CN112363117B - 一种毫米波收发一体装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波收发一体装置，包括发射模块第一圆孔、接收模块第一圆孔、调节模块第一圆孔和承载模块第一圆孔，发射模块第一圆孔用于发射毫米波信号，接收模块第一圆孔用于接收所述毫米波信号，并对其进行处理，调节模块第一圆孔用于调节两组发射天线第一圆孔和接收天线第一圆孔的探测方向，承载模块第一圆孔用于承载发射模块第一圆孔、接收模块第一圆孔和调节模块第一圆孔。本发明所述系统具有两组收发天线，通过第一调节件使其中一组收发天线进行旋转或者使两组收发天线同时进行反向旋转，通过第二调节件带动两组收发天线整体进行旋转，使本装置具有多种探测模式，使用更加灵活多变，更加实用。

Description

一种毫米波收发一体装置

技术领域

本发明涉及煤矿综采技术领域，特别是一种毫米波收发一体装置。

背景技术

近年来，由于毫米波具有的诸多优点，其在通信、雷达、制导、遥感技术等方面都具有重要的应用，例如，与微波雷达相比，毫米波雷达的体积小、质量轻，可有效提高雷达的机动性与隐蔽性，而且波束窄、分辨力高，能进行目标识别与成像，有利于低仰角跟踪；频带宽，天线旁瓣低，有利于抗干扰。

作为毫米波雷达的核心部件，收发组件是构成有源相控阵雷达天线的基础，也是有源相控阵雷达的核心。毫米波收发组件就是把毫米波发射模块和接收模块集成为一个毫米波集成电路。已由最初的混合微波集成电路发展到现在的单片集成电路，现有的收发组件大多只有一个收发模块，无法同时对两个方向进行探测，并且探测方向固定，在使用时具有局限性，无法很好地进行多方向探测。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的毫米波收发一体装置中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的问题在于如何解决现有的收发组件无法同时对两个方向进行探测，并且探测方向固定，在使用时具有局限性，无法很好地进行多方向探测。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种毫米波收发一体装置，其包括，发射模块，包括发射天线、增频器、振荡器和功率放大器，所述振荡器依次通过所述增频器和所述功率放大器后与发射天线连接，所述发射天线用于发射毫米波信号；接收模块，包括接收天线、低噪声放大器和混频器，所述接收天线通过低噪声放大器后与所述混频器连接，所述接收天线用于接收所述毫米波信号，所述混频器对接收的所述毫米波信号进行处理产生多普勒信号；调节模块，包括第一调节件、第二调节件、第一壳体和第二壳体，所述发射天线和所述接收天线设置有2组，每组均包含一个所述发射天线和一个所述接收天线，其中一组设置于所述第一壳体内，另一组设置于所述第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体与所述第一调节件配合，所述第二调节件带动所述第一调节件和所述第二调节件整体转动。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述第一调节件包括第一支撑柱、设置于所述第一支撑柱上的第一齿轮、与所述第一支撑柱固定连接的第一承载板、设置于所述第一支撑柱侧面的第二支撑柱、固定于所述第二支撑柱上的第二齿轮、与所述第二支撑柱固定连接的第二承载板、以及与所述第一齿轮和所述第二齿轮配合转换件，所述第一壳体设置于所述第一承载板上，所述第二壳体设置于所述第二承载板上。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述转换件包括第一电机、与所述第一电机配合的第三齿轮、设置于所述第三齿轮一侧的第四齿轮、设置于所述第三齿轮另一侧的第五齿轮、与所述第五齿轮同侧的第六齿轮、与所述第三齿轮轴心旋转配合的第一换向板、一端与所述第一换向板铰接的换向杆，以及与所述第一换向板同轴旋转配合的第二换向板和第三换向板，所述第四齿轮设置于所述第三换向板上，所述第五齿轮和所述第六齿轮设置于所述第二换向板上，所述第二换向板和第三换向板分别通过弹片与所述第一换向板连接。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述第一换向板包括与所述第二换向板配合的第一回转槽，以及与所述第三换向板配合的第二回转槽，所述第一回转槽内包括与所述弹片贴合的第一限位面，以及对所述第二换向板起到限位作用的第二限位面，所述第二回转槽内包括与所述弹片贴合的第三限位面，所述第三换向板包括与所述第二换向板配合的第三回转槽，所述第三回转槽内包括对所述第二换向板起到限位作用的第四限位面。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述第二调节件包括旋转板、与所述旋转板固定连接的第三支撑柱、固定于所述第三支撑柱上的第七齿轮、与所述第七齿轮配合的第二蜗杆，以及驱动所述第二蜗杆转动的第二电机，所述第一电机、第一支撑柱和第二支撑柱均设置于所述旋转板上。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述第一调节件还包括第三壳体，所述第三壳体与所述旋转板可拆卸配合，所述转换件、第一齿轮和第二齿轮均设置于所述第三壳体内，所述换向杆伸出所述第三壳体，所述第三壳体上设置有供所述换向杆移动的矩形孔；所述转换件还包括液压杆，所述液压杆固定于所述第三壳体上，其伸缩端与所述换向杆连接。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：还包括承载模块，包括箱体和支撑件，所述支撑件用于支撑所述箱体，所述功率放大器、增频器、振荡器、低噪声放大器和混频器均安装于所述箱体内。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述箱体两侧均设置有卡合圆柱和固定板，所述支撑件包括与所述卡合圆柱配合的第一圆孔，以及连接所述支撑件和所述固定板的弹性件，所述箱体底面与所述支撑件平面之间留有空隙。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述第一圆孔的一侧设置有导向槽，所述导向槽宽度小于所述第一圆孔直径，所述卡合圆柱从所述导向槽安装进所述第一圆孔中。

作为本发明所述毫米波收发一体装置的一种优选方案，其中：所述第二调节件还包括连接在所述箱体上的支撑板，所述支撑板包括与所述旋转板配合的第二圆孔，以及用于承载所述第二电机的承载台。

本发明有益效果为本发明所述系统具有两组收发天线，通过第一调节件使其中一组收发天线进行旋转或者使两组收发天线同时进行反向旋转，通过第二调节件带动两组收发天线整体进行旋转，使本装置具有多种探测模式，使用更加灵活多变，更加实用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为实例1中毫米波收发一体装置的框架图。

图2为实例1中毫米波收发一体装置的结构图。

图3为实例1中毫米波收发一体装置的部分调节模块结构图。

图4为实例1中毫米波收发一体装置的部分调节模块俯视图。

图5为实例1中毫米波收发一体装置的转换件结构图。

图6为实例1中毫米波收发一体装置的转换件仰视图。

图7为实例1中毫米波收发一体装置的弹片示意图。

图8为实例1中毫米波收发一体装置的第一换向板结构图。

图9为实例1中毫米波收发一体装置的第二换向板和第三换向板配合结构图。

图10为实例1中毫米波收发一体装置的第三换向板结构图。

图11为实例1中毫米波收发一体装置的部分第二调节件爆炸图。

图12为实例1中毫米波收发一体装置的侧视图。

图13为实例1中毫米波收发一体装置的第三壳体和支撑板示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～13，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种毫米波收发一体装置，毫米波收发一体装置包括发射模块100、接收模块200、调节模块300和承载模块400，发射模块100用于发射毫米波信号，接收模块200用于接收所述毫米波信号，并对其进行处理，调节模块300用于调节两组发射天线101和接收天线201的探测方向，承载模块400用于承载发射模块100、接收模块200和调节模块300。

具体的，发射模块100包括发射天线101、功率放大器105、增频器102和振荡器104，所述振荡器104依次通过所述增频器102和所述功率放大器105后与发射天线101连接，所述发射天线101用于发射毫米波信号。

接收模块200包括接收天线201、低噪声放大器202和混频器203，所述接收天线201通过低噪声放大器202后与所述混频器203连接，所述接收天线201用于接收所述毫米波信号，所述混频器203对接收的所述毫米波信号进行处理产生多普勒信号；

调节模块300包括第一调节件301、第二调节件302、第一壳体303和第二壳体304，所述发射天线101和所述接收天线201设置有2组，每组均包含一个所述发射天线101和一个所述接收天线201，其中一组设置于所述第一壳体303内，另一组设置于所述第二壳体304，所述第一壳体303和所述第二壳体304与所述第一调节件301配合，所述第二调节件302带动所述第一调节件301和所述第二调节件302整体转动。

所述第一调节件301包括第一支撑柱301a、设置于所述第一支撑柱301a上的第一齿轮301b、与所述第一支撑柱301a固定连接的第一承载板301c、设置于所述第一支撑柱301a侧面的第二支撑柱301d、固定于所述第二支撑柱301d上的第二齿轮301e、与所述第二支撑柱301d固定连接的第二承载板301f、以及与所述第一齿轮301b和所述第二齿轮301e配合转换件301g，所述第一壳体303设置于所述第一承载板301c上，所述第二壳体304设置于所述第二承载板301f上。

进一步的，所述转换件301g包括第一电机301g-1、与所述第一电机301g-1配合的第三齿轮301g-2、设置于所述第三齿轮301g-2一侧的第四齿轮301g-3、设置于所述第三齿轮301g-2另一侧的第五齿轮301g-4、与所述第五齿轮301g-4同侧的第六齿轮301g-5、与所述第三齿轮301g-2轴心旋转配合的第一换向板301g-6、一端与所述第一换向板301g-6铰接的换向杆301g-7，以及与所述第一换向板301g-6同轴旋转配合的第二换向板301g-8和第三换向板301g-9，所述第四齿轮301g-3设置于所述第三换向板301g-9上，所述第五齿轮301g-4和所述第六齿轮301g-5设置于所述第二换向板301g-8上，所述第二换向板301g-8和第三换向板301g-9分别通过弹片301g-10与所述第一换向板301g-6连接。优选的，第一电机301g-1采用伺服电机，可以改变旋转方向，使第一壳体303和第二壳体304来回进行转动，需要说明的是，第一壳体303或者第二壳体304进行反向转动时的转动周期为180°，此时若定义初始状态下第一壳体303和第二壳体304为平行方向，则在第一电机301g-1的作用下，第一壳体303和第二壳体304中的发射天线101先分离再接近，旋转180°后回到平行后停止，然后第一电机301g-1进行反向转动，直至回归初始状态。

进一步的，所述第一换向板301g-6包括与所述第二换向板301g-8配合的第一回转槽301g-61，以及与所述第三换向板301g-9配合的第二回转槽301g-62，所述第一回转槽301g-61内包括与所述弹片301g-10贴合的第一限位面301g-63，以及对所述第二换向板301g-8起到限位作用的第二限位面301g-64，所述第二回转槽301g-62内包括与所述弹片301g-10贴合的第三限位面301g-65，所述第三换向板301g-9包括与所述第二换向板301g-8配合的第三回转槽301g-91，所述第三回转槽301g-91内包括对所述第二换向板301g-8起到限位作用的第四限位面301g-92。所述第二调节件302包括旋转板302a、与所述旋转板302a固定连接的第三支撑柱302b、固定于所述第三支撑柱302b上的第七齿轮302c、与所述第七齿轮302c配合的第二蜗杆302d，以及驱动所述第二蜗杆302d转动的第二电机302e，所述第一电机301g-1、第一支撑柱301a和第二支撑柱301d均设置于所述旋转板302a上。

进一步的，所述第一调节件301还包括第三壳体301k，所述第三壳体301k与所述旋转板302a可拆卸配合，所述转换件301g、第一齿轮301b和第二齿轮301e均设置于所述第三壳体301k内，所述换向杆301g-7伸出所述第三壳体301k，所述第三壳体301k上设置有供所述换向杆301g-7移动的矩形孔301k-1；所述转换件301g还包括液压杆301g-11，所述液压杆301g-11固定于所述第三壳体301k上，其伸缩端与所述换向杆301g-7连接。

进一步的，还包括承载模块400，包括箱体401和支撑件402，所述支撑件402用于支撑所述箱体401，所述功率放大器105、增频器102、振荡器104、低噪声放大器202和混频器均安装于所述箱体401内。

优选的，所述箱体401两侧均设置有卡合圆柱401a和固定板401b，所述支撑件402包括与所述卡合圆柱401a配合的第一圆孔402a，以及连接所述支撑件402和所述固定板401b的弹性件402b，所述箱体401底面与所述支撑件402平面之间留有空隙，以便于散热。弹性件402b优选为空气弹簧，可以起到减震的功能。

进一步的，所述第一圆孔402a的一侧设置有导向槽402a-1，所述导向槽402a-1宽度小于所述第一圆孔402a直径，所述卡合圆柱401a从所述导向槽402a-1安装进所述第一圆孔402a中。

进一步的，所述第二调节件302还包括连接在所述箱体401上的支撑板302f，所述支撑板302f包括与所述旋转板302a配合的第二圆孔302f-1，以及用于承载所述第二电机302e的承载台302f-2，所述发射天线101和所述接收天线201均为透镜天线，所述发射天线101和所述接收天线201由间规聚苯乙烯材料制。

本发明的工作原理如图1，振荡器104产生毫米波信号，依次经过增频器102和功率放大器105后，由发射天线101发射，发射的毫米波信号遇到前方目标时产生反射信号，由接收天线201接收，经过低噪放大器202放大后，经混频器203产生多普勒信号，分析多普勒信号后可得到目标位置。

综上所述，本发明所述毫米波收发一体装置至少具有以下四种工作模式：

一、全方位探测模式，此时第二调节件302不工作，液压杆301g-11处于不施加任何力的状态，换向杆301g-7在两个弹片301g-10弹力的作用下处于中间位置，第四齿轮301g-3与第一齿轮301b啮合，第六齿轮301g-5与第二齿轮301e啮合，第一电机301g-1通过齿轮传动带动第一齿轮301b和第六齿轮301g-5反向转动，即带动第一壳体303和第二壳体304反向转动，此时，第一壳体303和第二壳体304的转动周期为180°，此转动周期可由第一电机301g-1进行控制，2组发射天线101和接收天线201仅在第一调节件301的作用下进行往复探测，此种工作模式下，可以使用两组发射天线101和接收天线201同时进行探测，相较于一般现有技术中的单组发射天线101和接收天线201的旋转探测，本发明所述系统探测频率更高，更加精准。

二、双向探测模式，在此种模式下，需要先通过第一调节件301将两组收发端调节至需要的角度和方向，调整方式为：当仅需要第一壳体303转动时，液压杆301g-11推动换向杆301g-7移动，使第六齿轮301g-5脱离第二齿轮301e即可，当仅需要第二壳体304转动时，液压杆301g-11拉动换向杆301g-7移动，使第四齿轮301g-3脱离第一齿轮301b即可。当调整好后，然后使第一调节件301和第二调节件302不工作，使两组收发端固定方向探测，例如当本系统在汽车上使用时，可以同时对前后两方向进行探测，使人们可以同时关注到前后两个方向的情况，相较于一般现有技术中的单组发射天线101和接收天线201的探测，本发明所述系统探测方向更多，更加安全。

三、单向深度探测，此种模式下，需要使第一壳体303和第二壳体304内的两组发射天线101和所述接收天线201朝向同一角度，两个发射天线101共同朝一个方向发出毫米波信号，两者叠加，可以使毫米波信号传播的更远，需要说明的是，由于两个接收天线201均会接收到被物体反弹回来的毫米波信号，故会存在一定的定位误差，但是由于第一壳体303和第二壳体304之间的距离很小，故定位误差可以忽略不计。相较于一般现有技术中的单组发射天线101和接收天线201的探测，本发明所述系统探测距离更远。

四、单组固定单组环绕探测，此种模式下，通过液压杆301g-11控制换向杆301g-7移动，仅适用单组收发天线进行旋转探测，此时转动周期为360°，另一组收发天线朝向固定方向进行探测，第二调节件302不工作。例如当本系统在汽车上使用时，可以使固定探测方向的一组收发天线向前探测，另一组收发天线360°环绕探测，这是因为车速较快，故需要一组收发天线固定探测前方，另一组探测四周，相较于一般现有技术中的单组发射天线101和接收天线201的探测，本发明所述系统更加适合高速行驶的车辆使用。

在使用时，根据需要控制第一电机301g-1和第二电机302e是否工作，以及通过液压杆301g-11控制换向杆301g-7移动，既可实现上述四种模式中的任意一种。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种毫米波收发一体装置，其特征在于：包括，

发射模块(100)，包括发射天线(101)、增频器(102)、振荡器(104)和功率放大器(105)，所述振荡器(104)依次通过所述增频器(102)和所述功率放大器(105)后与发射天线(101)连接，所述发射天线(101)用于发射毫米波信号；

接收模块(200)，包括接收天线(201)、低噪声放大器(202)和混频器(203)，所述接收天线(201)通过低噪声放大器(202)后与所述混频器(203)连接，所述接收天线(201)用于接收所述毫米波信号，所述混频器(203)对接收的所述毫米波信号进行处理产生多普勒信号；

调节模块(300)，包括第一调节件(301)、第二调节件(302)、第一壳体(303)和第二壳体(304)，所述发射天线(101)和所述接收天线(201)设置有2组，每组均包含一个所述发射天线(101)和一个所述接收天线(201)，其中一组设置于所述第一壳体(303)内，另一组设置于所述第二壳体(304)，所述第一壳体(303)和所述第二壳体(304)与所述第一调节件(301)配合，所述第二调节件(302)带动所述第一调节件(301)和所述第二调节件(302)整体转动；

所述第一调节件(301)包括第一支撑柱(301a)、设置于所述第一支撑柱(301a)上的第一齿轮(301b)、与所述第一支撑柱(301a)固定连接的第一承载板(301c)、设置于所述第一支撑柱(301a)侧面的第二支撑柱(301d)、固定于所述第二支撑柱(301d)上的第二齿轮(301e)、与所述第二支撑柱(301d)固定连接的第二承载板(301f)、以及与所述第一齿轮(301b)和所述第二齿轮(301e)配合转换件(301g)，所述第一壳体(303)设置于所述第一承载板(301c)上，所述第二壳体(304)设置于所述第二承载板(301f)上；

所述转换件(301g)包括第一电机(301g-1)、与所述第一电机(301g-1)配合的第三齿轮(301g-2)、设置于所述第三齿轮(301g-2)一侧的第四齿轮(301g-3)、设置于所述第三齿轮(301g-2)另一侧的第五齿轮(301g-4)、与所述第五齿轮(301g-4)同侧的第六齿轮(301g-5)、与所述第三齿轮(301g-2)轴心旋转配合的第一换向板(301g-6)、一端与所述第一换向板(301g-6)铰接的换向杆(301g-7)，以及与所述第一换向板(301g-6)同轴旋转配合的第二换向板(301g-8)和第三换向板(301g-9)，所述第四齿轮(301g-3)设置于所述第三换向板(301g-9)上，所述第五齿轮(301g-4)和所述第六齿轮(301g-5)设置于所述第二换向板(301g-8)上，所述第二换向板(301g-8)和第三换向板(301g-9)分别通过弹片(301g-10)与所述第一换向板(301g-6)连接。

2.如权利要求1所述的毫米波收发一体装置，其特征在于：所述第一换向板(301g-6)包括与所述第二换向板(301g-8)配合的第一回转槽(301g-61)，以及与所述第三换向板(301g-9)配合的第二回转槽(301g-62)，所述第一回转槽(301g-61)内包括与所述弹片(301g-10)贴合的第一限位面(301g-63)，以及对所述第二换向板(301g-8)起到限位作用的第二限位面(301g-64)，所述第二回转槽(301g-62)内包括与所述弹片(301g-10)贴合的第三限位面(301g-65)，所述第三换向板(301g-9)包括与所述第二换向板(301g-8)配合的第三回转槽(301g-91)，所述第三回转槽(301g-91)内包括对所述第二换向板(301g-8)起到限位作用的第四限位面(301g-92)。

3.如权利要求2所述的毫米波收发一体装置，其特征在于：所述第二调节件(302)包括旋转板(302a)、与所述旋转板(302a)固定连接的第三支撑柱(302b)、固定于所述第三支撑柱(302b)上的第七齿轮(302c)、与所述第七齿轮(302c)配合的第二蜗杆(302d)，以及驱动所述第二蜗杆(302d)转动的第二电机(302e)，所述第一电机(301g-1)、第一支撑柱(301a)和第二支撑柱(301d)均设置于所述旋转板(302a)上。

4.如权利要求3所述的毫米波收发一体装置，其特征在于：所述第一调节件(301)还包括第三壳体(301k)，所述第三壳体(301k)与所述旋转板(302a)可拆卸配合，所述转换件(301g)、第一齿轮(301b)和第二齿轮(301e)均设置于所述第三壳体(301k)内，所述换向杆(301g-7)伸出所述第三壳体(301k)，所述第三壳体(301k)上设置有供所述换向杆(301g-7)移动的矩形孔(301k-1)；

所述转换件(301g)还包括液压杆(301g-11)，所述液压杆(301g-11)固定于所述第三壳体(301k)上，其伸缩端与所述换向杆(301g-7)连接。

5.如权利要求4所述的毫米波收发一体装置，其特征在于：还包括承载模块(400)，包括箱体(401)和支撑件(402)，所述支撑件(402)用于支撑所述箱体(401)，所述功率放大器(105)、增频器(102)、振荡器(104)、低噪声放大器(202)和混频器均安装于所述箱体(401)内。

6.如权利要求5所述的毫米波收发一体装置，其特征在于：所述箱体(401)两侧均设置有卡合圆柱(401a)和固定板(401b)，所述支撑件(402)包括与所述卡合圆柱(401a)配合的第一圆孔(402a)，以及连接所述支撑件(402)和所述固定板(401b)的弹性件(402b)，所述箱体(401)底面与所述支撑件(402)平面之间留有空隙。

7.如权利要求6所述的毫米波收发一体装置，其特征在于：所述第一圆孔(402a)的一侧设置有导向槽(402a-1)，所述导向槽(402a-1)宽度小于所述第一圆孔(402a)直径，所述卡合圆柱(401a)从所述导向槽(402a-1)安装进所述第一圆孔(402a)中。

8.如权利要求7所述的毫米波收发一体装置，其特征在于：所述第二调节件(302)还包括连接在所述箱体(401)上的支撑板(302f)，所述支撑板(302f)包括与所述旋转板(302a)配合的第二圆孔(302f-1)，以及用于承载所述第二电机(302e)的承载台(302f-2)。

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