CN105824014A - 步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种步进频率雷达的信号对消电路，其包括频率源、功率分配器、耦合器、第一天线、第二天线、矢量调制器、合路器、正交混频器、低频控制电路以及接收器。频率源用于产生本振信号；功率分配器用于将本振信号分成发射信号以及耦合本振信号；耦合器用于根据发射信号耦合产生对消本振信号；第一天线用于发送发射信号；第二天线用于接收发射信号的回波信号；矢量调制器用于生成调制信号；合路器用于对调制信号以及回波信号进行对消操作，生成对消后信号；正交混频器用于生成中频信号；低频控制电路用于生成第一电压信号以及第二电压信号；接收器用于接收对消后信号。本发明还提供一种步进频率雷达。本发明可取得较好的对消效果。

Description

步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达
技术领域
本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达。
背景技术
雷达的种类繁多，分类的方法也非常复杂，与脉冲雷达、脉冲压缩雷达等其它雷达相比较，FMCW(调频步进频率，FrequencyModulatedContinuousWave)雷达的优点是设备简单、价格便宜并且易于加工制造。同时步进频率雷达发生故障的可能性相对较小、容易维护且可适应全自动操作。
但是由于步进频率雷达的发射信号的噪声可能淹没有用信号以及发射信号泄露到接收机中的信号会降低接收机的灵敏度，从而限制了步进频率雷达的广泛使用。
故，有必要提供一种可对发射信号的泄露信号进行有效对消，从而保证步进频率雷达正常运行的信号对消电路及步进频率雷达。
发明内容
本发明实施例提供一种可对步进频率雷达的发射信号的泄露信号进行有效对消的步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达；以解决现有的步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达不可对步进频率雷达的发射信号的泄露信号进行有效对消的技术问题。
本发明实施例提供给一种步进频率雷达的信号对消电路，其包括：
频率源，用于产生本振信号；
功率分配器，用于将所述本振信号分成发射信号以及耦合本振信号；
耦合器，用于根据所述发射信号耦合产生对消本振信号；并将所述对消本振信号发送至矢量调制器；
第一天线，用于发送所述发射信号；
第二天线，用于接收所述发射信号的回波信号；其中所述回波信号包括正常回波信号以及直耦信号；
所述矢量调制器，用于根据所述对消本振信号、第一电压信号以及第二电压信号，生成调制信号；
合路器，用于对所述调制信号以及所述回波信号进行对消操作，生成对消后信号，并将所述对消后信号发送至所述正交混频器以及接收器。
正交混频器，用于接收所述耦合本振信号以及所述对消后信号，并根据所述耦合本振信号以及所述对消后信号生成中频信号；
低频控制电路，用于接收所述中频信号，并根据所述中频信号生成所述第一电压信号以及所述第二电压信号；以及
接收器，用于接收所述对消后信号。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，所述低频控制电路包括：
运算放大器，用于对所述中频信号进行滤波以及放大处理；
积分器，用于对滤波以及放大处理后的中频信号进行积分处理，得到累积电压值；以及
加法器，用于将所述累积电压值与预设启动电压进行累加，以生成驱动所述矢量调制器的所述第一电压信号以及所述第二电压信号。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，所述调制信号与所述回波信号中的直耦信号的幅值相等，相位相反。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，所述频率源通过第一功率放大器与所述功率分配器连接；所述功率分配器通过所述第二功率放大器与所述耦合器连接。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，所述中频信号包括所述耦合本振信号以及所述对消后信号混频后的第一I路信号、所述耦合本振信号以及所述对消后信号混频后的第一Q路信号、所述第一I路信号的反相信号以及所述第一Q路信号的反相信号。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，使用所述第一I路信号和所述第一I路信号的反相信号生成所述第一电压信号，使用所述第一Q路信号和所述第一Q路信号的反相信号生成所述第二电压信号。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，所述耦合器通过巴伦与所述矢量调制器连接。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，所述耦合本振信号包括第二I路信号以及第二Q路信号。
在本发明所述的步进频率雷达的信号对消电路中，所述功率分配器的分配损耗为2dB至4dB。
本发明实施例还提供一种包括上述信号对消电路的步进频率雷达。
相较于现有技术的步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达，本发明的步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达采用纯模拟结构，电路结构简单、成本低且系统响应时间短；增大了双天线结构的步进频率雷达的收发机之间的隔离度；本发明的步进频率雷达的信号对消电路在500MHz的带宽内，可达到30db以上的对消比；解决了现有的步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达不可对步进频率雷达的发射信号的泄露信号进行有效对消的技术问题。
附图说明
图1为本发明的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例的结构示意图；
图2为本发明的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例的低频控制电路的具体结构示意图；
图3为本发明的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例的耦合器、矢量调制器以及合路器的连接结构示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
请参照图1，图1为本发明的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例的结构示意图。该信号对消电路10包括频率源101、功率分配器102、耦合器103、第一天线104、第二天线105、矢量调制器106、合路器107、正交混频器108、低频控制电路109、接收器110、第一功率放大器111、第二功率放大器112以及巴伦113。
频率源101用于产生本振信号；功率分配器102用于将本振信号分成发射信号以及耦合本振信号；耦合器103用于根据发射信号耦合产生对消本振信号；并将对消本振信号发送至矢量调制器106；第一天线104用于发送发射信号；第二天线105用于接收发射信号的回波信号(该回波信号包括正常回波信号以及泄露过来的直耦信号)；矢量调制器106用于根据对消本振信号、第一电压信号以及第二电压信号，生成调制信号(即使用第一电压信号以及第二电压信号调制对消本振信号，以生成调制信号)；合路器107用于对调制信号以及回波信号进行对消操作，生成对消后信号(即回波信号中的正常回波信号)，并将对消后信号发送至正交混频器108以及接收器110；正交混频器108用于接收耦合本振信号以及对消后信号，并根据耦合本振信号以及对消后信号生成中频信号；低频控制电路109用于接收中频信号，并根据中频信号生成第一电压信号以及第二电压信号；接收器110用于接收对消后信号；第一功率放大器111用于对频率源输出的本振信号进行放大处理；第二功率放大器112用于对发射信号进行放大处理；巴伦113用于将一路对消本振信号转换为两路相位差为90度的两路对消本振信号，以便矢量调制器106生成相应的调制信号。
频率源101通过第一功率放大器111与功率分配器102连接，功率分配器102通过第二功率放大器112与耦合器103连接，耦合器103通过巴伦113与矢量调制器106连接。
该低频控制电路109包括运算放大器1091、积分器1092以及加法器1093。运算放大器1091用于对中频信号进行滤波以及放大处理；积分器1092用于对滤波以及放大处理后的中频信号进行积分处理，得到累积电压值；加法器1093用于将累积电压值与预设启动电压进行累加，以生成驱动矢量调制器106的第一电压信号以及第二电压信号。
本优选实施例的信号对消电路10使用时，首先频率源101产生本振信号，该本振信号为模拟信号；随后第一功率放大器111对本振信号进行功率放大，再通过功率分配器102将本振信号分成发射信号以及耦合本振信号，其中耦合本振信号包括正交的第二I路信号以及第二Q路信号，功率分配器102将发射信号发送至第二功率放大器112，将耦合本振信号发送至正交混频器108。其中功率分配器102的分配损耗优选为2dB至4dB。
然后第二功率放大器112对发射信号进行功率放大后发送至耦合器103，耦合器103根据发射信号生成对消本振信号，并将对消本振信号通过巴伦113发送至矢量调制器106，将发射信号发送至第一天线104。
随后第二天线105接收发射信号的回波信号，并将回波信号发送至合路器107。矢量调制器106根据接收的对消本振信号以及低频控制电路109发送的第一电压信号以及第二电压信号生成调制信号，并将调制信号发送至合路器107。合路器107对调制信号以及回波信号进行对消操作，生成对消后信号(其中调制信号和回波信号中的直耦信号的幅值基本相等，相位相反，这样可对回波信号中的直耦信号进行有效消除)，并将对消后信号发送至正交混频器108以及接收器110。接收器110可接收该对消后信号(即回波信号中的正常回波信号)。
然后正交混频器108根据耦合本振信号以及对消后信号生成中频信号，该中频信号包括耦合本振信号和对消后信号混频后的第一I路信号、耦合本振信号以及对消后信号混频后的第一Q路信号、第一I路信号的反相信号以及第一Q路信号的反相信息，并将中频信号发送至低频控制电路109。
随后低频控制电路109的运算放大器1091对中频信号进行滤波以及放大处理；低频控制电路109的积分器1092对滤波以及放大处理后的中频信号进行积分处理，得到累积电压值；然后低频控制电路109的加法器1093将累积电压值与预设启动电压进行累积，以生成驱动矢量调制器106的第一电压信号以及第二电压信号，低频控制电路109使用上述第一I路信号和第一I路信号的反相信号生成第一电压信号，使用上述第一Q路信号和第一Q路信号的反相信号生成第二电压信号。
这样即完成了本优选实施例的信号对消电路对步进频率雷达的发射信号的泄露信号的对消过程，避免了泄露信号对有用信号的影响。
请参照图2，图2为本发明的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例的低频控制电路的具体结构示意图。其中S1为运算放大器，S2为积分器，S3为加法器，中频信号中的第一I路信号通过IPI输入至低频控制电路，中频信号中的第一I路信号的反相信号通过INI输入至低频控制电路，中频信号中的第一Q路信号通过QPI输入至低频控制电路，中频信号中的第一Q路信息的反相信号通过QPI输入至低频控制电路。
上述中频信号通过运算放大器S1进行滤波和放大，去除掺杂在中频信号的直流干扰，避免直流偏移。随后经过滤波以及放大处理后的中频信号在积分器S2中进行积分处理，得到累积电压值，该累积电压值为中频信号累积的结果，代表了对消后信号的大小。由于累积电压值可能不能够启动矢量调制器，因此累积电压值与预设启动电压在加法器S3中进行累加，并输出第一电压信号以及第二电压信号，以便对矢量调制器进行驱动。图2中的OUT1输出第一电压信号，OUT2输出第二电压信号。
请参照图3，图3为本发明的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例的耦合器、矢量调制器以及合路器的连接结构示意图。其中U1为矢量调制器、U2为耦合器、U3为巴伦以及U4为合路器。其中图中的IN用于输入发射信号(通过耦合器U2的INPUT接口)，RFOUT用于输出发射信号(通过耦合器U2的OUTPUT接口)，耦合器U2通过巴伦U3将一路对消本振信号分为两路相位差为90度的信号，输出至矢量调制器U1的IN+接口以及IN-接口，低频控制电路通过在矢量调制器U1的I接口输入第一电压信号，在矢量调制器U1的Q接口输入第二电压信号，矢量调制器U1的RFOUT接口输出调制信号至合路器U4的OUTPUT1接口，第二天线发送回波信号至合路器U4的OUTPUT2接口，合路器U4对调制信号以及回波信号进行对消操作，生成对消后信号，并通过INPUT接口将对消后信号输出至正交混频器以及接收器。这样即完成了回波信号的信号对消过程。
本优选实施例的步进频率雷达的信号对消电路采用纯模拟结构，电路结构简单、成本低且系统响应时间短；增大了双天线结构的步进频率雷达的收发机之间的隔离度；且步进频率雷达的信号对消电路在500MHz的带宽内，可达到30db以上的对消比，取得较好的对消效果。
本发明还提供一种步进频率雷达，该步进频率雷达包括相应的信号对消电路，该信号对消电路包括频率源、功率分配器、耦合器、第一天线、第二天线、矢量调制器、合路器、正交混频器、低频控制电路以及接收器。
频率源用于产生本振信号；功率分配器用于将本振信号分成发射信号以及耦合本振信号；耦合器用于根据发射信号耦合产生对消本振信号；并将对消本振信号发送至矢量调制器；第一天线用于发送发射信号；第二天线用于接收发射信号的回波信号；矢量调制器用于根据对消本振信号、第一电压信号以及第二电压信号，生成调制信号；合路器用于对调制信号以及回波信号进行对消操作，生成对消后信号，并将对消后信号发送至正交混频器以及接收器；正交混频器用于接收耦合本振信号以及对消后信号，并根据耦合本振信号以及对消后信号生成中频信号；低频控制电路用于接收中频信号，并根据中频信号生成第一电压信号以及第二电压信号；接收器用于输出对消后信号。
优选的，低频控制电路包括运算放大器、积分器以及加法器。运算放大器用于对中频信号进行滤波以及放大处理；积分器用于对滤波以及放大处理后的中频信号进行积分处理，得到累积电压值；加法器用于将累积电压值与预设启动电压进行累加，以生成驱动矢量调制器的第一电压信号以及第二电压信号。
优选的，调制信号与回波信号中的直耦信号的幅值相等，相位相反。
优选的，频率源通过第一功率放大器与功率分配器连接；功率分配器通过第二功率放大器与耦合器连接。
优选的，中频信号包括耦合本振信号以及对消后信号混频后的第一I路信号、耦合本振信号以及对消后信号混频后的第一Q路信号、第一I路信号的反相信号以及第一Q路信号的反相信号。
优选的，使用第一I路信号和第一I路信号的反相信号生成第一电压信号，使用第一Q路信号和第一Q路信号的反相信号生成第二电压信号。
优选的，耦合器通过巴伦与矢量调制器连接。
优选的，耦合本振信号包括第二I路信号以及第二Q路信号。
优选的，功率分配器的分配损耗为2dB至4dB。
本发明的步进频率雷达的具体工作原理与上述的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例中的描述相同或相似，具体请参见上述的步进频率雷达的信号对消电路的优选实施例的相似描述。
本发明的步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达采用纯模拟结构，电路结构简单、成本低且系统响应时间短；增大了双天线结构的步进频率雷达的收发机之间的隔离度；本发明的步进频率雷达的信号对消电路在500MHz的带宽内，可达到30db以上的对消比；解决了现有的步进频率雷达的信号对消电路及步进频率雷达不可对步进频率雷达的发射信号的泄露信号进行有效对消的技术问题。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，包括：
频率源，用于产生本振信号；
功率分配器，用于将所述本振信号分成发射信号以及耦合本振信号；
耦合器，用于根据所述发射信号耦合产生对消本振信号；并将所述对消本振信号发送至矢量调制器；
第一天线，用于发送所述发射信号；
第二天线，用于接收所述发射信号的回波信号，其中所述回波信号包括正常回波信号以及直耦信号；
所述矢量调制器，用于根据所述对消本振信号、第一电压信号以及第二电压信号，生成调制信号；
合路器，用于对所述调制信号以及所述回波信号进行对消操作，生成对消后信号，并将所述对消后信号发送至所述正交混频器以及接收器；
正交混频器，用于接收所述耦合本振信号以及所述对消后信号，并根据所述耦合本振信号以及所述对消后信号生成中频信号；
低频控制电路，用于接收所述中频信号，并根据所述中频信号生成所述第一电压信号以及所述第二电压信号；以及
接收器，用于接收所述对消后信号。
2.根据权利要求1所述步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，所述低频控制电路包括：
运算放大器，用于对所述中频信号进行滤波以及放大处理；
积分器，用于对滤波以及放大处理后的中频信号进行积分处理，得到累积电压值；以及
加法器，用于将所述累积电压值与预设启动电压进行累加，以生成驱动所述矢量调制器的所述第一电压信号以及所述第二电压信号。
3.根据权利要求1所述的步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，所述调制信号与所述回波信号中的直耦信号的幅值相等，相位相反。
4.根据权利要求1所述的步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，所述频率源通过第一功率放大器与所述功率分配器连接；所述功率分配器通过所述第二功率放大器与所述耦合器连接。
5.根据权利要求1所述的步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，所述中频信号包括所述耦合本振信号以及所述对消后信号混频后的第一I路信号、所述耦合本振信号以及所述对消后信号混频后的第一Q路信号、所述第一I路信号的反相信号以及所述第一Q路信号的反相信号。
6.根据权利要求5所述的步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，使用所述第一I路信号和所述第一I路信号的反相信号生成所述第一电压信号，使用所述第一Q路信号和所述第一Q路信号的反相信号生成所述第二电压信号。
7.根据权利要求1所述的步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，所述耦合器通过巴伦与所述矢量调制器连接。
8.根据权利要求1所述的步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，所述耦合本振信号包括第二I路信号以及第二Q路信号。
9.根据权利要求1所述的步进频率雷达的信号对消电路，其特征在于，所述功率分配器的分配损耗为2dB至4dB。
10.一种包括上述权利要求1-9中任一的信号对消电路的步进频率雷达。
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