CN109950696A - 整流天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种整流天线,包括:天线模块,用于接收电磁波信号并将其转换为相应的交流信号;第一整流电路,用于根据所述天线模块产生的交流信号输出相应的第一直流信号;第二整流电路,用于根据所述天线模块产生的交流信号输出相应的第二直流信号;所述第一直流信号和所述第二直流信号的方向相反;差动放大电路,用于接收所述第一直流信号和所述第二直流信号,并将所述第一直流信号和所述第二直流信号的差值进行放大后输出。本发明能够提高整流天线的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域,具体涉及一种整流天线。
背景技术
整流天线是电磁波检测的一种主流方式,而提高整流天线的灵敏度对于有效检测电磁波有很大的助益。一般来说,提高灵敏度的方法包含了增加天线增益、降低滤波器和整流器的损耗、及使用低噪声放大器,传统的整流天线因受限于天线增益和传输损耗,因此多会使用低噪声放大器来增加电磁波检测的灵敏度,但天线的低噪声放大器的售价相当高,从而增加整体成本。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提出了一种整流天线,以利用较低的成本提高整流天线的灵敏度。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种整流天线,包括:
天线模块,用于接收电磁波信号并将其转换为相应的交流信号;
第一整流电路,用于根据所述天线模块产生的交流信号输出相应的第一直流信号;
第二整流电路,用于根据所述天线模块产生的交流信号输出相应的第二直流信号;所述第一直流信号和所述第二直流信号的方向相反;
差动放大电路,用于接收所述第一直流信号和所述第二直流信号,并将所述第一直流信号和所述第二直流信号的差值进行放大后输出。
优选地,所述第一整流电路包括连接在所述天线模块与所述差动放大电路之间的第一整流器,该第一整流器用于对其接收到的交流信号进行半波整流,以输出第一脉动直流信号;所述第一直流信号为所述第一脉动直流信号或所述第一脉动直流信号滤波后的信号。
优选地,所述第一整流电路还包括第一带通滤波器和第一低通滤波器,
所述第一带通滤波器连接在所述天线模块和所述第一整流器之间,用于对所述天线模块产生的交流信号进行带通滤波,并将经过带通滤波后的信号输出至所述第一整流器;
所述第一低通滤波器连接在所述第一整流器与所述差动放大电路之间,用于对所述第一整流器输出的第一脉动直流信号进行低通滤波,以输出所述第一直流信号。
优选地,所述第一整流器包括第一整流二极管,所述第一整流二极管的正极接地,负极与所述第一带通滤波器的输出端和所述第一低通滤波器的输入端相连。
优选地,所述第二整流电路包括连接在所述天线模块与所述差动放大电路之间的第二整流器,该第二整流器用于对其接收到的交流信号进行半波整流,以输出第二脉动直流信号;所述第二直流信号为所述第二脉动直流信号或所述第二脉动直流信号滤波后的信号。
优选地,所述第二整流电路还包括第二带通滤波器和第二低通滤波器,
所述第二带通滤波器连接在所述天线模块与所述第二整流器之间,用于对所述天线模块产生的交流信号进行带通滤波,并将经过带通滤波后的信号输出至所述第二整流器;
所述第二低通滤波器连接在所述第二整流器与所述差动放大电路之间,用于对第二整流器输出的第二脉动直流信号进行低通滤波,以输出所述第二直流信号。
优选地,所述第二整流器包括第二整流二极管,所述第二整流二极管的负极接地,正极与所述第二带通滤波器的输出端和所述第二低通滤波器的输入端相连。
优选地,所述差动放大电路包括差动放大器,所述差动放大器的正向输入端与所述第二整流电路的输出端相连,所述差动放大器的反向输入端与所述第一整流电路的输出端相连,所述差动放大器的输出端作为差动放大电路的输出端。
优选地,所述差动放大器包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻,
所述第一电阻的一端与所述运算放大器的反向输入端相连,另一端作为所述差动放大器的反向输入端;
所述第二电阻的一端与所述运算放大器的正向输入端相连,另一端作为所述差动放大器的正向输入端;
所述第三电阻的两端分别与所述运算放大器的反向输入端和输出端相连;
所述第四电阻的两端分别与所述运算放大器的正向输入端和地相连;
所述运算放大器的输出端作为所述差动放大器的输出端。
优选地,所述天线模块包括两个接收天线,两个接收天线与两个第一整流电路的输入端一一对应相连。
优选地,所述天线模块包括一个接收天线和与该接收天线相连的功率分配单元,所述功率分配单元用于将所述接收天线输出的交流信号均分为功率相同的两路交流信号,并将该两路交流信号分别输出至所述第一整流电路和所述第二整流电路。
优选地,所述功率分配单元包括二功分器,所述二功分器的输入端与所述接收天线相连,所述二功分器的两个输出端分别与所述第一整流电路和所述第二整流电路相连。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明提供的整流天线的模块结构示意图;
图2是本发明提供的整流天线的第一种具体结构示意图;
图3是本发明提供的整流天线的第二种具体结构示意图。
其中,附图标记为:
10、天线模块;11、接收天线;12、功率分配单元;12a、二功分器;20、第一整流电路;21、第一带通滤波器;22、第一低通滤波器;23、第一整流器;30、第二整流电路;31、第二带通滤波器;32、第二低通滤波器;33、第二整流器;40、差动放大电路;41、运算放大器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
本发明提供一种整流天线,图1为本发明提供的整流天线的模块结构示意图,如图1所示,所述整流天线包括天线模块10、第一整流电路20、第二整流电路30和差动放大电路40。其中,天线模块10用于接收电磁波信号并将其转换成相应的交流信号,具体可以包括至少一个接收天线。第一整流电路20用于根据天线模块10产生的交流信号输出相应的第一直流信号。第二整流电路30用于根据天线模块10产生的交流信号输出相应的第二直流信号;所述第一直流信号和所述第二直流信号的方向相反,即,第一直流信号和第二直流信号的正负相反,而二者大小可以相同,也可以有差异。差动放大电路40用于接收所述第一直流信号和所述第二直流信号,并将所述第一直流信号和所述第二直流信号的差值进行放大后输出。其中,差动放大电路40的输出端作为整流天线的输出端,所述整流天线将电磁波信号转换为直流信号并放大,以便于后续的检测器通过检测直流信号,而确定电磁波的大小。
在本发明中,天线模块10输出的直流信号经过第一整流电路20和第二整流电路30整流后,形成正负相反的两个直流信号,由于两个直流信号中的低噪很接近,因此,当两个直流信号进入差动放大电路40后,低噪声可以相互抵消至少一部分,而直流成分被放大,从而有利于后续的检测器判断电磁波的大小,进而有利于提高整流天线检测电磁波的灵敏度。并且,和采用低噪声放大器的方式相比,本发明的提高整流天线灵敏度的方式不需要进行阻抗匹配,从而可以适用于不同的天线,且差动放大电路40的成本较低,从而可以降低整流天线的整体成本。
图2是本发明提供的整流天线的第一种具体结构示意图。结合图1和图2所示,整流天线包括天线模块10、第一整流电路20、第二整流电路30和差动放大电路40。上述第一直流信号为正向信号,第二直流信号为反向信号。具体地:
天线模块10包括两个接收天线11,两个接收天线11与两个第一整流电路20的输入端一一对应相连。接收天线11具体可以采用偶极子天线、微带贴片天线、扇形天线等。另外,为了减小整流天线的尺寸,接收天线11可以采用结构紧凑的天线或多层天线结构。
第一整流电路20可以采用半波整流的方式,具体包括连接在天线模块10与差动放大电路40之间的第一整流器23(如图2所示),该第一整流器23用于对其接收到的交流信号进行半波整流,以输出第一脉动直流信号。其中,第一整流器23与天线模块10之间的连接可以为直接相连,也可以为间接相连;第一整流器23与差动放大电路40之间的连接方式也可以为直接相连或间接相连,即,所述第一直流信号为所述第一脉动直流信号或其滤波后的信号。第一整流器23具体可以包括第一整流二极管,其正极和负极中的一者接地,另一者与天线模块10和差动放大电路40相连,通过第一整流二极管的单向导电性来实现半波整流。进一步具体地,第一整流二极管可以为拥有更好高频特性和开关性能的肖特基二极管。
通常,接收天线11所转换得到的交流电信号具有多个不同的频率,为了筛选出工作频段的信号,第一整流电路20还包括第一带通滤波器21和第一低通滤波器22。第一带通滤波器21连接在所述天线模块10和所述第一整流器23之间,用于对所述天线模块10产生的交流信号进行带通滤波,并将经过带通滤波后的信号输出至所述第一整流器23。第一低通滤波器22连接在第一整流器23与差动放大电路40之间,用于对第一整流器23输出的第一脉动直流信号进行低通滤波,以去除第一脉动直流信号中的高频成分,从而提高整流效率。第一低通滤波器22输出的信号即为所述第一直流信号。其中,第一带通滤波器21的输入端与其中一个接收天线11相连,输出端与第一整流二极管的负极相连;第一低通滤波器22的输入端与第一整流二极管的负极相连,输出端与差动放大电路40的负向输入端相连;第一整流二极管的正极接地。
和第一整流电路20相同的,第二整流电路30也采用半波整流的方式,具体地,如图2所示,第二整流电路30包括连接在天线模块10与差动放大电路40之间的第二整流器33,该第二整流器33用于对其接收到的交流信号进行半波整流,以输出第二脉动直流信号;所述第二直流信号为所述第二脉动直流信号或所述第二脉动直流信号滤波后的信号。第二整流二极管可以为拥有更好高频特性和开关性能的肖特基二极管。
进一步地,如图2所示,第二整流电路30还包括第二带通滤波器31和第二低通滤波器32。第二带通滤波器31连接在天线模块10与第二整流器33之间,用于对天线模块10产生的交流信号进行带通滤波,并将经过带通滤波后的信号输出至第二整流器33。第二低通滤波器32连接在第二整流器33与差动放大电路40之间,用于对第二整流器33输出的第二脉动直流信号进行低通滤波,以去除第二脉动直流信号中的高频成分,从而提高整流效率。第二低通滤波器32输出的信号即为所述第二直流信号。其中,第二带通滤波器31的输入端与另一个接收天线11相连,输出端与第二整流二极管的正极相连;第二低通滤波器32的输入端与第二整流二极管的正极相连,输出端与差动放大电路40的正向输入端相连;第二整流二极管的负极接地。
其中,第一带通滤波器21和第二带通滤波器31的结构不作限定,二者可以均为巴特沃斯带通滤波器;第一低通滤波器22和第二低通滤波器32的结构也不作限定,二者可以为巴特沃斯低通滤波器或切比雪夫低通滤波器。
差动放大电路40包括差动放大器,所述差动放大器的正向输入端与第二整流电路30的输出端(即,第二低通滤波器32的输出端)相连,所述差动放大器的反向输入端与所述第一整流电路20的输出端(即,第一低通滤波器22的输出端)相连,所述差动放大器的输出端作为差动放大电路40的输出端。
其中,所述差动放大器具体为四电阻差动放大器,以简化差动放大器的结构。具体地,如图2所示,所述差动放大器包括运算放大器41、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。第一电阻R1的一端与运算放大器41的反向输入端相连,第一电阻R1的另一端作为差动放大器的反向输入端;第二电阻R2的一端与运算放大器41的正向输入端相连,第二电阻R2的另一端形成所述差动放大器的正向输入端;第三电阻R3的两端分别与运算放大器41的反向输入端和输出端相连;第四电阻R4的两端分别与运算放大器41的正向输入端和地相连;运算放大器41的输出端形成所述差动放大器的输出端。此时,差动放大器输出端的直流信号的电压Vo、第一整流电路20输出端的电压V1、第二整流电路30输出端的电压V2、第一电阻R1的阻值R1、第二电阻R2的阻值R2、第三电阻R3的阻值R3和第四电阻R4的R4满足公式(1):
其中,第一电阻R1的阻值R1和第二电阻R2的阻值R2可以相等,第三电阻R3的阻值R3和第四电阻R4的R4可以相等,此时,V0=(R3/R1)*(V2-V1)。而由于电压V2和V1中的低噪成分相近,因此,V2与V1相减后可以将低噪抵消一部分甚至完全消除。并且,通过相同的电压V2和V1正负相反,相减并与(R3/R1)相乘后得到放大的电压V0。
可以理解的是,本发明仅以四电阻差动放大器为例,对差动放大器的结构以及差动放大器输出电压进行了说明,然而本发明不局限于此,差动放大器也可以采用其他结构,例如,三运放差动放大器等。
图3是本发明提供的整流天线的第二种具体结构示意图。图3与图2的整流天线的区别仅在于天线模块10的结构不同,具体地,如图3所示,天线模块10包括一个接收天线11和与该接收天线11相连的功率分配单元12,功率分配单元12用于将接收天线11输出的交流信号均分为功率相同的两路交流信号,并将该两路交流信号分别输出至第一整流电路20和第二整流电路30。其中,功率分配单元12具体包括二功分器12a,二功分器12a的输入端与接收天线11相连,二功分器12a的两个输出端分别与第一整流电路20和第二整流电路30相连,即,分别与第一带通滤波器21的输入端和第二带通滤波器31的输入端相连。二功分器12a具体可以采用结构简单的Wilkinson功分器、双线二分器等。
在第二种结构中,第一整流电路20、第二整流电路30和差动放大电路40的具体结构均和第一种结构中相同,差动放大电路40输出的电压Vo同样满足上述公式(1),这里不再赘述。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种整流天线,其特征在于,包括:
天线模块,用于接收电磁波信号并将其转换为相应的交流信号;
第一整流电路,用于根据所述天线模块产生的交流信号输出相应的第一直流信号;
第二整流电路,用于根据所述天线模块产生的交流信号输出相应的第二直流信号;所述第一直流信号和所述第二直流信号的方向相反;
差动放大电路,用于接收所述第一直流信号和所述第二直流信号,并将所述第一直流信号和所述第二直流信号的差值进行放大后输出。
2.根据权利要求1所述的整流天线,其特征在于,所述第一整流电路包括连接在所述天线模块与所述差动放大电路之间的第一整流器,该第一整流器用于对其接收到的交流信号进行半波整流,以输出第一脉动直流信号;所述第一直流信号为所述第一脉动直流信号或所述第一脉动直流信号滤波后的信号。
3.根据权利要求2所述的整流天线,其特征在于,所述第一整流电路还包括第一带通滤波器和第一低通滤波器,
所述第一带通滤波器连接在所述天线模块和所述第一整流器之间,用于对所述天线模块产生的交流信号进行带通滤波,并将经过带通滤波后的信号输出至所述第一整流器;
所述第一低通滤波器连接在所述第一整流器与所述差动放大电路之间,用于对所述第一整流器输出的第一脉动直流信号进行低通滤波,以输出所述第一直流信号。
4.根据权利要求3所述的整流天线,其特征在于,所述第一整流器包括第一整流二极管,所述第一整流二极管的正极接地,负极与所述第一带通滤波器的输出端和所述第一低通滤波器的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的整流天线,其特征在于,所述第二整流电路包括连接在所述天线模块与所述差动放大电路之间的第二整流器,该第二整流器用于对其接收到的交流信号进行半波整流,以输出第二脉动直流信号;所述第二直流信号为所述第二脉动直流信号或所述第二脉动直流信号滤波后的信号。
6.根据权利要求5所述的整流天线,其特征在于,所述第二整流电路还包括第二带通滤波器和第二低通滤波器,
所述第二带通滤波器连接在所述天线模块与所述第二整流器之间,用于对所述天线模块产生的交流信号进行带通滤波,并将经过带通滤波后的信号输出至所述第二整流器;
所述第二低通滤波器连接在所述第二整流器与所述差动放大电路之间,用于对第二整流器输出的第二脉动直流信号进行低通滤波,以输出所述第二直流信号。
7.根据权利要求6所述的整流天线,其特征在于,所述第二整流器包括第二整流二极管,所述第二整流二极管的负极接地,正极与所述第二带通滤波器的输出端和所述第二低通滤波器的输入端相连。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的整流天线,其特征在于,所述差动放大电路包括差动放大器,所述差动放大器的正向输入端与所述第二整流电路的输出端相连,所述差动放大器的反向输入端与所述第一整流电路的输出端相连,所述差动放大器的输出端作为差动放大电路的输出端。
9.根据权利要求8所述的整流天线,其特征在于,所述差动放大器包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻,
所述第一电阻的一端与所述运算放大器的反向输入端相连,另一端作为所述差动放大器的反向输入端;
所述第二电阻的一端与所述运算放大器的正向输入端相连,另一端作为所述差动放大器的正向输入端;
所述第三电阻的两端分别与所述运算放大器的反向输入端和输出端相连;
所述第四电阻的两端分别与所述运算放大器的正向输入端和地相连;
所述运算放大器的输出端作为所述差动放大器的输出端。
10.根据权利要求1至7中任意一项所述的整流天线,其特征在于,所述天线模块包括两个接收天线,两个接收天线与两个第一整流电路的输入端一一对应相连。
11.根据权利要求1至7中任意一项所述的整流天线,其特征在于,所述天线模块包括一个接收天线和与该接收天线相连的功率分配单元,所述功率分配单元用于将所述接收天线输出的交流信号均分为功率相同的两路交流信号,并将该两路交流信号分别输出至所述第一整流电路和所述第二整流电路。
12.根据权利要求11所述的整流天线,其特征在于,所述功率分配单元包括二功分器,所述二功分器的输入端与所述接收天线相连,所述二功分器的两个输出端分别与所述第一整流电路和所述第二整流电路相连。
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