CN110429953A - 一种l型三频段抗干扰近距离探测器前端及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端,包括:用于收发电磁波信号的天线,沿信号传递方向依次排布的射频电路板、中频滤波放大电路板、数字信号处理电路板,以及用于安装所述天线和各电路板的壳体,其中,天线包括Ka波段天线、V波段天线和W波段天线;射频电路板包括Ka波段射频电路板、V波段射频电路板和W波段射频电路板;壳体在其表面设有凹槽。其中Ka波段天线、V波段天线和W波段天线平行地安装于凹槽内,且Ka波段天线、V波段天线与W波段天线集成于一个平面,该平面与各波段射频电路板垂直排列,使得探测器前端呈现L型。本发明提高了探测器探测识别的能力和抗干扰性能,且采用L型提高了系统的集成度和可靠性。

Description

一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端及其安装方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域,更具体地涉及一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端及其安装方法。
背景技术
毫米波探测器由于其较强的抗雨雾干扰能力,成为现代空中和地面目标探测避障的主要技术手段之一。但毫米波探测器在使用过程中会面临多种多频段干扰源干扰,导致探测器失效或精度受到影响,因此有必要针对干扰电磁波,进行抗干扰设计,以提高探测器探测识别能力。常规干扰手段出于对集成复杂度和成本的考虑,多用单一频点干扰源发出的电磁波对探测器进行干扰,干扰源通常为发出C、X等低频段波的干扰机。
另外,常规的毫米波探测器更多考虑产品的性能,形状较大。其中的天线多基于片上天线,波束视角一般小于60度。而且常规毫米波探测器多不具备大背景目标选择性盲视功能,在目标和大地背景重叠式时,由于大地目标的雷达散射截面积非常大(大于5m2),而近距离目标雷达散射截面积小,容易对近距离目标产生误报,影响实际探测准确性。
目前国内有两种新型抗干扰方法。其一是一种2.4GHz频段抗干扰方法(CN201310028067.1):利用信号的循环平稳特性,采用自适应频移滤波抑制干扰信号频谱,并提取有用信号,降低误码率。其二是一种空频联合抗干扰实现方法(CN201310611790.2):采用FFT宽带分割方法,将宽带信号分割成多个窄带信号,其次采用滑移窗法实现短数据内多次FFT变换,实现各频点信号间协方差矩阵计算,然后采用线性约束最小方差准则分别求得各窄带信号的滤波权值,最后采用两路数据交替拼接的方式,获得1路数据。该方法灵活度高。
但第一种方法采用单一频点,频率较低,且容易受到外界干扰。第二种方法无论是硬件还是软件过程都比较复杂,成本高。而高频电磁波在空气中衰减迅速,需要更高发射功率才能对同距离、同尺寸目标进行同强度干扰。
发明内容
为了解决现有技术中常规毫米波探测器频段单一、成本高、抗干扰性能差的问题,同时实现电路小型化设计与集成,本发明提供一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端及其安装方法。
Ka波段通常用于远距离大目标探测,容易受到大功率Ka雷达的干扰。V波段电磁波具有较强的大气吸收能力,是天然的隐身波段。W波段由于频率较高、干扰源造价贵、制造难度大,所以尚未见到W波段商用干扰源,因此选用W波段作为探测器具有一定的抗干扰优势。Ka和W是大气吸收(衰减)较弱的频段,是探测常用频段,产品元器件比较容易购得。而对于小目标探测,无论哪个频段,单一频段的雷达容易受到有源干扰源的干扰。故而有必要开展多频段收发组件的开发,以达到较好的抗干扰效果。
基于此,本发明提出一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端及其安装方法,包括:用于收发电磁波信号的天线,沿信号传递方向依次排布的射频电路板、中频滤波放大电路板、数字信号处理电路板,以及用于安装所述天线和各电路板的壳体,其中,所述天线包括Ka波段天线、V波段天线和W波段天线;所述射频电路板包括Ka波段射频电路板、V波段射频电路板和W波段射频电路板;所述壳体在其表面设有凹槽;其中,所述Ka波段天线、V波段天线和W波段天线平行地安装于所述凹槽内;所述Ka波段天线、V波段天线与W波段天线集成于一个平面,该平面与所述各波段射频电路板垂直排列,使得所述探测器前端呈现L型。
所述Ka、V、W波段天线均采用单狭缝天线,该天线发出的波束垂直于天线发射面并向探测器运动方向偏转15-24度。
所述Ka波段天线长度为7.5-8.5cm。
所述V波段天线长度为5.5-6.5cm。
所述W波段天线长度为4.5-5.5cm。
所述平面厚度小于1.1cm。
所述Ka波段天线、V波段天线和W波段天线从壳体表面两边由外向内安装于所述凹槽内,所述凹槽的数量为6个。
一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端安装方法,其特征在于,包括:
步骤S1,制作壳体结构;
步骤S2,在壳体表面两根中等长度的凹槽内安装V波段天线;
步骤S3,在壳体表面两根最短的凹槽内安装W波段天线;
步骤S4,在W波段射频电路板腔体左侧放置金属隔板;
步骤S5,在壳体表面两根最长的凹槽内安装Ka波段天线;
步骤S6,放置于烘箱内烘烤后取出;
步骤S7,在中频腔体中放置金属隔板和中频电路板;
步骤S8,放置数字信号处理板,盖上前金属盖板;
步骤S9,盖好后金属盖板;
步骤S10,将数字信号处理板通过双列插针引出。
所述壳体结构包括四个腔体:Ka波段射频腔体、V波段射频腔体、W波段射频腔体以及中频和数字信号处理腔体。
所述各腔体外采用铜或可伐合金,所述Ka波段射频腔体、V波段射频腔体、W波段射频腔体内采用吸波材料。
本发明提高了探测器探测识别的能力和抗干扰性能,且采用L型提高了系统的集成度和可靠性。本发明采用L型结构,将集成电路垂直于天线发射面排布,有利于节省天线后整块空间,提高系统集成度。且该L型结构焊点连接接触面积大,有利于提高天线馈电针焊接牢靠度。本发明采用Ka、V和W三个波段进行自适应协同探测,探测器将探测到的信息传输到信号处理单元,控制切换开关,切换到另两个频段中的一个,有效避免敌方干扰。进一步地,本发明可以探测5-7m近距离小目标,对于10m以外大目标选择性盲视,即对大于10m的大目标信号进行中频滤除。
附图说明
图1是L型三频段收发前端俯视图。
图2是图1中A截面(沿Ka波段天线中心剖面)示图。
图3是图1中B截面(沿V波段天线中心剖面)示图。
图4是图1中C截面(沿W波段天线中心剖面)示图。
附图标记说明如下:
1、天线狭缝;
21、Ka波段馈电针,22、V波段馈电针,23、W波段馈电针;
31、连接后盖板的m2(直径为2mm)螺丝,32、固定Ka波段射频板的m2螺丝,33、固定V波段射频板的m2螺丝,34、固定W波段射频板的m2螺丝,35、固定中频板的m2螺丝,36、固定前盖板的m2螺丝;
4、后盖板;
51、Ka波段玻璃绝缘子,52、V波段玻璃绝缘子,53、W波段玻璃绝缘子;
61、Ka波段射频板与V波段射频板之间的金属隔板,62、V波段射频板与W波段射频板之间的金属隔板,63、W波段射频板与中频板之间的金属隔板;
71、固定Ka波段射频板的金属凸台,72、固定V和W波段射频板的金属凸台,73、固定中频板的金属凸台,74、固定数字电路板的金属凸台;
8、V波段射频板;
91、连接Ka波段射频板与V波段射频板的双列插针,92、连接V波段射频板与Ka和W波段射频板的双列插针,93、连接W波段射频板与V波段射频板和中频板的双列插针,94、连接中频板与V波段射频板与信号处理板的双列插针,95、连接信号处理电路板与输出接口之间的双列插针;
10、W波段射频板;
11、Ka波段射频板;
12、中频板;
13、信号处理板;
14、前金属盖板;
15、壳体;
16、W波段天线;
17、V藕断天线;
18、Ka波段天线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述,应该理解,以下实施例仅用以说明而并非限制本发明。
本发明提供一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端,如图1和图2所示,包括:用于收发电磁波信号的天线,以及沿信号传递方向依次排布的射频电路板、中频滤波放大电路板12、数字信号处理电路板13,以及用于安装所述天线、射频电路板、中频滤波放大电路板12和数字信号处理电路板13的壳体15。
其中,所述天线包括Ka波段天线18、V波段天线17和W波段天线16,所述射频电路板包括Ka波段射频电路板11、V波段射频电路板8和W波段射频电路板10,所述壳体15在其表面设有凹槽。
其中,所述所述Ka波段天线18、V波段天线17与W波段天线16集成于一个平面,该平面与所述各波段射频电路板垂直排列,使得所述探测器前端呈现L型。由于系统对单个探测器组件(天线+收发电路板+壳体+电源+激光模块)体积(长宽高)是给定的,且系统电源和激光等系统往往厚度较高,因此不适合以片状结构安装。采用L型将集成电路垂直于天线发射面排布,有利于节省天线排布后的整块空间,用以放置系统电源或激光探测器等,提高集成度。另外,由于馈电针平行于电路板,相对于天线垂直接触,因此采用L型结构增大了焊点连接接触面积,有利于提高天线馈电针焊接牢靠度。
Ka波段射频电路板11包括Ka波段对应的信号源、压控振荡器、功分、低噪声放大器和混频器。V波段射频电路板8和W波段射频电路板10的结构与Ka波段射频电路板11的结构相同。
本发明所述探测器前端中波段天线18、V波段天线17和W波段天线16均采用单狭缝天线,其发出的波束垂直于天线发射面向并探测器运动方向偏一定角度,以实现120~140度宽视角探测。优选地,该偏转角度通常在15-24度范围,偏转后,当高速运动时,毫米波探测到目标物的概率增加,如果不偏转,由于相对速度快,毫米波达到目标物体后反射波进入接受天线的量值小,探测概率低。进一步地,该探测器前端可以探测5-7m远距离目标(RCS=0.1),对于10m以外的大目标(RCS大于5m2)选择盲视,即对大于10m的大目标信号进行中频滤除。
本发明所述L型三频段抗干扰近距离探测器前端中Ka波段天线18长度为7.5-8.5cm,V波段天线17长度为5.5-6.5cm,W波段天线16长度为4.5-5.5cm。
本发明所述探测器前端,Ka波段天线18、V波段天线17和W波段天线16集成于一个平面,该平面厚度小于1.1cm。
优选地,根据权利要求1所述的探测器前端,其特征在于,所述Ka波段天线18、V波段天线17和W波段天线16从壳体表面两边由外向内安装于所述凹槽内,所述凹槽的数量为6个。
本发明所述探测器前端可以自适应在Ka、V和W频段间切换,实现抗干扰,当探测器探测到有不同于常规目标库中的数据类型(频率、幅度和相位)的信号时,且频率与正在工作的探测器频率相近,数字控制单元会发出指令,立即关闭正在工作的频段探测器,开启另外一个频段的探测器。次序为Ka、V、W、Ka。这样可以有效避免敌方干扰。
本发明所述探测器前端采用K频段34±2GHz,V频段59±2GHz,V频段93±2GHz,实现抗干扰探测。本发明采用小型化设计,基于上述方法实现电路部分体积为(4-5)cm*(3-5)cm*(2-3)cm。
在本实施例中,本发明所述探测器前端安装方法包括以下步骤:
步骤S1,制作壳体结构。本发明所述探测器前端结构包括四个腔体:Ka波段射频腔体、V波段射频腔体、W波段射频腔体和中频及数字信号处理腔体,有利于减少电路间干扰。腔体间用铜制或者可伐合金,用于避免腔体间电磁波干扰。Ka波段射频腔体、V波段射频腔体和W波段射频腔体内采用吸波材料,进一步吸收腔体内电磁波,降低射频电路信号噪声。
步骤S2,在壳体表面凹槽内安装两根V波段天线17。先将银浆涂覆于壳体上外侧两根最长的凹槽侧壁,将天线嵌入槽内,馈电针22与V波段射频板8表面微带线通过银浆连接,安装好m2螺丝33。如图3所示。
步骤S3,在壳体表面凹槽内安装两根W波段天线16,先将银浆涂覆于壳体上中间两根中等长度的凹槽侧壁,将天线嵌入槽内,馈电针23与W波段射频板10表面微带线通过银浆连接,安装好m2螺丝34。如图4所示。
步骤S4,在W波段射频板10腔体左侧放置金属隔板62。
步骤S5,在壳体表面凹槽内安装两根Ka波段天线18。先将银浆涂覆于内测两根最短的凹槽侧壁,将天线嵌入槽内,连接Ka波段射频板11与V波段射频板8间的双列插针91。Ka波段天线馈电针21与Ka射频板11表面微带线用银浆连接,安装好m2螺丝32。如图2所示。
步骤S6,烘箱内120度烘烤2小时,取出。
步骤S7,在中频腔体中放置金属隔板63和中频电路板12,连接中频电路板12与W波段射频板10之间的双列插针93,安装好m2螺丝35。
步骤S8,放置信号处理板13,盖上前盖板14,安装好m2螺丝36。
步骤S9,盖好后金属盖板4,安装好m2螺丝31。
步骤S10,将数字信号处理板13通过双列插针95引出。
在本实施例中,Ka波段射频电路设计方案如下:VCO采用SIV018SP4,输出功率5-8dBm;有源倍频器采用HMC579,插损-11~-13dB;发射支路方案2采用CHX2092a四倍频器,输出30-40GHz,9-12dBm输出。采用自研制L51LNA,L51输出功率,增益14-16dB,11-13dBm,接收端采用LNA+LNA,混频器采用M61混频器,损耗为-5~-7dB。
在本实施例中,V波段射频电路设计方案如下:VCO采用RMCV3002,输出功率13-15dBm;然后经过功分器,一路到功率放大器HMC-ABH241(性能:最高增益24dB,1dB功率输出为16-18dBm,工作频率50-66GHz),另一路到混频器RMCM3314,谐波混频;接收端信号经过RMCL6108LNA后入混频器。(RMCL6108LNA性能:BW57-65GHz,NF为2.5dB,Gain为21dB,1dB输出为9-11dBm。)
在本实施例中,W波段射频电路设计方案如下:发射端通过控制11.5-12GHz VCO实现线性调频,经过输出频率86-106GHz的8倍频器gXOB0017,产生W波段信号;末级接功率放大器gAPZ0045,最大输出功率200mW。接收前端有一个低噪声放大器gANZ0017,噪声系数NF为4-6dB;混频器采用IQ混频器(镜像抑制混频器)gMQR0011。该方案输出频率为92-96GHz。
中频滤波放大电路包括三角波发生电路、带通滤波和两级放大电路。在本实施例中,采用Altium designer设计上述电路,获得满足滤波要求的带通低频和高频。通过标准方波转三角波电路实现三角波产生,采用ADA4857-2运算放大器,构建放大电路,通过设计组合电阻、电容电感实现LC带通滤波电路。
数字信号处理电路包括电源电路、FFT处理电路。数字电路对收到的时域信号进行FFT处理,变为频域信号。用探测器对目标进行测试验证,当目标出现时,中频有目标信号时域输出,数字信号处理单元将接收到的中频信号经过FFT变换,变为频域信号,如果频域信号大于设定阈值则判定为有目标,根据频谱确定目标距离。
以上所述的,仅为本发明的较佳实施例,并非用以限定本发明的范围,本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰,皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端,包括:用于收发电磁波信号的天线,沿信号传递方向依次排布的射频电路板、中频滤波放大电路板、数字信号处理电路板,以及用于安装所述天线和各电路板的壳体,其特征在于,所述天线包括Ka波段天线、V波段天线和W波段天线;所述射频电路板包括Ka波段射频电路板、V波段射频电路板和W波段射频电路板;所述壳体在其表面设有凹槽;其中,
所述Ka波段天线、V波段天线和W波段天线平行地安装于所述凹槽内;
所述Ka波段天线、V波段天线与W波段天线集成于一个平面,该平面与所述各波段射频电路板垂直排列,使得所述探测器前端呈现L型。
2.根据权利要求1所述的探测器前端,其特征在于,所述Ka、V、W波段天线均采用单狭缝天线,该天线发出的波束垂直于天线发射面并向探测器运动方向偏转15-24度。
3.根据权利要求1所述的探测器前端,其特征在于,所述Ka波段天线长度为7.5-8.5cm。
4.根据权利要求1所述的探测器前端,其特征在于,所述V波段天线长度为5.5-6.5cm。
5.根据权利要求1所述的探测器前端,其特征在于,所述W波段天线长度为4.5-5.5cm。
6.根据权利要求1所述的探测器前端,其特征在于,所述平面厚度小于1.1cm。
7.根据权利要求1所述的探测器前端,其特征在于,所述Ka波段天线、V波段天线和W波段天线从壳体表面两边由外向内安装于所述凹槽内,所述凹槽的数量为6个。
8.一种L型三频段抗干扰近距离探测器前端安装方法,其特征在于,包括:
步骤S1,制作壳体结构;
步骤S2,在壳体表面两根中等长度的凹槽内安装V波段天线;
步骤S3,在壳体表面两根最短的凹槽内安装W波段天线;
步骤S4,在W波段射频电路板腔体左侧放置金属隔板;
步骤S5,在壳体表面两根最长的凹槽内安装Ka波段天线;
步骤S6,放置于烘箱内烘烤后取出;
步骤S7,在中频腔体中放置金属隔板和中频电路板;
步骤S8,放置数字信号处理板,盖上前金属盖板;
步骤S9,盖好后金属盖板;
步骤S10,将数字信号处理板通过双列插针引出。
9.根据权利要求8所述的探测器前端安装方法,其特征在于,所述壳体结构包括四个腔体:Ka波段射频腔体、V波段射频腔体、W波段射频腔体以及中频和数字信号处理腔体。
10.根据权利要求9所述的探测器前端安装方法,其特征在于,所述各腔体外采用铜或可伐合金,所述Ka波段射频腔体、V波段射频腔体、W波段射频腔体内采用吸波材料。
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