CN104166124A - 一种多频段毫米波防撞雷达接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频段毫米波防撞雷达接收机，包括多频段毫米波雷达接收机电路和金属屏蔽盒，多频段毫米波雷达接收机电路固定在金属屏蔽盒内。所述的多频段毫米波防撞雷达接收机电路包括四倍频器、多波段带通滤波器、第一功率放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第一低噪声放大器、第二混频器、第二带通滤波器、第二低噪声放大器、第二功率放大器、第三混频器、第三带通滤波器、第三低噪声放大器、第一天线、第二天线、第三天线。本发明的多频段毫米波雷达接收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，从而使得该毫米波防撞雷达接收机的制作成本大幅降低。

Description

一种多频段毫米波防撞雷达接收机

技术领域

本发明涉及近中远距离汽车防撞雷达及射频收发机技术领域，尤其涉及一种可适用于汽车防撞雷达应用和利用汽车防撞雷达频段进行无线通信的多频段毫米波接收机。

背景技术

随着毫米波固态器件技术、计算机技术、光电子技术、信号处理技术以及毫米波集成电路技术的迅猛发展，为汽车安全系统提供了坚实工业基础。而汽车防撞雷达将是今后几年内汽车电子领域中需求增长最强劲的领域之一。研究发现，汽车防撞雷达是汽车安全系统领域最具革命性的技术，具有重大的产业发展前景。

汽车电子的快速发展推动了汽车防撞雷达的研发热潮，世界各国都先后研发了汽车防撞雷达装置，由于没有统一的标准，导致汽车防撞雷达的工作频段比较多，但主要集中在24GHz、60GHz、77GHz。其中，欧洲邮政与电信管理委员会、欧洲电信标准院规定将76-77GHz用作车载雷达系统频段，美国联邦通信委员会规定46.7-46.9GHz和76-77GHz为车载防撞雷达频段。日本邮政和电信部规定60-61GHz和76-77GHz用作车载防撞雷达频段，亚太平洋电信标准化计划通过了将60-61GHz和76-77GHz用作车载防撞雷达频段的议案，国际电信联盟推荐60-61GHz和76-77GHz用作车载防撞雷达频段。中国则主要将24GHz和77GHz作为汽车防撞雷达研发的频段。

目前，从事汽车防撞雷达系统开发的领先厂家有德国的ADC、西门子和Bosch公司，美国的Amerigon、Delphi和Eaton VORAD公司，日本的Denso、Epsilon Lambda、Fujitsu Ten、Hitachi、NEC和Omron公司。此外，还有瑞典的Autoliv Saab公司。

尽管国际上较多的采用77GHz频段作为防撞雷达系统的工作频段，但是24GHz频段和60GHz频段也具有77GHz频段所不具备的优点，如24GHz防撞雷达系统具有体积小、集成化程度高、感应灵敏等特点；60GHz防撞雷达系统具有传输速率高、抗干扰能力强、方向性好等优点。所以，可以通过将24GHz、60GHz、77GHz等多个频段组合在一起构成一种多频段毫米波防撞雷达接收机。这种接收机综合了三个频段的优势，由此构成的多频段防撞雷达接收机，能够极大地改善汽车防撞雷达的性能，使之具有近中远防撞报警和市内规避碰撞等安全等功能。

同时，而随着车联网技术与产业的发展，可以通过无线射频识别技术(RFID)，对车辆进行数字化管理，包括实时跟踪、监管车辆运行状况等。因此，利用毫米波防撞雷达系统的基础设施以及工作频率也可以实现车载高速无线通信。车联网已经不局限于车与车之间的数据交互，而是更广泛的应用于车与车、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，是能够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，是物联网技术在交通系统领域的典型应用。

发明内容   

本发明的目的是为解决现有技术中毫米波防撞雷达接收机多频段共用和利用汽车防撞雷达频段进行无线通信的问题，而提出一种多频段毫米波防撞雷达接收机。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案：

一种多频段毫米波防撞雷达接收机，包括多频段毫米波防撞雷达接收机电路和金属屏蔽盒，多频段毫米波防撞雷达接收机电路固定组装在金属屏蔽盒内。

所述的多频段毫米波防撞雷达接收机电路包括四倍频器、多频段带通滤波器、第一功率放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第一低噪声放大器、第二混频器、第二带通滤波器、第二低噪声放大器、第二功率放大器、第三混频器、第三带通滤波器、第三低噪声放大器、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功率放大器的输入端相连，第一功率放大器的输出端与第一混频器的本振信号端相连，第一混频器的中频信号端口通过微波连接器输出信号，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低噪声放大器的输出端相连，第一低噪声放大器的输入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输出信号，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低噪声放大器的输出端相连，第二低噪声放大器的输入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功率放大器的输入端相连，第二功率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输出信号，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低噪声放大器的输出端相连，第三低噪声放大器的输入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，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混频器的射频信号进行基波下混频；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混频器的射频信号进行二次谐波下混频，第三混频器用于将第三频段信号和第三混频器的射频信号进行二次谐波下混频。

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。

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雷达接收机不仅可以接收雷达信号进行车载防撞测距、测速，而且可以接收毫米波无线通信信号进行车载通信，实现了毫米波雷达接收机多功能的应用。

2、本发明的多频段毫米波雷达接收机采用微波信号源共用的方式，有效的减少了微波信号源和滤波器的数量，从而使得该毫米波防撞雷达接收机的制作成本大幅降低。

3、本发明的多频段毫米波雷达接收机可以将四倍频后产生的谐波充分利用。传统的防撞雷达接收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接收信号，不仅提高了频段的利用率，而且可以同时监测三路信号。

4、本发明的多频段毫米波雷达接收机采用一体化研制理念，将多频段毫米波雷达防撞雷达接收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防撞雷达接收机电路框图；

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，一种多频段毫米波防撞雷达接收机，主要涉及多频段毫米波防撞雷达接收机电路和金属屏蔽盒，多频段毫米波防撞雷达接收机电路固定组装在金属屏蔽盒内。

所述的多频段毫米波防撞雷达接收机电路包括四倍频器2、多频段带通滤波器3、第一功率放大器4、第一混频器5、第一带通滤波器7、第一低噪声放大器8、第二混频器10、第二带通滤波器12、第二低噪声放大器13、第二功率放大器15、第三混频器16、第三带通滤波器18、第三低噪声放大器19、第一天线9、第二天线14、第三天线20。

四倍频器2通过微波连接器连接微波信号源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功率放大器4的输入端相连，第一功率放大器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5的中频信号端口通过微波连接器输出信号，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另一端与第一低噪声放大器8的输出端相连，第一低噪声放大器8的输入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输出信号，第二混频器10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的另一端与第二低噪声放大器13的输出端相连，第二低噪声放大器13的输入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功率放大器15的输入端相连，第二功率放大器15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输出信号，第三混频器16的射频端与第三带通滤波器的一端相连，第三带通滤波器18另一端与第三低噪声放大器19的输出端相连，第三低噪声放大器19的输入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混频器的射频信号进行基波下混频；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混频器的射频信号进行二次谐波下混频，第三混频器用于将第三频段信号和第三混频器的射频信号进行二次谐波下混频。

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22.8GHz、60.8GHz、76GHz三频段毫米波防撞雷达接收机为例对本发明进行描述。

信号源1采用7.6GHz的正弦信号或者三角信号，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信号经过第一功率放大器4提高信号功率。第一天线9接收由其他雷达信号源发射到汽车反射回来的频移信号（~22.8GHz）后，经过第一低噪声放大器8的信号放大，经过中心频率22.8GHz，带宽2GHz的第一带通滤波器7滤波，在第一混频器5中与22.8GHz第一路本振信号进行基波下混频，产生的中频信号经过微波连接器输出；第二天线14接收由其他雷达信号源发射到汽车反射回来的频移信号（~60.8GHz）后，经过第二低噪声放大器13的信号放大，经过中心频率60.8GHz，带宽2GHz的第二带通滤波器12滤波，在第二混频器10中与30.4GHz第二路本振信号进行二次谐波下混频，产生的中频信号经过微波连接器输出；第三天线由其他雷达信号源发射到汽车反射回来的频移信号（~76GHz）后，经过第三低噪声放大器19的信号放大，再经过中心频率76GHz，带宽2GHz的第三带通滤波器18滤波，在第三混频器16中与经过第二功率放大器15信号放大的第三路本振信号38GHz进行二次谐波下混频，产生的中频信号经过微波连接器输出。三路信号是同时接收的，所以可以根据相应的应用频段和所需信号的接收来进行选择和搭配。

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联更加的稳定和方便。第一带通滤波器7工作在22.8GHz，带宽2GHz，用于提取22.8GHz的信号，滤除各次谐波和杂波；第二带通滤波器12工作在60.8GHz，带宽2GHz，用于提取60.8GHz的信号，滤除各次谐波和杂波；第三带通滤波器18工作在76GHz，带宽2GHz，用于提取76GHz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和五倍信号功率。第一低噪声放大器8采用Hittite公司的GaAs宽带低噪声功率放大器，该低噪声功率放大器工作在14-27GHz，增益18dB，噪声系数2.5dB，用于提高第一路射频信号的接收功率。第二低噪声放大器13采用Hittite公司的四级GaAs低噪声功率放大器，该功率放大器工作频段57-65GHz，增益21dB，噪声系数3.8dB，用于提高第二路射频信号的接收功率。第三低噪声放大器19采用Hittite公司的四级GaAs低噪声放大器，该低噪声放大器工作在71-86GHz，增益14dB，噪声系数5dB，用于提高第三路射频信号的接收功率。

以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防撞雷达接收机，包括多频段毫米波防撞雷达接收机电路和金属屏蔽盒，多频段毫米波防撞雷达接收机电路固定组装在金属屏蔽盒内。 

其特征在于：所述的多频段毫米波防撞雷达接收机电路包括四倍频器、多频段带通滤波器、第一功率放大器、第一混频器、第一带通滤波器、第一低噪声放大器、第二混频器、第二带通滤波器、第二低噪声放大器、第二功率放大器、第三混频器、第三带通滤波器、第三低噪声放大器、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功率放大器的输入端相连，第一功率放大器的输出端与第一混频器的本振信号端相连，第一混频器的中频信号端口通过微波连接器输出信号，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低噪声放大器的输出端相连，第一低噪声放大器的输入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输出信号，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低噪声放大器的输出端相连，第二低噪声放大器的输入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功率放大器的输入端相连，第二功率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输出信号，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低噪声放大器的输出端相连，第三低噪声放大器的输入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防撞雷达接收机，其特征在于：所述的倍频器采用四倍频单片电路。 

3.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波防撞雷达接收机，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防撞雷达接收机，其特征在于：所述的第一混频器采用基波混频器；第二混频器和第三混频器采用亚谐波混频器。 

5.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波防撞雷达接收机，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；电源接头采用穿心电容。 

6.根据权利要求1所述的一种多频段毫米波防撞雷达接收机，其特征在于：所述的金属屏蔽盒由黄铜加工而成。