CN104104397B - 一种多频段毫米波通信发射机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频段毫米波通信发射机，包括多频段毫米波通信发射机电路和金属屏蔽盒；发射机电路固定组装在金属屏蔽盒内。所述的多频段毫米波通信发射机包括四倍频器、多频段带通滤波器、第一驱动放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第一功率放大器、第二混频器、第二带通滤波器、第二功率放大器、第二驱动放大器、第三混频器、第三带通滤波器、第三功率放大器、第一天线、第二天线、第三天线。本发明有效的提高了防撞雷达基础设施和频谱的利用率，减少了信号源和滤波器的数量，从而使得该毫米波通信发射机的制作成本大幅降低，且提高了频段的选择灵活性和利用率。

Description

一种多频段毫米波通信发射机

技术领域

本发明涉及利用汽车防撞雷达的毫米波工作频段来进行近中远距离通信，尤其涉及一种多频段毫米波通信发射机。

背景技术

随着无线通信技术、物联网技术尤其是车联网技术与产业的发展，可以通过移动通信方式（GSM、3G等）、无线射频识别技术（RFID）、定位技术（GPS）等对车辆进行实时跟踪、运行状况监管和车辆之间、车辆与各种终端之间的无线通信等。

与此同时，无线通信技术的迅猛发展使得GHz频段的频谱资源快速消耗，不足以支持车联网应用中的高速无线数据传输。毫米波频率由于具有宽频谱、定向性和免许可等优势在超高速无线传输和安全等领域得到广泛的使用，如用于汽车防撞雷达领域的24GHz 、60GHz和77GHz 频段等。

因此，可以利用汽车防撞雷达工作的毫米波频段来实现车载无线通信，实现汽车防撞雷达中基础设施和频谱资源的复用，并能够将应用扩展于车与车、车与路、车与行人、车与互联网之间无线通信和信息交换的大系统网络，实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络，从而实现无线通信、物联网技术在交通系统领域的进一步应用。

同时，如果将汽车防撞雷达的主要工作频段（24GHz、60GHz、77GHz）组合在一起，将能够实现一种多频段通信系统，由多频段通信发射机和多频段通信接收机组成。这种多频段通信系统综合了三个频段的优势，具备近中远距离通信的特点。

发明内容

本发明的目的在于利用汽车防撞雷达工作的毫米波频段来进行近中远距离通信，而提出一种多频段毫米波通信发射机。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案：

一种多频段毫米波通信发射机，包括多频段毫米波通信发射机电路和金属屏蔽盒；多频段毫米波通信发射机电路组装固定在金属屏蔽盒内；

所述的多频段毫米波防撞雷达发射机电路包括四倍频器、多频段带通滤波器、第一驱动放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第一功率放大器、第二混频器、第二带通滤波器、第二功率放大器、第二驱动放大器、第三混频器、第三带通滤波器、第三功率放大器、第一天线、第二天线、第三天线。

四倍频器通过微波连接器连接一个微波信号源，输出端与多频段带通滤波器的输入端相连，多频段带通滤波器的第一频段输出端与第一驱动放大器的输入端相连，第一驱动放大器的输出端与第一混频器的本振信号端相连，第一混频器的中频端口通过微波连接器连接第一中频信号源，第一混频器的射频端口与第一带通滤波器一端相连，第一带通滤波器另一端与第一功率放大器的输入端相连，第一功率放大器的输出端通过第一毫米波信号接口连接第一天线；多频段带通滤波器的第二频段输出端与第二混频器的本振信号端相连，第二混频器的中频端口通过微波连接器连接第二中频信号源，第二混频器的射频端口与第二带通滤波器的一端相连，第二带通滤波器的另一端与第二功率放大器的输入端相连，第二功率放大器的输出端通过第二毫米波信号接口连接第二天线；多频段带通滤波器的第三频段输出端与第二驱动放大器的输入端相连，第二驱动放大器的输出端与第三混频器的本振信号端相连，第三混频器的中频端口通过微波连接器连接第三中频信号源，第三混频器的射频端与第三带通滤波器的一端相连，第三带通滤波器另一端与第三功率放大器相连，第三功率放大器的输出端通过第三毫米波信号接口连接第三天线。

所述的倍频器采用四倍频单片电路，实现信号源的四倍频。

所述的第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器结构相同，其为锯齿状微带耦合结构，包括两个50欧姆微带线、六根平行耦合线和五根耦合线连接线；

六根平行耦合线呈锯齿状排列，并通过耦合连接线串接，其中第一根和最后一根平行耦合线通过渐变线分别与一根50欧姆微带线连接。

所述的第一混频器采用基波混频器，用于将第一频段信号和第一中频信号进行基波上混频；第二混频器和第三混频器采用亚谐波混频器，第二混频器用于将第二频段信号和第二中频信号进行二次谐波上混频，第三混频器用于将第三频段信号和第三中频信号进行二次谐波上混频。

所述的微波连接器采用SMA连接器；第一毫米波信号接口采用2.92mm同轴连接器或者WR28微带-波导连接器，第二毫米波信号接口采用1.85mm同轴连接器或者WR15微带-波导连接器，第三毫米波信号接口采用1mm同轴连接器或者WR10微带-波导连接器。

所述的金属屏蔽盒由黄铜加工而成。

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1、本发明的多频段毫米波通信发射机利用了汽车防撞雷达的工作频段来实现车载近中远距离无线通信，有效的提高了防撞雷达基础设施和频谱的利用率。

2、本发明的多频段毫米波通信发射机采用信号源共用的方式，有效的减少了信号源和滤波器的数量，从而使得该毫米波通信发射机的制作成本大幅降低。

3、本发明的多频段毫米波通信发射机可以将四倍频后产生的谐波充分利用。传统倍频架构的通信发射机只利用倍频后的主要频率，即一个频率，滤除了其余不需要的谐波。而本发明则将倍频后的三路信号同时进行功率放大并进行混频后发射，不仅提高了频段的利用率，而且可以同时产生三个频段信号供通信，还可根据应用频段和发射距离的不同来进行选择和搭配，提高了频段的选择灵活性和利用率。

4、本发明的多频段毫米波雷达发射机采用一体化研制理念，将多频段毫米波通信发射机电路放置于金属屏蔽盒中，提高了电路的抗干扰能力与防尘性。

附图说明

图1为本发明多频段毫米波通信发射机电路框图；

图2为本发明锯齿形带通滤波器结构图；

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案和优点更加清晰明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种多频段毫米波通信发射机，主要涉及多频段毫米波通信发射机电路；多频段毫米波通信发射机电路组装固定在金属屏蔽盒。

所述的多频段毫米波通信发射机电路包括四倍频器2、多频段带通滤波器3、第一驱动放大器4、第一混频器5、第一带通滤波器7、第一功率放大器8、第二混频器10、第二带通滤波器12、第二功率放大器13、第二驱动放大器15、第三混频器16、第三带通滤波器18、第三功率放大器19、第一天线9、第二天线14和第三天线20。

四倍频器2通过微波连接器连接第一信号源1，输出端与多频段带通滤波器3的输入端相连，多频段带通滤波器3的第一频段输出端与第一驱动放大器4的输入端相连，第一驱动放大器4的输出端与第一混频器5的本振信号端相连，第一混频器的中频端口通过微波连接器连接第一中频信号源6，第一混频器5的射频端口与第一带通滤波器7一端相连，第一带通滤波器7另一端与第一功率放大器8的输入端相连，第一功率放大器8的输出端通过第一毫米波信号接口连接第一天线9；多频段带通滤波器3的第二频段输出端与第二混频器10的本振信号端相连，第二混频器10的中频端口通过微波连接器连接第二中频信号源11，第二混频器的射频端口与第二带通滤波器12的一端相连，第二带通滤波器12的另一端与第二功率放大器13的输入端相连，第二功率放大器13的输出端通过第二毫米波信号接口连接第二天线14；多频段带通滤波器3的第三频段输出端与第二驱动放大器15的输入端相连，第二驱动放大器的输出端与第三混频器16的本振信号端相连，第三混频器16的中频端口通过微波连接器连接第三中频信号源17，第三混频器16的射频端与第三带通滤波器18的一端相连，第三带通滤波器另一端与第三功率放大器19相连，第三功率放大器19的输出端通过第三毫米波信号接口连接第三天线20；

如图2所示，所述的第一带通滤波器和第二带通滤波器结构相同，其为锯齿状微带耦合结构，包括两个50欧姆微带线、六根平行耦合线和五根耦合线连接线；

六根平行耦合线呈锯齿状排列，并通过耦合连接线串接，其中第一根和最后一根平行耦合线通过渐变线分别与一根50欧姆微带线连接；

所述的倍频器采用四倍频单片电路，实现信号源的四倍频，以降低所需本振信号的频率来解决现有本地振荡信号泄漏到天线，即射频发射端的问题，提高频率的稳定度。倍频后各次谐波可经过滤波放大后被再次利用。

所述的第一混频器采用基波混频器，用于将第一频段信号和第一中频信号进行基波上混频；第二混频器和第三混频器采用亚谐波混频器，第二混频器用于将第二频段信号和第二中频信号进行二次谐波上混频，第三混频器用于将第三频段信号和第三中频信号进行二次谐波上混频。

所述的微波连接器采用SMA连接器；第一毫米波信号接口采用2.92mm同轴连接器或者WR28微带-波导连接器，第二毫米波信号接口采用1.85mm同轴连接器或者WR15微带-波导连接器，第三毫米波信号接口采用1mm同轴连接器或者WR10微带-波导连接器；电源接头采用穿心电容。

以24GHz、61GHz、77GHz三频段毫米波通信发射机为例对本发明进行描述。

信号源1采用7.6GHz的正弦信号，经过倍频器2四倍频后，得到7.6GHz的各次谐波。多频段带通滤波器3将四倍频后的信号分离成三路不同频段的信号，频率分别是22.8GHz、30.4GHz、38GHz，即7.6GHz的三倍频、四倍频、五倍频。由于四倍频器产生的信号中除四倍信号外各谐波输出功率都很小，所以第一频段信号，即22.8GHz信号经过第一驱动放大器4提高信号功率后在第一混频器5中与1.2GHz第一中频信号6进行基波上混频，产生的24GHz信号经过中心频率24GHz，带宽2GHz的第一带通滤波器7滤波，最后通过第一功率放大器8提高发射功率后由第一天线9发射出去；第二频段信号，即30.4GHz信号在第二混频器10中与200MHz第二中频信号11进行二次谐波上混频，产生61GHz信号经过中心频率61GHz，带宽2GHz的第二带通滤波器12滤波，最后通过第二功率放大器13提高发射功率后由第二天线14发射出去；第三频段信号，即38GHz信号经过第二驱动放大器15放大信号后在第三混频器16中与1GHz第三中频信号17进行二次谐波上混频，产生77GHZ信号经过中心频率77GHz，带宽2GHz的第三带通滤波器18滤波，最后通过第三功率放大器19提高发射功率后由第三天线20发射出去。三路信号是同时发射的，所以可以根据相应的应用频段和所需信号的发射距离来进行选择和搭配。

此处，第一中频信号、第二中频信号和第三中频信号分别为1.2GHz、0.2GHz、1GHz，也可设置为其他的工作频率，毫米波防撞通信发射机电路的其他部分做相应调整即可。

实施例中的倍频器2采用UMS公司的单片四倍频芯片，输入频率范围为6.25-8.25GHz，四倍频后输出频率范围为25-33GHz。当输入信号采用7.6GHz，功率12dBm信号时，输出端可以得到一个30.4GHz，功率11dBm的信号。

实施例中的第一混频器5采用Hittite公司的无源GaAs混频器，该混频器即可上变频也可下变频，本振信号工作频率14-26GHz，7.5dB的变频损耗；第二混频器10采用UMS公司的GaAs单边带混频器，该混频器具有镜像抑制、亚谐波混频、上变频和下变频功能，本振信号工作频率27.5-32.5GHz，12dB的变频损耗，10dBc的镜像抑制度；第三混频器16采用Hittite公司的无源亚谐波混频器，该混频器即可上变频也可下变频，本振信号工作频率29-43GHz，11dB的变频损耗。

实施例中的第一带通滤波器7、第二带通滤波器12以及第三带通滤波器18采用如图2所示的锯齿状微带耦合结构。该结构完全对称，具有性能优良，面积小，输入输出在同一水平线的优点，使得带通滤波器与芯片之间的互连更加的稳定和方便。第一带通滤波器7工作在24GHz，带宽2GHz，用于提取24GHz的信号，滤除各次谐波和杂波；第二带通滤波器12工作在61GHz，带宽2GHz，用于提取61GHz的信号，滤除各次谐波和杂波；第三带通滤波器18工作在77GHz，带宽2GHz，用于提取77GHz信号，滤除不需要的各次谐波和杂波。多频段带通滤波器3用于提取三倍频、四倍频、五倍频信号，提供给后级电路使用。以上带通滤波器均利用Advanced Design System和HFSS进行电磁场仿真以接近实际性能。

实施例中第一驱动放大器4、第一功率放大器8和第二驱动放大器15采用UMS公司的四级GaAs功率放大器芯片，该四级功率放大器工作频率在20-40GHz，增益22dB，饱和输出功率20dBm，具有非常良好的输入宽带匹配，用于提高倍频后的三倍信号、五倍信号功率和第一路射频信号的发射功率。第二功率放大器13采用Hittite公司的四级GaAs功率放大器，该功率放大器工作频段50-66GHz，增益24dB，输出1dB压缩功率17dBm，用于提高第二路射频信号的发射功率。第三功率放大器19采用Hittite公司的四级GaAs功率放大器，该四级功率放大器工作在71-86GHz，增益15dB，输出1dB压缩功率15dBm，用于提高第三路射频信号的发射功率。

上内容是结合具体的实施案例对本发明作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所述技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。

本发明未公开的技术属本领域公知技术。

Claims (6)

1.一种多频段毫米波通信发射机，包括多频段毫米波通信发射机电路和金属屏蔽盒；多频段毫米波通信发射机电路组装固定在金属屏蔽盒内；

其特征在于：所述的多频段毫米波通信发射机包括四倍频器、多频段带通滤波器、第一驱动放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第一功率放大器、第二混频器、第二带通滤波器、第二功率放大器、第二驱动放大器、第三混频器、第三带通滤波器、第三功率放大器、第一天线、第二天线、第三天线；

四倍频器通过微波连接器连接一个微波信号源，输出端与多频段带通滤波器的输入端相连，多频段带通滤波器的第一频段输出端与第一驱动放大器的输入端相连，第一驱动放大器的输出端与第一混频器的本振信号端相连，第一混频器的中频端口通过微波连接器连接第一中频信号源，第一混频器的射频端口与第一带通滤波器一端相连，第一带通滤波器另一端与第一功率放大器的输入端相连，第一功率放大器的输出端通过第一毫米波信号接口连接第一天线；多频段带通滤波器的第二频段输出端与第二混频器的本振信号端相连，第二混频器的中频端口通过微波连接器连接第二中频信号源，第二混频器的射频端口与第二带通滤波器的一端相连，第二带通滤波器的另一端与第二功率放大器的输入端相连，第二功率放大器的输出端通过第二毫米波信号接口连接第二天线；多频段带通滤波器的第三频段输出端与第二驱动放大器的输入端相连，第二驱动放大器的输出端与第三混频器的本振信号端相连，第三混频器的中频端口通过微波连接器连接第三中频信号源，第三混频器的射频端与第三带通滤波器的一端相连，第三带通滤波器另一端与第三功率放大器相连，第三功率放大器的输出端通过第三毫米波信号接口连接第三天线。

2.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波通信发射机，其特征在于：所述的四倍频器采用四倍频单片电路，实现信号源的四倍频。

3.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波通信发射机，其特征在于：所述的第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器结构相同，其为锯齿状微带耦合结构，包括两个50欧姆微带线、六根平行耦合线和五根耦合线连接线；

六根平行耦合线呈锯齿状排列，并通过耦合连接线串接，其中第一根和最后一根平行耦合线通过渐变线分别与一根50欧姆微带线连接。

4.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波通信发射机，其特征在于：所述的第一混频器采用基波混频器，用于将第一频段信号和第一中频信号进行基波上混频；第二混频器和第三混频器采用亚谐波混频器，第二混频器用于将第二频段信号和第二中频信号进行二次谐波上混频，第三混频器用于将第三频段信号和第三中频信号进行二次谐波上混频。

5.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波通信发射机，其特征在于：所述的微波连接器采用SMA同轴连接器；第一毫米波信号接口采用2.92mm同轴连接器或者WR28微带-波导连接器，第二毫米波信号接口采用1.85mm同轴连接器或者WR15微带-波导连接器，第三毫米波信号接口采用1mm同轴连接器或者WR10微带-波导连接器。

6.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波通信发射机，其特征在于：所述的金属屏蔽盒由黄铜加工而成。