53中发生的切换噪声而被衰减。另外，关于在第2开关电路53中发生的切换噪声，在第2反转放大器54中被反转，所以通过在第3开关电路55中发生的切换噪声而被衰减。即，通过第1、第2反转放大器52、54，在前后的第1、第2开关电路51、53中发生的切换噪声被反转，从而这些切换噪声被衰减而仅输入信号的反射波被放大。

根据图3进行说明。图3是向脉冲雷达装置1的基带放大部件5的输入信号以及第1～第3开关电路51、53、55的输出波形的例示图。输入信号包含所绕回的发送脉冲波、由脉冲波发送接收器4发生的切换噪声、以及反射波。

关于第1开关电路51的输出信号，在利用图2的第1切换控制信号的切换动作中，在第1开关电路51中发生的噪声被加到输入信号。由此，如图3所示，输入信号中包含的绕回的发送脉冲波以及切换噪声被衰减。但是，加上第1开关电路51迁移到切断状态时的噪声。

关于第2开关电路53的输出信号，第1开关电路51的输出信号在第1反转放大器52中被反转放大，并且被加上在利用图2的第2切换控制信号的切换动作中在第2开关电路53中发生的噪声。由此，如图3所示，第1开关电路51的噪声、以及输入信号中包含的绕回的发送脉冲波以及切换噪声被衰减。另外，加上第2开关电路53迁移到切断状态时的噪声。但是，反射波通过第1反转放大器52被反转放大。

关于第3开关电路55的输出信号，第2开关电路53的输出信号在第2反转放大器54中被反转放大，并且被加上在利用图2的第3切换控制信号的切换动作中在第3开关电路55中发生的噪声。由此，如图3所示，第1、第2开关电路51、53的噪声、以及输入信号中包含的绕回的发送脉冲波以及切换噪声被衰减。另外，加上第3开关电路53迁移到通过状态时的噪声。但是，反射波通过第2反转放大器54被反转放大。

这样，在基带放大部件5中，能够在极力抑制绕回的发送脉冲波、由脉冲波发送接收器4以及第1～第3开关电路51、53、55发生的噪声等干扰信号的同时对反射波进行放大。通过第1、第2反转放大器52、54，对反射波进行两次反转放大，所以与输入信号相同的相位的反射波包含于基带放大部件5的输出信号。基带放大部件5的输出信号在A/D变换后被输入CPU，用于通过软件检测距离、相对速度等。

以上那样的脉冲雷达装置1通过使用基带放大部件5，能够将包含比干扰信号充分大的振幅的反射波的输出信号输入到A/D变换电路。图4是示出基于基带放大部件5的有无的、脉冲雷达装置1的输出信号的差异的图。图4（a）是未设置基带放大部件5的情况，干扰信号具有比反射波大的振幅。因此，即使对该信号进行A/D变换而用于距离、相对速度的检测，也无法得到正确的值。

相对于此，关于设置了基带放大部件5的图4（b），干扰信号相比于反射波成为充分小的振幅。另外，在设置了基带放大部件5的情况下，针对基线的变动少。因此，如果对该信号进行A/D变换而用于距离、相对速度的检测，则得到比以往正确的值。

如图5所示，脉冲雷达装置1的基带放大部件5也可以是基于第1、第2开关电路51、53以及第1反转放大电路52的3段结构。在该情况下，控制第1、第2开关电路51、53的切换动作的第1、第2切换控制信号如图6所示。关于第1、第2切换控制信号，进行与图2的第1、第2切换控制信号同样的状态迁移。因此，即使是3段结构，第1、第2开关电路51、53也与5段结构的第1、第2开关电路同样地动作。其结果，基带放大部件5的输出信号成为图3的第2开关电路53的输出信号。

Claims (5)

1.一种脉冲雷达装置的基带放大部件，该基带放大部件设置于脉冲雷达装置，该脉冲雷达装置在将对发送控制信号进行调制而得到的发送脉冲波从天线向处于近距离的对象物体进行发送后，转移到针对来自所述对象物体的反射波的待机模式，其特征在于，该基带放大部件具备：

第1放大器，对所述反射波进行放大；

第1切换单元，将向所述第1放大器输入的反射波从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；

第2切换单元，将从所述第1放大器输出的信号从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；以及

控制单元，输出以将所述第1切换单元在发送控制信号的上升时间前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第1切换控制信号，另一方面，输出以将所述第2切换单元在第1切换单元成为切断状态前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第2切换控制信号。

2.根据权利要求1所述的基带放大部件，其特征在于，还具备：

第2放大器，对从所述第2切换单元输出的信号进行放大；以及

第3切换单元，将从所述第2放大器输出的信号从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换，

所述控制单元输出以将所述第3切换单元在所述发送控制信号的上升时间前且所述第1切换单元成为切断状态之后切换为通过状态并且在对于接收所述反射波充分的时间返回切断状态的方式进行控制的第3切换控制信号。

3.根据权利要求2所述的基带放大部件，其特征在于，

所述第1切换单元、所述第2切换单元、以及所述第3切换单元以相同的极性动作。

4.根据权利要求2所述的基带放大部件，其特征在于，

所述第1放大器以及所述第2放大器是反转放大器。

5.一种脉冲雷达装置，其特征在于，具备：

发送机，生成通过高频信号对发送控制信号进行调制而得到的发送脉冲波并从天线向对象物体进行发送；

接收器，对由天线接收的来自所述对象物体的反射波进行检波；

放大器，对所述反射波进行放大；

第1切换单元，将向所述放大器输入的反射波从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；

第2切换单元，将从所述放大器输出的信号从通过状态和切断状态的一方的状态向另一方的状态进行切换；以及

控制单元，输出以将所述第1切换单元在发送控制信号的上升时间前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第1切换控制信号，另一方面，输出以将所述第2切换单元在第1切换单元成为切断状态前切换为切断状态并且在所述发送控制信号的下降时间返回通过状态的方式进行控制的第2切换控制信号。