CN108627836B - 一种双频段探测停车位雷达射频前端装置 - Google Patents

一种双频段探测停车位雷达射频前端装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双频段雷达前端射频装置，包括双频段收发天线、双频段双平衡混频器和宽带电感电容压控振荡器。宽带电感电容压控振荡器产生一个发射信号，大部分发射信号传输至双频段双平衡混频器，小部分发射信号传输至双频段收发天线，双频段收发天线将发射信号辐射到车辆，并能接收由车辆反射的回波信号，并传输至双频段双平衡混频器，双频段双平衡混频器将接收到的回波信号与原始发射信号进行混频，从中频端口(IF)输出一个新的信号，本发明可以产生两个频段，一个频段用于探测车辆和信息传输，另一个频段可满足蓝牙频段，与基带控制器、链路管理层组成蓝牙硬件收发模块，通过蓝牙技术上传停车信息，用于户外停车场探测车辆，不受天气、环境因素影响，提高停车位探测的准确率。

Description

一种双频段探测停车位雷达射频前端装置
技术领域
本发明属于智能停车管理领域，涉及到一种双频段探测停车位雷达射频前端装置。
背景技术
随着城市的现代化发展，使人民的生活水平大幅度提高，同时也造成了机动车持有量的激增，停车难、道路拥挤等问题严重影响了中国经济和人民的生活质量。准确探测停车位，实现信息可查，让市民都有泊位可以停靠，成为了近年来迫切待解决的首要问题。目前国内外停车场用于车辆检测的技术较多，主要视频车辆检测和无线地磁车辆检测等。视频检测技术是通过视频摄像机作为前端传感模块，在采集视频图像上设置虚拟检测区域，当车辆进入这一虚拟检测区域时，图像的背景灰度值发生变化，再经过算法处理判断出车辆的存在，但该检测技术极易受到天气和光线的影响并且检测设备成本较高。无线地磁车辆检测方法是最近几年的新型车辆检测数据采集设备，以AMR磁阻传感器为车辆检测器，体积小、检测精度高、环境适应性能强并且安装简易，但地磁传感器对车辆的检测会受到相邻车位的干扰，无线通讯信号因为应用环境复杂也会大幅度衰减，导致普通的无线传感网系统通信距离大大缩减。
由于雷达探测方法具有很高的准确率并且不容易受到环境外界因素的影响，例如天气条件、光线条件以及附近车辆等铁磁物体的影响，目前国外的一部分大型户外停车场已经开始采用多普勒雷达进行停车位的探测，基于多普勒原理连续测量车辆的速度，当车辆速度为零时可判断车位被车辆占用。但是传统的多普勒雷达后端需要连接传感器，在无线地磁车辆检测算法的基础上改进才能实现车辆探测和信息传输，因此雷达射频电路开始朝多频段、宽频段的方向发展。
发明内容
本发明目的在于简化现有技术，提供一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，两个频段分别用于探测车辆和信息传输，其中一个频段可满足蓝牙频段，可与基带控制器、链路管理层组成蓝牙硬件收发模块，通过蓝牙技术上传停车信息，另一个频段用于户外停车场探测车辆，不受天气、环境因素影响，提高停车位探测的准确率。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来解决：
提供一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，包括双频段双平衡混频器、双频段收发天线及宽带电感电容压控振荡器，
所述宽带电感电容压控振荡器能产生发射用的双频段发射信号，将大部分发射信号传输至双频段双平衡混频器，小部分发射信号传输至双频段发射天线；
所述双频段发射天线将小部分发射信号中的一种频段信号辐射到车辆，另一频段信号辐射到蓝牙设备；
所述双频段接收天线接收由车辆反射的回波信号，并将回波信号传输至双频段双平衡混频器；
所述双频段双平衡混频器将接收到的回波信号与原始发射信号进行混频，从中频端口输出一个新的信号。
进一步，所述双频段收发天线采用共面波导馈电的微带贴片天线，其中，两根金属贴片通过调节尺寸和结构来实现双频化。
进一步，所述宽带电感电容压控振荡器，包括带PMOS电流镜的互补交叉耦合电感电容压控振荡器、两对交叉耦合晶体管对、传输门开关SW1、SW2、SW3、开关电容阵列和RC偏置电路；
所述带PMOS电流镜的互补交叉耦合电感电容压控振荡器中，包括电感、变容管、开关；电感和一对变容管并联构成压控振荡器的谐振腔，开关构成互补式交叉耦合对管，为谐振腔提供能量以保持持续振荡产生输出信号。
进一步，所述宽带电感电容压控振荡器，通过控制传输门开关SW1、SW2、SW3切换交叉耦合晶体管对，产生两个带宽频率；开关SW1、SW2、SW3断开，前后级电路也是断开的，因而前级电路信号不会传递到后级中，后级晶体管的寄生电容不会影响到此刻的振荡频率，开关SW1、SW2、SW3闭合，随着跨导的增加，低频振荡频率降低，进而提高了宽带电容电感压控振荡器的频率振荡范围。
进一步，所述开关电容阵列和RC偏置电路中，采用开关电容阵列来实现分段调谐；RC偏置电路中RC的极点频率远远低于宽带电感电容压控振荡器的振荡频率，分析相位噪声可将电容的影响忽略掉。
进一步，所述双频段双平衡混频器中，包括双平衡混频器和双频段匹配网络；
所述双平衡混频器中，具有本振端口、射频端口及中频端口；所述双平衡混频器通过本振端口、射频端口及中频端口与双频段匹配网络连接。本振端口采用电感电容并联构成缓冲器，消除宽带电感电容压控振荡器与双频段双平衡混频器中间的耦合；跨导管漏极采用电流复用的电流注入技术，增加跨导提高了转换增益；跨导管源级连接一种交叉耦合对管形成正反馈，在消耗电压降较低的情况下也能提高线性度和转换增益。
进一步，所述双平衡混频器三个端口均使用PI型并发双频段阻抗变换网络，使得匹配网络能够将两个频点处的不同阻抗很好的匹配到系统阻抗。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明采用收发一体的结构，降低了雷达系统的成本；
2、本发明设计了一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，可以产生两个频段，一个频段用于探测车辆和信息传输，另一个频段可满足蓝牙频段，与基带控制器、链路管理层组成蓝牙硬件收发模块，通过蓝牙技术上传停车信息，用于户外停车场探测车辆，不受天气、环境因素影响，提高停车位探测的准确率。
3、本发明采用微带贴片天线，制作方便成本低；
4、本发明采用可切换交叉耦合晶体管对的宽带电感电容压控振荡器，开关将前后级电路分开，因而前级电路信号不会传递到后级中，后级晶体管的寄生电容不会影响到此刻的振荡频率；
5、采用开关电容阵列实现分段调谐，占用面积适中并且实现更简便；
6、本发明采用双平衡混频器，三个端口之间具有很好的隔离度；
7、采用PI型并发双频段阻抗变换网络，使得匹配网络能够将两个频点处的不同阻抗很好的匹配到系统阻抗。
附图说明
图1为双频段收发天线的结构示意图；
图2为开关电容阵列原理图；
图3为宽带电感电容压控振荡器的电路原理图；
图4为双频段双平衡混频器结构框图；
图5为双频段双平衡混频器的电路原理图；
图6为双频段探测停车位雷达射频前端装置整体结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示为双频段收发天线，发射天线和接收天线均采用此结构，采用共面波导方式馈电，使用环氧玻璃布层压板FR-4材料来制作介质板，两根折叠天线分别代表频率一和频率二，通过改变折叠贴片的结构，通过改变每段的长度和整体宽度可以调节天线的谐振点从而实现双频化，改变地平面的长度可以调节天线的输出阻抗。
如图2所示为开关电容阵列，在使用变电容调节的情况下采用开关电容阵列实现分段调谐来扩展调谐范围，即将一个宽调谐范围划分为多段，而每段是一个窄的调谐范围，每一段所对应的压控曲线还必须在两端有一定重合，以避免因为工艺的偏差而造成盲区，这样便可实现宽调谐范围，而不明显增大压控增益，此结构占用面积适中且实现起来也比较简便。
如图3所示为宽带电感电容压控振荡器，采用带PMOS电流镜的互补交叉耦合电感电容压控振荡器，电感和一对变容管并联构成压控振荡器的谐振腔，互补式交叉耦合对管为谐振腔提供能量以保持持续振荡产生输出信号。两对交叉耦合晶体管通过开关SW1-SW3实现可切换核心晶体管的宽带电感电容压控振荡器，两对交叉耦合晶体管分别对应两个带宽频率，开关SW1-SW3断开，前后级电路也是断开的，因而前级电路信号不会传递到后级中，后级晶体管的寄生电容不会影响到此刻的振荡频率，开关SW1-SW3闭合，随着跨导的增加，低频振荡频率降低，进而提高了宽带电容电感压控振荡器的频率振荡范围。采用开关电容阵列来实现分段调谐，开关电容阵列结构占用面积适中且实现起来也比较简便。采用RC偏置电路，电路中RC的极点频率远远低于宽带电感电容压控振荡器的振荡频率，分析相位噪声可将电容的影响忽略掉。
如图4所示为双频段双平衡混频器，双频段双平衡混频器包括双平衡混频器和双频段匹配网络；所述双平衡混频器通过本振端口、射频端口及中频端口与双频段匹配网络连接；本振端口、射频端口及中频端口均采用PI型并发双频段阻抗变换网络。
如图5所示为双频段双平衡混频器的电路原理图，在混频器的基础上，本振端口采用电感电容并联构成缓冲器，消除宽带电感电容压控振荡器与双频段双平衡混频器中间的耦合。跨导管漏极采用电流复用的电流注入技术，增加跨导提高了转换增益。跨导管源级连接一种交叉耦合对管形成正反馈，在消耗电压降较低的情况下也能提高线性度和转换增益。射频端口、本振端口和中频端口均使用PI型并发双频段阻抗变换网络，使得匹配网络能够将两个频点处的不同阻抗很好的匹配到系统阻抗。PI型并发双频段阻抗变换网络用于本振端口、射频端口及中频端口，将两频点的输入输出阻抗利用串联微带线变换到等电导圆上，再通过在匹配频点处阻抗等效为所需电纳，同时在另一个频点等效为开路的特定并联微带线枝节将两频点同时匹配到50Ω。
如图6所示为本发明双频段探测停车位雷达射频前端装置整体结构图，本发明的整体结构由双频段双平衡混频器、双频段收发天线及宽带电感电容压控振荡器构成，宽带电感电容压控振荡器能产生发射用的特定频率的发射信号，将大部分发射信号传输至双频段双平衡混频器，小部分发射信号传输至双频段收发天线，双频段收发片天线将发射信号辐射到车辆，并能接收由车辆反射的回波信号，并传输至双频段双平衡混频器；双频段双平衡混频器将接收到的回波信号与原始发射信号进行混频，从中频输出端口输出一个新的信号。
本发明主要采用ADS进行仿真设计，但是天线需要先用HFSS仿真，再和ADS进行联合仿真。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，其特征在于，包括双频段双平衡混频器、双频段收发天线和宽带电感电容压控振荡器；
所述宽带电感电容压控振荡器能产生发射用的双频段发射信号，将一部分发射信号传输至双频段双平衡混频器，另一部分发射信号传输至双频段发射天线；
所述双频段发射天线将小部分发射信号中的一种频段信号辐射到车辆，另一频段信号辐射到蓝牙设备；
双频段接收天线接收由车辆反射的回波信号，并将回波信号传输至双频段双平衡混频器；
所述双频段双平衡混频器将接收到的回波信号与原始发射信号进行混频，从中频端口输出一个新的信号。
2.根据权利要求1所述的一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，其特征在于，所述双频段收发天线采用共面波导馈电的微带贴片天线，通过调节两根金属贴片尺寸或结构来实现双频化。
3.根据权利要求1所述的一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，其特征在于，所述宽带电感电容压控振荡器，包括带PMOS电流镜的互补交叉耦合电感电容压控振荡器、两对交叉耦合晶体管对、传输门开关SW1、SW2、SW3、开关电容阵列和RC偏置电路；
所述带PMOS电流镜的互补交叉耦合电感电容压控振荡器中，包括电感、变容管、开关；电感和一对变容管并联构成压控振荡器的谐振腔，开关构成互补式交叉耦 合对管，为谐振腔提供能量以保持持续振荡产生输出信号。
4.根据权利要求3所述的一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，其特征在于，所述宽带电感电容压控振荡器，通过控制传输门开关SW1、SW2、SW3切换交叉耦合晶体管对，产生两个带宽频率。
5.根据权利要求3所述的一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，其特征在于，所述宽带电感电容压控振荡器中采用开关电容阵列来实现分段调谐；RC偏置电路中RC的极点频率低于宽带电感电容压控振荡器的振荡频率，能忽略电容的影响。
6.根据权利要求1所述的一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，其特征在于，所述双频段双平衡混频器中，包括双平衡混频器和双频段匹配网络；
所述双平衡混频器中，具有本振端口、射频端口及中频端口；所述双平衡混频器通过本振端口、射频端口及中频端口与双频段匹配网络连接。
7.根据权利要求6所述的一种双频段探测停车位雷达射频前端装置，其特征在于，所述双频段匹配网络中，使用PI型并发双频段阻抗变换网络。
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