CN204118267U - 一种x波段的多普勒微波模块的天线板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种X波段的多普勒微波模块的天线板结构(100)，包括介质振荡器(1)、带阻滤波器(2)、低通滤波器(3)，混频器(4)，合路器(5)和收发一体天线(6)。所述合路器(5)为一个封闭的平面几何形状，由6段微带线首尾依次连接构成。本实用新型通过合路器(5)和收发一体天线(6)实现了多普勒微波模块的微波信号接收和发射合路，将天线板的面积减少了二分之一，降低了插入损耗，同时通过二维天线结构提高微波信号辐射增益，提高了探测距离。

Description

一种X波段的多普勒微波模块的天线板结构

技术领域

本实用新型涉及多普勒微波模块，尤其涉及一种X波段的多普勒微波模块的天线板结构。

背景技术

多普勒微波模块可以应用于安防、节能、军事和工业控制等领域。在节能领域，与传统的红外和声音识别控制技术相比，微波识别控制技术具有更高的准确性和可靠性，它不受声音、温度和光线强度的影响，可以精准的控制电能的通断，避免了由于干扰信号引起的误动作带来的电能损耗和使用的不便。为了减小微波模块的体积，采用微带面天线的多普勒模块需要用到四层PCB结构，专利CN202918587U提出了一种新型的多普勒微波模块的PCB结构。该多普勒微波模块的PCB结构包括两块PCB板，一块是高频板，另一个是天线板。图1为现有的天线板的结构示意图，天线板100采用接收天线与发射天线分开的技术方案。接收天线和发射天线各包括一付微带天线，即第一接收天线1、第二接收天线2和第一发射天线1和第二发射天线2。接收天线和发射天线之间用地平面10隔离。

然而，采用接收和发射分开的天线板面积较大，且生产成本高、制造工艺复杂。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，针对现有多普勒微波模块的天线板的接收天线和发射天线分开的缺陷，提供一种收发一体的X波段的多普勒微波模块的天线结构。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种X波段的多普勒微波模块的天线结构，包括：用于产生微波信号的介质振荡器、用于调节微波信号输出功率的带阻滤波器、用于抑制有用信号的高次谐波的低通滤波器和用于接收混频信号的混频器、用于降低插入损耗的合路器和同时用于接收和发射微波信号的收发一体天线；其中，

所述合路器为一个封闭的平面几何形状，由第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线和第六微带线首尾依次连接构成；

所述介质振荡器的输出端连接至所述第一微带线和所述第六微带线的连接点；所述带阻滤波器的一端连接至所述第一微带线和所述第二微带线的连接点，另一端接地；所述低通滤波器的一端连接至所述第二微带线和所述第三微带线的连接点，另一端连接至所述收发一体天线；所述混频器的输入端连接至所述第五微带线和所述第六微带线的连接点，所述混频器的输出端连接至所述第一微带线和所述第二微带线的连接点。

优选地，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线和第六微带线的长度相等且为工作频率的四分之一波长的整数倍。

优选地，所述合路器的平面几何形状包括：正六边形、椭圆形和圆形。

优选地，所述混频器为单平衡混频器。

优选地，所述收发一体天线包括一个二维的X波段天线阵列，所述二维的X波段天线阵列包括两列，每列天线共用一个馈电点，相邻列的馈电点之间的电连接。

优选地，所述相邻列的馈电点之间的距离为工作频率的二分之一波长。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型采用收发一体的天线和合路器，可使天线板的面积减少二分之一，大大扩展了X波段多普勒微波模块的适用场合，有效降低了生产成本，大大简化了加工工艺。同时，通过将天线设计成二维天线阵列，大大提高了天线的辐射增益，进而提高了微波模块的探测距离。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有多普勒微波模块的天线布局结构图；

图2是本实用新型提供的第一实施例X波段的多普勒微波模块的天线板结构示意图；

图3是本实用新型提供的第二实施例X波段的多普勒微波模块的天线板结构示意图；

图4是本实用新型提供的第三实施例二维天线阵列示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图2，图2是本实用新型提供的第一实施例X波段的多普勒微波模块的天线板结构示意图。如图2所示，本实施例提供的X波段的多普勒微波模块的天线板结构包括：用于产生微波信号的介质振荡器1、用于调节微波信号输出功率的带阻滤波器2、用于抑制有用信号的高次谐波的低通滤波器3、用于接收混频信号的混频器4、用于降低插入损耗的合路器5和同时用于接收和发射微波信号的收发一体天线6。其中，合路器5包括由首尾依次连接的第一微带线51、第二微带线52、第三微带线53、第四微带线54、第五微带线55和第六微带线56构成的正六边形微带线。

介质振荡器1的输出端连接至第一微带线51和第六微带线56的连接点；带阻滤波器2的一端连接至第一微带线51和第二微带线52的连接点，另一端接地；低通滤波器3的一端连接至第二微带线52和第三微带线53的连接点，另一端连接至收发一体天线6；混频器4的输入端连接至所述第五微带线55和所述第六微带线56的连接点，混频器4的输出端连接至第一微带线51和所述第二微带线52的连接点。

在本实用新型提供的一个优选实施例中，合路器5的第一微带线51、第二微带线52、第三微带线53、第四微带线54、第五微带线55和第六微带线56的长度为工作频率的四分之一波长的整数倍。

应理解，根据IEEE 521-2002标准，X波段是指频率在8-12GHz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波。而在某些场合中，X波段的频率范围则为7-11.2GHz。X波段通常的下行频率为7.25-7.75GHz，上行频率为7.9-8.4GHz，也常被称为7/8GHz波段。为了满足X波段的频率要求，本实用新型特意采用了介质振荡器1，而不是常用的微带振荡器来达到X波段的频率要求。

根据传输线理论，带载传输线的输入阻抗公式为：

$Z_{\mathrm{in}}\left(d\right)=Z_0\frac{Z_L+{\mathrm{jZ}}_0\tan \left(\mathrm{\βd}\right)}{Z_0+{\mathrm{jZ}}_L\tan \left(\mathrm{\βd}\right)}---\left(1\right)$

其中，Z₀为传输线特性阻抗，Z_L为负载阻抗，β为传播常数，β＝2π/λ，d为传输线长度。

把d＝(2n-1)λ/4(其中n为自然数)，例如d＝λ/4，代入公式(1)可以得到从而可以知道采用四分之一波长奇数倍的传输线方便进行阻抗变换；再把d＝2nλ/4(其中n为自然数)，例如d＝λ/2，代入公式(1)可以得到Z_in(d)＝Z_L，从而可以知道采用二分之一波长整数倍(四分之一波长偶数倍)的传输线可以在输入端重现负载阻抗，那么在进行阻抗匹配的时候只需要考虑负载与信号源之间的阻抗匹配就可以了。

如图2所示，当合路器5的6段微带线的长度都选择为四分之一波长的整数倍时，介质振荡器1与低通滤波器3之间的距离为第一微带线51和第二微带线长度之和，即二分之一波长的整数倍，从而介质振荡器1的输出阻抗等于低通滤波器3的输入阻抗。如果要达到最大的信号传输效率，只需要将介质振荡器1的输出阻抗和低通滤波器3的输入阻抗都匹配到50Ω就可以了，完全不用考虑合路器5的特性阻抗。这样就大大降低了接收通路和发射通路合路之后的插入损耗的问题，进而解决了多普勒微波模块的收发天线合路的问题。

在本实用新型提供的另一个优选实施例中，混频器4为单平衡混频器。如图2所示，单平衡混频器由一对单二极管混频器组成。单平衡混频器具有本振(LO)功率较高、动态范围较大、本振隔离较好、对RF(射频)的偶次产物有抑制作用的优点。由于本振功率较高，导致其抗干扰能力很强；同时这种混频器在RF和IF(中频)端相对于LO端之间具有好的隔离度，所以对于IF滤波器的要求就低。

本实施例通过一个边长为工作频率四分之一波长整数倍的正六边形的合路器5，顺利地解决了X波段的多普勒微波模块的天线收发合路的问题。收发合路之后，天线板的面积可减少为收发合路前的二分之一，大大减少了天线板的面积，有利于促使多普勒微波模块向小型化方向发展，极大地拓宽了多普勒微波模块的应用范围。同时，有效降低了生产成本，大大简化了加工工艺。

请参见图3，图3是本实用新型提供的第二实施例X波段的多普勒微波模块的天线板结构示意图。如图3所示，本实施例提供的X波段的多普勒微波模块的天线板结构与第一实施例基本相同，唯一的区别是本实施例的合路器5的6段微带线构成的平面几何形状为类椭圆形，而不是第一实施例中的正六边形。虽然本实施例的合路器5的6段微带线包括了曲线和直线，但是与第一实施例中的正六边形一样，本实施例的合路器5的第一微带线51、第二微带线52、第三微带线53、第四微带线54、第五微带线55和第六微带线56的长度相同且为工作频率的四分之一波长的整数倍。本实施例在保持了第一实施例的所有功能和有益效果外，还具有合路器5占用面积小的有益效果，而且每段微带线的连接处没有明显的尖峰存在，电路的电气性能更佳。

应理解，除了第一和第二实施例中给出的形状外，合路器5还可以为其他的封闭的平面几何形状，如标准圆形、标准椭圆形和圆角方形等。当然，还可以是由直线和/或曲线连接构成的一些不规则的组合平面几何形状。当合路器5的封闭的平面几何形状的周长一定时，标准圆形占用面积最大、6段微带线的连接处完全没有尖峰。其他形状的面积及连接处的尖峰情况可根据平面几何的基本常识推断得出，在此不一一累述。

请参见图4，图4是本实用新型提供的第三实施例二维天线阵列示意图。如图4所示，本实施例提供的收发一体天线6包括一个二维的X波段天线阵列，天线阵列为一个2×2的方阵，具体包括：第一天线辐射面11、第二天线辐射面12、第三天线辐射面21、第四天线辐射面22和天线反射面200。其中，辐射面位于天线反射面200内，反射面200连接到地平面，反射面200与辐射面间电气隔离。第一天线辐射面11和第二天线辐射面12共用一个馈电点10，第三天线辐射面21和第四天线辐射面22共用一个馈电点20。馈电点10和馈电点20之间电连接并连接至低通滤波器3，馈电点间的距离为工作频率波长的二分之一。

在本实用新型提供的其他优选实施例中，二维的X波段天线阵列包括两列和多行，例如3×2、4×2或5×2等，天线阵列的天线数量可以根据实际的设计需要采用不同的阵列。为了获得高增益的规则的辐射方向图，通常两列天线的辐射面个数是相同的，需要在不同方向上扫描时可以采用相控阵天线。在二维的X波段天线阵列中，每列天线共用一个馈电点，相邻列的馈电点之间电连接。相邻列的馈电点之间的距离为工作频率的二分之一波长。

应理解，由于收发合路的插入损耗比收发分路的插入损耗大，虽然采用了合路器5来降低插入损耗，但是并不能将插入损耗降为零。插入损耗会直接降低信号的接收和发送距离。为了达到与收发分路相同的探测距离，就需要提高收发天线的辐射增益，而本实施例给出的天线是一个二维的X波段天线阵列，它的增益要比收发分路使用的一维天线高出4dBi左右，这样就能达到与收发分路相同的探测距离。

通过实施本实用新型的上述实施例，成功解决了收发合路的插入损耗大和探测距离短的问题。可实现在与收发分路的多普勒微波模块保持相同探测距离的情况下，将天线板的面积减少二分之一，有利于促使多普勒微波模块向小型化方向发展，极大地拓宽了多普勒微波模块的应用范围。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种X波段的多普勒微波模块的天线板结构(100)，包括用于产生微波信号的介质振荡器(1)、用于调节微波信号输出功率的带阻滤波器(2)、用于抑制有用信号的高次谐波的低通滤波器(3)和用于接收混频信号的混频器(4)，其特征在于，还包括：用于降低插入损耗的合路器(5)和同时用于接收和发射微波信号的收发一体天线(6)；其中，

所述合路器(5)为一个封闭的平面几何形状，由第一微带线(51)、第二微带线(52)、第三微带线(53)、第四微带线(54)、第五微带线(55)和第六微带线(56)首尾依次连接构成；

所述介质振荡器(1)的输出端连接至所述第一微带线(51)和所述第六微带线(56)的连接点；所述带阻滤波器(2)的一端连接至所述第一微带线(51)和所述第二微带线(52)的连接点，另一端接地；所述低通滤波器(3)的一端连接至所述第二微带线(52)和所述第三微带线(53)的连接点，另一端连接至所述收发一体天线(6)；所述混频器(4)的输入端连接至所述第五微带线(55)和所述第六微带线(56)的连接点，所述混频器(4)的输出端连接至所述第一微带线(51)和所述第二微带线(52)的连接点。

2.根据权利要求1所述的X波段的多普勒微波模块的天线板结构(100)，其特征在于，所述第一微带线(51)、第二微带线(52)、第三微带线(53)、第四微带线(54)、第五微带线(55)和第六微带线(56)的长度相等且为工作频率的四分之一波长的整数倍。

3.根据权利要求2所述的X波段的多普勒微波模块的天线板结构(100)，其特征在于，所述合路器(5)的平面几何形状包括：正六边形、椭圆形和圆形。

4.根据权利要求1所述的X波段的多普勒微波模块的天线板结构(100)，其特征在于，所述混频器(4)为单平衡混频器。

5.根据权利要求1所述的X波段的多普勒微波模块的天线板结构(100)，其特征在于，所述收发一体天线(6)包括一个二维的X波段天线阵列，所述二维的X波段天线阵列包括两列，每列天线共用一个馈电点，相邻列的馈电点之间电连接。

6.根据权利要求5所述的X波段的多普勒微波模块的天线板结构(100)，其特征在于，所述相邻列的馈电点之间的距离为工作频率的二分之一波长。