CN110068812A - 一种低功耗毫米波雷达探测模块 - Google Patents

一种低功耗毫米波雷达探测模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低功耗毫米波雷达探测模块，包括毫米波收发电路、低功耗处理器、PLL电路、时钟产生单元、发送天线和接收天线；所述毫米波收发电路，在低功耗处理器的控制下产生锯齿线性调频连续波，传输给发送天线进行发射，并通过接收天线探测回波信号，传输给低功耗处理器；所述PLL电路，在低功耗处理器的控制下，对来自时钟产生单元的时钟信号进行处理，并提供给毫米波收发电路；所述低功耗处理器，用于对毫米波收发电路和PLL电路的休眠进行控制，并配置毫米波收发电路产生的发送信号波形，对来自毫米波收发电路的回波信号进行处理，解算出目标的距离、速度和方位信息。本发明提供了一种低功耗毫米波雷达探测模块，具有体积小、功耗低、集成度高的优势。

Description

一种低功耗毫米波雷达探测模块
技术领域
本发明涉及雷达探测，特别是涉及一种低功耗毫米波雷达探测模块。
背景技术
在通信、雷达和空间探测等领域，雷达探测在民品及军品领域的应用已经越来越广泛，相关产品也逐步趋向于小型化，集成化，低成本及低功耗要求。
探测雷达可分为激光雷达、超声波雷达、红外雷达和毫米波雷达，激光雷达具有探测距离远、精度高的特点，但是容易受到雨雾等天气或环境因素干扰。超声和红外雷达具有价格低，设计简单的优点，但是会受到温度变化的影响，且探测距离有限。然而毫米波雷达的介质是电磁波，具有探测距离远、穿透能力强、环境适应性强以及实时性好的优点。但是，在毫米波雷达的设计过程中，经常需要考虑毫米波雷达的功耗问题，如何降低毫米波雷达探测模块的功耗，对于毫米波雷达的使用具有着重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低功耗毫米波雷达探测模块。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低功耗毫米波雷达探测模块，包括毫米波收发电路、低功耗处理器、PLL电路、时钟产生单元、发送天线和接收天线；
所述低功耗处理器分别与毫米波收发电路和PLL电路连接，所述毫米波收发电路分别与发送天线和接收天线连接；所述PLL电路的输入端与时钟产生单元连接，PLL电路的输出端与毫米波收发电路连接；
所述毫米波收发电路，在低功耗处理器的控制下产生锯齿线性调频连续波，传输给发送天线进行发射，并通过接收天线探测回波信号，传输给低功耗处理器；
所述PLL电路，在低功耗处理器的控制下，对来自时钟产生单元的时钟信号进行处理，并提供给毫米波收发电路；
所述低功耗处理器，用于对毫米波收发电路和PLL电路的休眠进行控制，并配置毫米波收发电路产生的发送信号波形，对来自毫米波收发电路的回波信号进行处理，解算出目标的距离、速度和方位信息。
优选地，所述低功耗处理器采用带有DSP功能的STM32L4系列单片机，该系列的单片机集成了高精度的ADC和DAC，以实现与毫米波收发电路之间信号的AD/DA转换；所述低功耗处理器控制毫米波收发电路产生的信号呈周期性，在每个周期内，低功耗处理器控制毫米波收发电路和PLL电路3/4的时间处于休眠状态，1/4的时间处于工作状态。
优选地，所述低功耗毫米波雷达探测模块还包括供电电源，所述供电电源分别与毫米波收发电路、低功耗处理器、PLL电路和时钟产生单元连接。
所述毫米波收发电路包括接收通道、发送通道和分频器；所述分频器的输入端与PLL电路连接，分频器的输出端分别与接收通道和发射通道连接，为接收通道和发射通道提供所需频率的信号。所述发射通道包括信号产生模块、频综模块、第一滤波器和功放PA，所述信号产生模块的输入端与低功耗处理器连接，在低功耗处理器的控制下产生锯齿线性调频连续波，信号产生模块的输出端与频综模块的第一输入端连接，频综模块的第二输入端与分频器连接，频综模块的输出端通过第一滤波器和功放PA与发送天线连接。
所述接收通道包括低噪声放大器LNA、混频器和第二滤波器；所述混频器的第一输入端通过低噪声放大器LNA与接收天线连接，混频器的第二输入端与分频器连接，所述混频器的输出端通过第二滤波器与低功耗处理器连接。
优选地，所述接收天线、发送天线与毫米波收发电路设置于同一PCB印制版上。所述接收天线和发送天线包含相同的天线结构，所述天线结构包括第一天线片和第二天线片，所述第一天线片通过馈线与第二天线片连接，所述第二天线片通过馈线与毫米波收发电路连接；所述第一天线片和第二天线片上均开设有十字槽。
本发明的有益效果是：本发明的低功耗处理器采用有DSP功能的STM32L4系列单片机，该类单片机集成度高，功耗低，且集成了高精度的ADC和DAC，以实现与毫米波收发电路之间信号的AD/DA转换，有利于减小整个毫米波雷达探测模块的体积；低功耗处理器对毫米波收发电路和PLL电路的休眠进行控制，使毫米波收发电路产生的信号呈周期性，在每个周期内，低功耗处理器控制毫米波收发电路和PLL电路3/4的时间处于休眠状态，1/4的时间处于工作状态，在不影响探测任务的条件下，使得整个毫米波雷达探测模块只有1/4的时间进行工作，进一步降低了模块功耗。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为毫米波收发电路在低功耗处理器的控制下产生的锯齿线性调频连续波时频示意图；
图3为实施例中各帧发送波形和接收波形的示意图；
图4为相邻帧的发送信号时隙示意图；
图5为毫米波收发电路的原理示意图；
图6为接收天线和发送天线的结构示意图；
图中，1-第一天线片，2-第二天线片，3-十字槽。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种低功耗毫米波雷达探测模块，包括毫米波收发电路、低功耗处理器、PLL电路、时钟产生单元、发送天线和接收天线；
所述低功耗处理器分别与毫米波收发电路和PLL电路连接，所述毫米波收发电路分别与发送天线和接收天线连接；所述PLL电路的输入端与时钟产生单元连接，PLL电路的输出端与毫米波收发电路连接；
所述毫米波收发电路，在低功耗处理器的控制下产生锯齿线性调频连续波，传输给发送天线进行发射，并通过接收天线探测回波信号，传输给低功耗处理器；
所述PLL电路，在低功耗处理器的控制下，对来自时钟产生单元的时钟信号进行处理，并提供给毫米波收发电路；
所述低功耗处理器，用于对毫米波收发电路和PLL电路的休眠进行控制，并配置毫米波收发电路产生的发送信号波形，对来自毫米波收发电路的回波信号进行处理，解算出目标的距离、速度和方位信息。
在本申请的实施例中，本发明的低功耗处理器采用带有DSP功能的STM32L4系列单片机，该类单片机集成度高，功耗低，且集成了高精度的ADC和DAC，以实现与毫米波收发电路之间信号的AD/DA转换，有利于减小整个毫米波雷达探测模块的体积；
在本申请的实施例中，毫米波收发电路在低功耗处理器的控制下产生的锯齿线性调频连续波，如图2所示，ft(t)为发射信号频率随时间变化示意图，fr(t)为延时Td回波信号频率随时间变化示意图。Tm为锯齿波调制周期,fb为回波信号的频移， fd为目标多普勒速度，f0为中心频率，Δf为频率调制宽度；
在本申请的实施例中，所述低功耗处理器控制毫米波收发电路产生的信号呈周期性，回波信号也呈周期性，在每个周期内，低功耗处理器控制毫米波收发电路和PLL电路3/4的时间处于休眠状态，1/4的时间处于工作状态；在不影响探测任务的条件下，使得整个毫米波雷达探测模块只有1/4的时间进行工作，进一步降低了模块功耗；每一帧发送和接收的波形如图3所示；如图4所示，在该实施例中，按一秒15帧来设计，帧与帧时间间隔66.66667ms。该实施例中，所述低功耗毫米波雷达探测模块还包括供电电源，所述供电电源分别与毫米波收发电路、低功耗处理器、PLL电路和时钟产生单元连接；该实施例中，所述毫米波收发电路中还设置有第一休眠开关，所述PLL电路中还设置有第二休眠开关，所述供电电源通过第一休眠开关对毫米波收发电路进行供电，并通过第二休眠开关对PLL电路供电；低功耗处理器还分别与毫米波收发电路和PLL电路中的休眠开关连接，对通过控制休眠开关，实现对毫米波收发电路和PLL电路的休眠控制。
如图5所示，所述毫米波收发电路包括接收通道、发送通道和分频器；所述分频器的输入端与PLL电路连接，分频器的输出端分别与接收通道和发射通道连接，为接收通道和发射通道提供所需频率的信号。所述发射通道包括信号产生模块、频综模块、第一滤波器和功放PA，所述信号产生模块的输入端与低功耗处理器连接，在低功耗处理器的控制下产生锯齿线性调频连续波，信号产生模块的输出端与频综模块的第一输入端连接，频综模块的第二输入端与分频器连接，频综模块的输出端通过第一滤波器和功放PA与发送天线连接。
所述接收通道包括低噪声放大器LNA、混频器和第二滤波器；所述混频器的第一输入端通过低噪声放大器LNA与接收天线连接，混频器的第二输入端与分频器连接，所述混频器的输出端通过第二滤波器与低功耗处理器连接。
如图6所述，在本申请的实施例中，所述接收天线、发送天线与毫米波收发电路设置于同一PCB印制版上；且该实施例中，接收天线和发送天线采用高速板材，介电常数适中，损耗角正切值小，信号传输损耗小。
所述接收天线和发送天线包含相同的天线结构，所述天线结构包括第一天线片1和第二天线片2，所述第一天线片1通过馈线与第二天线片2连接，所述第二天线片2通过馈线与毫米波收发电路连接；具体地址，在接收天线中，第二天线片2通过馈线与低噪声放大器LNA连接；在发射天线中，第二天线片2通过馈线与功放PA连接；所述第一天线片1和第二天线片2上均开设有十字槽3；天线结构包含两个天线片，能够压榨波束宽度以提高天线增益；每个天线片中间的十字槽3设计，能够调节天线方向图，方便阻抗匹配。
这里已经通过具体的实施例子对本发明进行了详细描述，提供上述实施例的描述为了使本领域的技术人员制造或适用本发明，这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是容易理解的。本发明并不限于这些例子，或其中的某些方面。本发明的范围通过附加的权利要求进行详细说明。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：包括毫米波收发电路、低功耗处理器、PLL电路、时钟产生单元、发送天线和接收天线；
所述低功耗处理器分别与毫米波收发电路和PLL电路连接，所述毫米波收发电路分别与发送天线和接收天线连接；所述PLL电路的输入端与时钟产生单元连接，PLL电路的输出端与毫米波收发电路连接；
所述毫米波收发电路，在低功耗处理器的控制下产生锯齿线性调频连续波，传输给发送天线进行发射，并通过接收天线探测回波信号，传输给低功耗处理器；
所述PLL电路，在低功耗处理器的控制下，对来自时钟产生单元的时钟信号进行处理，并提供给毫米波收发电路；
所述低功耗处理器，用于对毫米波收发电路和PLL电路的休眠进行控制，并配置毫米波收发电路产生的发送信号波形，对来自毫米波收发电路的回波信号进行处理，解算出目标的距离、速度和方位信息。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述低功耗处理器采用带有DSP功能的STM32L4系列单片机，该系列的单片机集成了高精度的ADC和DAC，以实现与毫米波收发电路之间信号的AD/DA转换。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述低功耗处理器控制毫米波收发电路产生的信号呈周期性，在每个周期内，低功耗处理器控制毫米波收发电路和PLL电路3/4的时间处于休眠状态，1/4的时间处于工作状态。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述低功耗毫米波雷达探测模块还包括供电电源，所述供电电源分别与毫米波收发电路、低功耗处理器、PLL电路和时钟产生单元连接。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述毫米波收发电路包括接收通道、发送通道和分频器；所述分频器的输入端与PLL电路连接，分频器的输出端分别与接收通道和发射通道连接，为接收通道和发射通道提供所需频率的信号。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述发射通道包括信号产生模块、频综模块、第一滤波器和功放PA，所述信号产生模块的输入端与低功耗处理器连接，在低功耗处理器的控制下产生锯齿线性调频连续波，信号产生模块的输出端与频综模块的第一输入端连接，频综模块的第二输入端与分频器连接，频综模块的输出端通过第一滤波器和功放PA与发送天线连接。
7.根据权利要求1所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述接收通道包括低噪声放大器LNA、混频器和第二滤波器；所述混频器的第一输入端通过低噪声放大器LNA与接收天线连接，混频器的第二输入端与分频器连接，所述混频器的输出端通过第二滤波器与低功耗处理器连接。
8.根据权利要求1所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述接收天线、发送天线与毫米波收发电路设置于同一PCB印制版上。
9.根据权利要求8所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述接收天线和发送天线包含相同的天线结构，所述天线结构包括第一天线片（1）和第二天线片（2），所述第一天线片（1）通过馈线与第二天线片（2）连接，所述第二天线片（2）通过馈线与毫米波收发电路连接。
10.根据权利要求9所述的一种低功耗毫米波雷达探测模块，其特征在于：所述第一天线片（1）和第二天线片（2）上均开设有十字槽（3）。
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