CN104808181A - 一种位移雷达目标反射器设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种位移雷达目标反射器设计方法。位移雷达目标反射器为微带反射阵，共形安装在被测建筑物表面，该目标反射器实现与角反射器相同的功能。目标反射器由多组微带天线反射单元构成，每组微带天线反射单元由微带天线、微带延迟线、可调旋钮、SMA接头、以及开路(或者短路)负载构成。在安装阶段，使用位移雷达照射目标反射器，将相位检测电路的两个输入端接到任意两个微带天线反射单元的SMA接头上，通过可调旋钮调节微带延迟线长度，使得到达SMA接头处的信号相位相同；在使用阶段，将开路负载(或者短路负载)接到SMA接头上，天线阵列形成反向笔形波束，实现将位移雷达的反射信号按原路径相反方向返回。

Description

一种位移雷达目标反射器设计方法

技术领域

本发明属于雷达技术测量领域，涉及一种位移雷达目标反射器设计方法。

背景技术

电力杆塔、摩天大楼、桥梁、大坝、高速公路边坡等在使用中会往往发生位移变形，为保证这些基础设施的安全，需要对其进行实时监测，微波位移监测雷达是主要监测手段之一。微波位移监测雷达的基本原理是：在被测物表面上安装无源角发射器，在远端布置微波雷达，通过测量射频信号往返于雷达与无源角反射器之间的相位差来测量角反射器的位移量。常用的角反射器为三面角反射器，分别由三个圆心角为90度的等腰直角三角形构成。这样的角反射器在实际使用中存在的主要缺点是：(1)由于连接处接触面积小，不容易与被测对象刚性连接；(2)角反射器体积大重量重，使用起来不安全；(3)环境因素(如风吹引起角反射器振动)可能会引入新的测量误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种位移雷达目标反射器设计方法，该方法拟使用微带反射阵取代传统的角反射器作为位移雷达目标反射器，实现将反射信号按照原路径相反的方向返回。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

位移雷达目标反射器为微带反射阵，共形安装在被测建筑物表面，该雷达目标反射器由多组微带天线反射单元构成，每组微带反射单元由微带天线辐射单元、微带延迟线、可调旋钮、SMA接头、以及开路负载(或者短路负载)构成。在安装阶段，使用位移雷达照射目标反射器，将相位检测电路的两个射频输入端连接到任意两个微带反射单元的SMA接头上，通过可调旋钮调节微带延迟线，使得到达SMA接头处的信号相位相同；在使用阶段，将开路负载(或者短路负载)接到SMA接头上，这样就能实现将位移雷达的反射信号按原路径相反的方向反射回去。

本发明的有益效果在于：(1)易于安装和使用；(2)对被测对象无干扰。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的位移雷达目标反射器结构；

图2为本发明的微带天线反射单元延迟线调节及相位检测电路结构。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明的位移雷达目标反射器结构。位移雷达目标发射器为微带天线阵列1，由多组微带天线反射单元12构成，每组微带天线反射单元12由微带天线辐射单元121、可调微带延迟线122、可调旋钮123、SMA接头124以及开路负载(或短路负载)125构成。在系统安装阶段，需要测量的两组微带天线反射单元SMA接头124不连接开路负载(或短路负载)，而是连接到相位检测电路的两路射频输入SMA接头上；其它各组微带天线反射单元在SMA接头处连接匹配负载。在系统使用阶段，每组微带天线反射单元的SMA接头都连接开路负载(或短路负载)，位移雷达以入射方向2辐射射频信号到微带反射天线阵列1上，信号将沿与原路径相反的方向3返回，实现类似角反射器的功能。

图2为本发明的微带反射单元延迟线调节及相位检测电路结构。相位检测电路4有两路射频下变频通道，第1路由射频输入端口411、低噪声放大器412、混频器413、带通滤波放大器414构成；第2路由射频输入端口421、低噪声放大器422、混频器423、带通滤波放大器424构成；这两路下变频使用公共射频本振43；射频信道将两路射频信号下变频至中频，而后分别使用模数转换器415和425，分别将这两路模拟中频信号转换为数字信号；接着使用数字正交下变频电路将数字中频信号下变频至基带，第1路数字下变频电路由乘法器4161、乘法器4162、低通滤波器4171、低通滤波器4172构成，第2路数字下变频器电路由乘法器4261、乘法器4262、低通滤波器4271、低通滤波器4272构成；这两路下变频使用公共的正交中频本振信号44；将这两路基带信号送往复共轭相乘电路45进行处理，即将这两路基带信号中的一路求复共轭之后，与另外一路基带信号相乘；然后使用求相角电路46计算出两路输入射频信号的相位差。将第1个微带天线反射单元11(作为参考支路)的SMA端口114与相位检测器4的第1路射频信号输入SMA端口411相连，将另外1个微带天线反射单元12的SMA端口124与相位检测器4的第2路射频信号输入SMA端口421相连，使用位移雷达照射微带天线反射阵，调节微带天线反射单元12的可调旋钮123，从而改变微带延迟线122的长度，使得端口114和端口124处的两路射频信号相位相等，为等效零相位点，即相位检测电路4的求相角电路46的输出为0。将端口114和端口124分别连接开路负载(或者短路负载)，由于这两个端口是同相位点，根据互易性原理，这两路反射信号在空中的同相位点与入射时是相同的。以此类推，调节所有的微带天线反射单元的可调延迟线，使得微带反射阵接收到的信号在每个SMA端口处达到同相位点，这样天线阵的反射信号方向与入射信号方向相反，沿原路径返回。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种位移雷达目标反射器设计方法，雷达目标发射器设计为微带共形天线阵列，在安装时进行初始化校准调整，在使用时实现角反射器功能；微带共形天线阵列由多组微带天线反射单元构成，每组微带天线反射单元由微带天线辐射单元、可调微带延迟线、可调旋钮、SMA接头以及开路负载(或短路负载)构成；在安装阶段，位移雷达照射微带天线阵列，使用相位检测电路检测任意2个微带天线单元在SMA接头处接收到的信号相位差，使用可调旋钮调节可调延迟线的长度，使得任意2个微带天线单元在SMA接头处接收到的信号相位相等；在使用阶段，每组微带天线反射单元的SMA接头均连接开路负载(或短路负载)，天线阵列形成反向笔形波束，使反射信号沿着与原入射路径方向相反的方向返回，实现类似角反射器的功能。

2.根据权利要求1所述的一种位移雷达目标反射器设计方法，其特征在于：所述微带天线反射单元采用缝隙耦合结构，微带天线辐射单元与延迟线之间通过缝隙进行耦合，延迟线末端连接SMA接头，通过旋钮调节缝隙的位置来调节延迟线的等效长度，或者通过旋钮调节加载在延迟线上的反向偏压二极管电压来调节延迟线的等效长度，从而调节入射信号与反射信号相位。

3.根据权利要求1所述的一种位移雷达目标反射器设计方法，其特征在于：所述相位检测电路由两路射频信道(共射频本振)、两路数字下变频电路(共中频本振)、复共轭相乘电路(一路基带信号的复共轭乘以另外一路基带信号)、求相角电路构成，用于测量任意两路微带天线反射单元在SMA接头处接收到的信号相位差。