CN1189705A - 共用天线分配器和一同使用的发射及接收装置 - Google Patents

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Abstract

一种共用天线分配器,在两个导体面里有一部分非导体部分,在这一部分里有一以HE111制式谐振的介质谐振器,有两个末端分别面对着介质谐振器的介质杆,组成两个介质条,一压控振荡器和一混频器分别与两个介质条连接。

Description

共用天线分配器和一同使用的发射及接收装置
本发明涉及一种共用天线分配器，特别是一种用在毫米波雷达上的有一个介质条的并能装载在一车辆上的共用天线分配器，以及使用这种分配器的发射和接收装置。
装在车辆上的毫米波雷达用来测量所在车辆和另一车辆之间的相对速度以及所在车辆和其他车辆间的距离，这种毫米波雷达的发射和接收装置一般包括一个毫米波压控振荡器，一个环行器，一个耦合器，一个混频器，一个天线或同类物，这组模块装在车辆的前部或后部使用。
在图11中，从卡车500上用FM-CW制式发射并接收毫米波，可以测量卡车500和前面汽车600间的相对距离和相对速度。图12是一个用在这里的毫米波雷达方框图，发射和接收装置及天线装在车辆的前部。一个信号处理部控制发射和接收装置，使它以预定方式发射毫米波，并对由天线接收的发射波进行分析以便计算，例如两个车辆间的距离。当两车间的距离小于预定距离，信号处理部控制一个警报部提醒驾驶员注意。
图13展示了已有技术的发射和接收装置的结构，是一个移去了覆盖在介质杆(见后面说明)顶部的导体板的平面透视图。在图13中，标号72代表一个环行器，及一个压控振荡器71和一个安置在环行器72两边的端头71。81代表一个作为初级辐射器的介质谐振器，一个介质杆74安置在环行器72和介质谐振器81之间。82代表接收初级辐射器的一个介质谐振器，85代表一个混频器，一个介质杆84安置在介质谐振器82和混频器85之间。还有，一个细长型的介质杆76，分别为曲线形的介质杆75和77，并连接端头78和79。介质杆74和75贴近构成一耦合器80，介质杆84和77贴近构成一耦合器83。介质透镜86和87分别安放在介质谐振器81和82的上部。
图14是图13中的发射和接收装置的等效电路图。压控振荡器71包括一变容二极管和甘恩二极管。一振荡信号通过环行器72传送到介质谐振器81，并通过介质谐振器81上部的导体板和介质透镜86构成的窗口辐射出去。环行器72和端头73构成一隔离器。RF信号通过介质透镜87和介质谐振器82被接收，并通过介质杆84传送。同时，Lo信号(本振信号)通过耦合器80和83输入到介质杆84并传人混频器85。混频器85由一肖特基势垒二极管构成，并产生IF信号(中频信号)。
无论如何，在一个毫米波雷达的发射和接收装置里，必定在介质杆里有一弯曲条(曲线部分)，为了给混频器提供一部分发射信号作为Io信号(本振信号)，在装置里至少有两处有两个介质杆互相靠近的耦合器。要构成这样的耦合器，就需要一块较大的面积。特别是，当介质条使用无辐射介质条(NRD传导)，在弯曲处LSM制式和LSE制式的正交会失真，而且两种制式会发生耦合。这样，只有在条的曲率半径及弯曲角在一较窄的角度内，才能达到低损耗特性。因而，耦合器的形状受到限制，要使该装置较小是困难的。
同时，天线孔径的直径也是依据发射和接收装置的规格而定。例如，发射波在正向100m以外的3.5m的范围内，其波束角是2′，则天线的孔径在60GHz波段必须将近170mm。进一步说，当发射波在正向50m以外的3.5m的范围内，其波束角是4。因此，天线孔径必须将近90mm。在图13的发射和接收装置里，由于是耦合器和压控振荡器及混频器共同组成，其所占面积比天线还大，所以发射和接收装置的整体必须很大。
为了达到使装置变小的目的，在发射和接收上共用一个天线是可能的。不过，在这种方案里，一个分配发射信号和接收信号的环行器是必需的，这样就不能较大地减小尺寸。
本发明的一个目的是提供一种小型共用天线分配器和一种使用这种分配器的发射和接收装置。
根据本发明的一个方面，提供一种共用天线分配器，包括：两面的导体部件；一安置在导体部件间的介质谐振器。在至少一个导体部件里有一非导体部件，并在一面对介质谐振器的位置。而且，第一个介质线和第二个介质线安置在与介质谐振器紧邻。
由于共用天线分配器只用一个谐振器，以及被谐振器插在中间的至少两个互相面对的介质线，所以这种共用天线分配器结构简单。
根据本发明的另一方面，提供发射和接收装置，包括：一振荡器，与中间插有共用天线分配器的介线条中的一个耦合，一混频器电路，与另一介质线耦合。
在这个发射和接收装置里，由于只有一个共享天线分配器安置在振荡电路和混频电路之间，所以这种发射和接收装置结构简单。
发射和接收装置可以进一步包括一像喇叭样的电磁导体，围绕在非导体部件周围。喇叭能有效地聚焦辐射波到介质谐振器上。
发射和接收装置还进一步包括一介质透镜，在面对非导体部件的位置。介质透镜能提高来自介质谐振器的辐射波的聚焦。
上述的和进一步的目的，方面和新颖性，将在随后的结合附图的详细说明中阐述清楚。
图1A和1B是本发明的共用天线分配器和使用这种分配器的发射和接收装置的第一种方案的结构；
图2A、2B和2C是共用天线分配器的结构；
图3是图1A、1B中的发射和接收装置的电路框图；
图4A和4B本发明的第一种方案的一个介质线的剖面结构图；
图5A、5B和5C是压控振荡器和混频器的结构图；
图6A、6B和6C是本发明第二种方案的共用天线分配器的结构图；
图7A和7B表示本发明的第二种方案的发射和接收装置的电路单元结构；
图8表示本发明的第三种方案的发射和接收装置的电路单元结构；
图9A、9B和9C分别是本发明的发射和接收装置的第四第五第六种方案的剖面图；
图10A1、10A2、10B1、10B2是本发明的用在发射和接收装置的另一介质表示的结构剖面图；
图11表示装在一车辆上的毫米波雷达使用状况，以及探测距离和发射波的波束宽度的关系；
图12是装在车上的毫米波雷达的结构框图；
图13是已有技术的发射和接收装置的结构平面透视图；
图14是图13中的发射和接收装置的等效电路图。
采用一个介线条的共用天线分配器和使用这种共用天线分配器的发射和接收装置的结构，按第一种方案在下面从图1A、1B到5说明。
图1A和1B中电路单元4包括一压控振荡器1，一共用天线分配器2，和一混频器3。共用天线分配器2安置在单元的中心，压控振荡器1和混频器3安置在共用天线分配器2的两边。图1B所示的电路单元4，装在盒5中较低的部位并盖有后盖6。接下去，一介质透镜7装在盒5的上面。介质透镜7用合成材料制作，如树脂和陶瓷，有大约4.0的感应电容。在介质透镜7的上面和下面有感应电容大约2.0的防止反射匹配层。一介质谐振器11，作为一初级垂直辐射器，安在共用天线分配器2的中心的介质透镜的焦点位置。
图2A、2B分别是共用天线分配器2的顶视图和剖面图。在导体板14的中心有一开口o。导体板14的表面涂有导电质；因而，在开口o的地方就没有导电质。以HE111制式谐振的介质谐振器11安置在开口o的下面，介质谐振器11的中轴与导体板14和15的表面是垂直的。第一个介质杆12和第二个介质杆13安置在导体板14和15之间，介质杆12和13的末端分别面对着介质谐振器11。LSM制式的电磁波在介质杆12里传播，电场的方向与介质杆12的长度方向(图中的X-轴方向)成直角并与导体板14和15平行(图中的Y-轴方向)，磁场方向与导体板14和15垂直。由于介质谐振器11以HE111制式产生谐振，电场组的方向与介质杆12的电场的一样，所以第一个介质杆12与介质谐振器11很容易地相互耦合。接着，线性极化的电磁波通过开口o以垂直方向(图中的Z-轴方向)辐射到导体板14。介质条13与介质谐振器11相互耦合，电磁波在介质条13中以LSM制式传播，如图2C。这个信号是Lo信号，如图1A中那样传送到混频器3。当从目标反射的信号进入介质谐振器11，作为在介质条13和介质谐振器11间耦合的结果，LSM01-制式的信号在介质条13里传播。这一信号作为RF信号到混频器3。根据介质谐振器11和介质杆12和13之间的间距，发射信号的辐射功率和Lo信号功率分配比率能够设定。
图3是图1A和1B中的发射和接收装置的电路图。压控振荡器1包括一变容二极管和一甘恩二极管。来自压控振荡器1的振荡信号TX被共用天线分配器2分配，并从共用天线分配器到由介质谐振器和介质透镜7构成的天线辐射出去。一部分振荡信号变成Lo信号传送到混频器3。一接收信号RX也被共享天线分配器2分配，一路信号作为RF信号到混频器3。作为结果，混频器3输出IF信号。
图4A是共用天线分配器里的介质条的剖面图，介质杆12装进导体板14和15上的槽内。图4B是压控振荡器1里的介质条，相似地介质杆16a和16b装进导体板21和22的表面的槽内，有一衬底20安在介质杆16a和16b之间。混频器3里的介质条的横切面与图4B相似。通过调整两导体板间的空隙，槽的深度，及介质杆的厚度和感应电容，可构成以介质杆作为传播区而其它区作为非传播区(截止区)的NRD波导。
图5A、5B和5C是压控振荡器1和混频器3的内部结构。如图5A，压控振荡器1的内部，有连接共用天线分配器2的介质杆12的介质杆16a和16b，在介质杆16a和16b之间安置的基座上有一振荡电路18。混频器3内，有介质杆17a和17b连接着共用天线分配器2的介质杆13，在介质杆17a和17b之间安置的基座上有一混频电路19。图5B是振荡电路18的放大图。一悬浮条25在垂直于介质杆16a和16b的方向伸出，作RF扼流的导体块26及电极23和24连接在悬浮条25的末端。一甘恩二极管电极27与悬挂条25连接。一变容二极管28连接在扼流导体块26和悬浮条25之间。甘恩二极管另一极27接地，甘恩二极管的电极23与地之间产生的偏压引起甘恩二极管振荡。由于RF扼流导体块26在高频区可假定为接地，变容二极管28近似与甘恩二极管27直连。加在电极23和24间的调制信号使变容二极管的静电电容变化，使甘恩二极管的振荡频率被调制。
图5C是混频电路19的放大图。RF扼流导体块26在垂直于介质杆17a和17b的方向伸出，电极29和30在导体块26的终端。一肖特基势垒二极管31装在介质杆17a和17b间的两RF扼流导体块末端之间。当在电极29和30间产生一偏压时，肖特基势垒二极管31耦合RF信号和通过介质杆17a和17b传播的Lo信号并产生IF信号。
图6A、6B和6C是共用天线分配器的两个其它结构示例。没有一穿过导体板14并与介质谐振器11连接的介质棒40，如图6。这个介质棒40用作一介质棒天线，可以提高天线的方向性。如图6B和6C所示，带有一槽的板41安置在介质谐振器11和导体板14之间。板41可以是在一金属板里构成一需要模式的开口，或是在一电路基板上去掉一部分导体板构成需要的模式。改变缝隙的设置方式，就可以控制天线发出辐射波的方向。
图7A是本发明中的发射和接收装置的第二种方案的内部结构。来自振荡电路38的振荡信号通过一环行器42到共用天线分配器2。由共用天线分配器2到压控振荡器2的信号通过环行器42到端头43。在图7的装置中，隔离器42和压控振荡器100是不同的模块。当然，如图7B所示，所有的隔离器42’，端头43’，和振荡电路18’都可以装在一个压控振荡器150里。
图8是本发明中的发射和接收装置的第三种方案的内部结构。介质杆12和13相互以直角横切。当LSM01制式的发送信号从压控振荡器通过介质杆12到共用天线分配器2，介质谐振器11以HE111制式激励，并以图8中的向前方向辐射线性极化电磁波，同时辐射LSE01制式的信号到介质杆13。这个LSE01制式的信号成为Lo信号到混频器3。来自目标物的反射信号进入介质谐振器11，而RF信号以LSE01制式加到混频器3。可以根据介质谐振器11和介质杆12和13之间的间隙，来设定发射信号到Lo信号的辐射功率的分配比率。
图9A是本发明的发射和接收装置的第四种方案的剖面图。盒5的一部分延伸到接近介质谐振器11。在盒5的延伸部位的开口部分H顶在介质谐振器11的上面。有开口部分的延伸部位的斜面成喇叭状。在图9B所示的第五种方案里，电路单元4可以安置在盒5内。在图9C所示的第六种方案里，介质透镜可以由具有多种不同的感应电容的薄片介质层61a到61n和一凸起介质透镜部分60组成。在种情况下，通过减小感应电容，也就是感应电容从顶部的介质层61a到底部的介质层61n逐渐变小，可以使介质透镜较薄。
图10A1和图10A2是用在本发明的发射和接收装置的另一介质条。在上边和下边的导体板里没有槽的情况下，常型介质条500也可在共用天线分配器里使用。中间装有电路基板506的介质条，也可以用在压控振荡器和混频器里。
如图10B1和10B2，可以使用翼形介质条从图中的介质条503和504向左右伸出翼503’和504’。翼形介质条503和504可以在中间插有电路基板506。
根据本发明的共用天线分配器和使用此分配器的发射和接收装置，结构紧凑简单，安装在车辆上可以节省空间。而且，这一简单的结构还可以提高容错率。
本公开涉及的主题内容包含在1996年10月23日申请的日本专利申请HEI8-280681里，在此明确是全部参考了该申请而组成。
在不脱离本发明实质和范围的情况下可以有多种不同方案。应当明确本发明并不仅限于在此叙述的具体方案。相反，本发明力求能覆盖包括在后边的权利要求的实质和范围里的各种变更而等效的方案。后面的权利要求的范围采用开放式阐述，以便能包含所有的变化而等效的结构和作用。

Claims (17)

1一种共用天线分配器，包括：
两面的导体部件；
一个介质谐振器，安置在所述导体部件之间；
在至少一个所述导体部件里，有一非导体部件，面对着所述的介质谐振器；
第一介质条，与所述介质谐振器紧贴；并且
还有第二介质条，也与所述介质谐振器紧贴。
2根据权利要求1所述的共用天线分配器，所述非导体部件是一个贯穿导体部件的孔。
3根据权利要求1所述的共用天线分配器，还包括：在所述导体部件里没有槽，能装进所述介质条。
4根据权利要求1所述的共用天线分配器，还包括：一介质翼部件，从所述介质条沿所述导体部件表面伸展。
5根据权利要求1所述的共用天线分配器，还包括：一介质棒，与所述介质谐振器电磁耦合。
6根据权利要求5所述的共用天线分配器，所述介质棒贯穿所述非导体部件。
7根据权利要求1所述的共用天线分配器，所述非导体部件是一个非导体部件里的缝隙。
8一种发射和接收装置，包括：
一种共用天线分配器，包括：
两面的导体部件；
一个介质谐振器，安置在所述导体部件之间；
在至少一个所述导体部件里，有一非导体部件，面对着所述的介质谐振器；
第一个介质条，与所述介质谐振器紧贴；并且
第个介质条，也与所述介质谐振器紧贴。
一个振荡器，与所述的第一个介质条耦合；
一个混频器，与所述的第二个介质条耦合。
9根据权利要求8所述的发射和接收装置，所述振荡器部分包括：
第三个介质条，与所述介质谐振器耦合；
一个振荡器，与所述第三个介质条耦合。
10根据权利要求9所述的发射和接收装置，所述振荡器部分包括：
一悬浮条，与所述第三个介质条耦合；
一RF扼流器，与所述悬浮条连接；还有
与所述RF扼流器连接的电极。
11根据权利要求8所述的发射和接收装置，所述混频器包括：
第四个介质条，与所述介质谐振器耦合；和
一混频电路，与所述第四个介质条耦合。
12根据权利要求11所述的发射和接收装置，所述混频电路包括：
一转换部分，与所述第四个介质条耦合；
一RF扼流器，与所述转换部分连接；还有
与所述RF扼流器连接的电极。
13根据权利要求8所述的发射和接收装置，还包括：
一喇叭电磁波导，安置在所述非导体部件周围。
14根据权利要求9所述的发射和接收装置，所述振荡器包括：
一有三个端口的环形器，插在所述第三个介质条的中间，有两个端口与所述第三个介质条耦合；一个端头，与所述的环形器的剩下的端口连接。
15根据权利要求8所述的发射和接收装置，所述的第一个介质条，第二个介质条和介质谐振器互相连成线。
16根据权利要求8所述的发射和接收装置，连接所述介质谐振器的伸展线和所述第一个介质条所成的线，与连接所述介质谐振器的伸展线和所述第二个介质条所成的线直角横切。
17根据权利要求8所述的发射和接收装置，还包括：一在面对所述非导体部件的位置的介质透镜。
CN97125265A 1996-10-23 1997-10-23 共用天线分配器和使用它的发射及接收装置 Expired - Fee Related CN1116616C (zh)

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