CN218767311U - 一种微波同步随动长寿命3d扫描雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，包括微波收发模块、天线结构、机械同步模块和驱动模块；微波收发模块用于生成初始微波信号，并将初始微波信号传输至天线结构，以及接收回波信号；天线结构包含第一端部与第二端部，微波收发模块固定连接于第一端部，使得初始微波信号从第一端部向第二端部传递后射出，以及将回波信号经第二端部向第一端部传递，被微波收发模块所接收；天线结构固定在机械同步模块上，以使天线结构机械运动时带动微波收发模块执行同步随动的机械运动；驱动模块与机械同步模块相连，用于驱动机械同步模块执行机械运动。本申请能够提升3D扫描雷达的可靠性，延长3D扫描雷达的使用寿命，降低3D扫描雷达的成本。

Description

一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达

技术领域

本实用新型实施例涉及三维检测技术领域，尤其涉及一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达。

背景技术

3D扫描雷达兼具安全、高效和环保等诸多优势，因而在物料的三维扫描监测过程中得到了广泛的推广与应用。

目前，现有3D扫描雷达中的信号收发电路和天线相互独立，并通过射频线缆连接，当天线执行机械运动以检测料仓物料形态时，信号收发电路与天线之间具有相对运动，射频线缆长时间处于摆动状态，进而容易导致射频线缆老化失效，不仅降低了3D扫描雷达的可靠性，还会缩短3D扫描雷达的使用寿命。此外，现有3D扫描雷达还会采用旋转波导来连接信号收发电路和天线，然而，旋转波导成本过高使得3D扫描雷达的成本居高不下。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，以提升3D扫描雷达的可靠性，延长3D扫描雷达的使用寿命，并降低3D扫描雷达的成本。

本实用新型实施例提供了一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，包括微波收发模块、天线结构、机械同步模块和驱动模块；

所述微波收发模块，用于生成初始微波信号，并将所述初始微波信号传输至所述天线结构，以及接收回波信号；

所述天线结构，包含第一端部与第二端部，所述微波收发模块固定连接于所述第一端部，使得所述初始微波信号从所述第一端部向所述第二端部传递后射出，以及将所述回波信号经所述第二端部向所述第一端部传递，被所述微波收发模块所接收；

所述天线结构固定在所述机械同步模块上，以使所述天线结构机械运动时带动所述微波收发模块执行同步随动的机械运动；

所述驱动模块，与所述机械同步模块相连，用于驱动所述机械同步模块执行机械运动。

可选地，所述驱动模块包括同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴；

所述电机固定在所述机械同步模块的第一安装位上，所述第一同步轮与所述电机的转轴固定连接；所述轴承套固定在所述机械同步模块的第二安装位上，所述轴承安装在所述轴承套中；所述连接轴贯穿所述轴承，并通过固定件与所述轴承远离所述机械同步模块一侧的内圈固定连接；所述第二同步轮与所述连接轴远离所述固定件的一侧固定连接；所述同步带设置在所述第一同步轮及所述第二同步轮的同步槽中，以使所述第一同步轮和所述第二同步轮同步转动。

可选地，所述天线结构为抛物面天线。

可选地，所述天线结构至少包括喇叭天线和透镜天线；

所述喇叭天线的窄口端位于所述第一端部，与所述微波收发模块固定连接，所述喇叭天线的阔口端位于所述第二端部，与所述透镜天线相连，以使所述初始微波信号经过所述喇叭天线传输后再经所述透镜天线汇聚后射出。

可选地，所述微波收发模块包括至少一个微波收发芯片，所述微波收发芯片上集成有至少一个片上天线，所述片上天线正对所述喇叭天线的窄口端。

可选地，所述微波收发模块包括至少一个微波收发芯片以及设置在电路板上的微带天线或微带馈源，所述微带天线或所述微带馈源正对所述喇叭天线的窄口端。

可选地，还包括：

波导，设置于所述微带天线或所述微带馈源的上方且靠近所述喇叭天线的窄口端，所述波导包裹所述微带天线或所述微带馈源；

所述微带天线或所述微带馈源用于将所述至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号，通过所述波导传递至所述喇叭天线。

可选地，还包括：

第一小透镜结构，设置于所述片上天线的上方，且靠近所述喇叭天线的窄口端，所述第一小透镜结构包裹所述片上天线；

所述片上天线用于将所述至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号通过所述第一小透镜结构馈送至所述喇叭天线。

可选地，还包括：

第二小透镜结构，设置于所述波导的上方，且靠近所述喇叭天线的窄口端，所述第二小透镜结构包裹所述波导；

所述微带天线或所述微带馈源用于将所述至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号经由所述波导后通过所述第二小透镜结构馈送至所述喇叭天线。

可选地，所述驱动模块包括水平驱动单元和俯仰驱动单元，所述机械同步模块包括水平同步结构和俯仰同步结构；

所述天线结构与所述俯仰同步结构连于一体，以使所述俯仰同步结构在执行机械运动时带动所述天线结构，从而使得固定连接于所述天线结构的第一端部的所述微波收发模块跟随所述天线结构执行同步的机械运动；

所述俯仰同步结构通过固定支架与所述水平同步结构固定连接；

所述俯仰驱动单元，与所述俯仰同步结构相连，以在所述俯仰驱动单元驱动所述俯仰同步结构在俯仰方向转动时，带动所述微波收发模块与所述天线结构执行同步随动的俯仰机械运动；

所述水平驱动单元，与所述水平同步结构相连，以在驱动所述水平同步结构在水平方向转动时，带动所述俯仰同步结构水平转动，从而使所述微波收发模块与所述天线结构执行同步随动的水平机械运动。

可选地，还包括与所述微波收发模块相互独立的其他电路模块；

所述其他电路模块，通过线缆与所述微波收发模块以及所述驱动模块连接，至少用于实现所述微波同步随动长寿命3D扫描雷达中模块间的控制、通讯和/或供电功能。

可选地，所述其他电路模块与所述固定支架相连，以使所述其他电路模块与所述微波收发模块执行同步随动的水平机械运动。

可选地，所述微波收发模块至少包括频控单元、本振单元、发射通路、接收通路、混频单元、放大单元、A/D转换单元和处理单元；

所述本振单元，用于生成本振信号；

所述发射通路，连接在所述本振单元和所述天线结构之间，用于接收所述本振信号后转换为所述初始微波信号，并将所述初始微波信号传输至所述天线结构；

所述接收通路，连接在所述混频单元和所述天线结构之间，用于接收所述天线结构传递的所述回波信号，并输送至所述混频单元；

所述混频单元，与所述本振单元、所述接收通路和所述放大单元相连，用于接收所述本振信号及所述回波信号，并根据所述本振信号和所述回波信号生成混频信号；

所述处理单元，通过所述A/D转换单元及所述放大单元，与所述混频单元相连，用于根据经所述放大单元放大处理，并且经所述A/D转换单元执行信号转换后的所述混频信号，计算待测物料的空间位置信息；

所述频控单元，连接在所述处理单元和所述本振单元之间，用于根据所述处理单元的控制指令，控制所述本振单元生成频率可调的所述本振信号。

本实用新型实施例所提供的技术方案，微波收发模块与天线结构的第一端部固定连接，通过微波收发模块生成初始微波信号，进而将初始微波信号传输至天线结构的第一端部，初始微波信号从第一端部向天线结构的第二端部传递后射出，初始微波信号经待测物料反射生成回波信号，回波信号经第二端部向第一端部传递，被微波收发模块所接收；同时，在驱动模块的作用下，机械同步结构带动微波收发模块和天线结构执行同步随动的机械运动，天线结构持续对待测物料进行扫描，最终实现对整个料仓或料罐中待测物料的三维形态扫描及监测。

由此可见，在本实用新型实施例中，在测量过程中，微波收发模块和天线结构之间的相对位置不会发生改变，二者不存在相对运动，微波收发模块也无需通过射频线缆或旋转波导与天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低、使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种驱动模块及机械同步模块的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种微波收发模块和天线结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图，参见图1，微波同步随动长寿命3D扫描雷达包括微波收发模块10、天线结构20、机械同步模块30和驱动模块40。

微波收发模块10，用于生成初始微波信号，并将初始微波信号传输至天线结构20，以及接收回波信号；天线结构20，包含第一端部与第二端部，微波收发模块10固定连接于第一端部，使得初始微波信号从第一端部向第二端部传递后射出，以及将回波信号经第二端部向第一端部传递，被微波收发模块10所接收；天线结构20固定在机械同步模块30上，以使天线结构20机械运动时带动微波收发模块10执行同步随动的机械运动；驱动模块40，与机械同步模块30相连，用于驱动机械同步模块30执行机械运动。

其中，回波信号是指初始微波信号到达待测物料表面后，经待测物料反射后生成的微波信号。

可知地，微波收发模块10和天线结构20的信号收发流程具体如下：

微波收发模块10生成初始微波信号，进而将初始微波信号传输至天线结构20的第一端部，初始微波信号从天线结构20的第一端部向天线结构20的第二端部传递后射出，初始微波信号经待测物料反射生成回波信号，回波信号经天线结构20的第二端部向天线结构20的第一端部传递，最终被微波收发模块10所接收。

可知地，执行同步随动的机械运动即执行完全相同的机械运动。可以理解的是，由于微波收发模块10固定连接于天线结构20的第一端部，并且天线结构20固定在机械同步模块30上，微波收发模块10能够跟随天线结构20执行完全相同的机械运动，因此二者不会存在相对运动，相对位置不变。

综上所述，本实用新型实施例通过微波收发模块生成初始微波信号，进而将初始微波信号传输至天线结构的第一端部，初始微波信号从第一端部向天线结构的第二端部传递后射出，初始微波信号经待测物料反射生成回波信号，回波信号经第二端部向第一端部传递，被微波收发模块所接收；同时，在驱动模块的作用下，机械同步结构带动微波收发模块和天线结构执行同步随动的机械运动，天线结构持续对待测物料进行扫描，最终实现对整个料仓或料罐中待测物料的三维形态扫描及监测。

由此可见，在本实用新型实施例中，微波收发模块和天线结构之间不存在相对运动，微波收发模块也无需通过射频线缆或旋转波导与天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。

需要说明的是，图1示例性示出了天线结构20为喇叭天线，但不作为对本实用新型实施例的限定。在一些实施例中，可选地，天线结构20为抛物面天线。

在上述实施例的基础上，图2是本实用新型实施例提供的另一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图，参见图2，可选地，天线结构20至少包括喇叭天线210和透镜天线220；喇叭天线210的窄口端位于第一端部，与微波收发模块10固定连接，喇叭天线210的阔口端位于第二端部，与透镜天线220相连，以使初始微波信号经过喇叭天线210传输后再经透镜天线220汇聚后射出。

其中，喇叭天线210可以是角锥喇叭天线、扇形喇叭天线、圆锥喇叭天线等；透镜天线220的材质可以但不限于是塑料，透镜天线220用于提高初始微波信号和回波信号的能量强度。

示例性地，微波收发模块10、喇叭天线210和透镜天线220的信号收发流程具体如下：

微波收发模块10生成初始微波信号，并将初始微波信号传输至喇叭天线210的窄口端，初始微波信号从喇叭天线210的窄口端向喇叭天线210的阔口端传递后再经透镜天线220汇聚并射出，初始微波信号经待测物料反射生成回波信号，回波信号经透镜天线220汇聚后由喇叭天线210的阔口端向喇叭天线210的窄口端传递，最终被微波收发模块10所接收。

除此之外，在驱动模块40的作用下，机械同步结构30会带动微波收发模块10、喇叭天线210和透镜天线220执行同步随动的机械运动，喇叭天线210和透镜天线220持续对待测物料进行扫描，最终实现对整个料仓或料罐中待测物料的三维形态扫描及监测。

基于此，在本实用新型实施例中，由喇叭天线和透镜天线组成的天线结构，与微波收发模块之间不存在相对运动，微波收发模块也无需通过射频线缆或旋转波导与上述天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。同时，本实用新型实施例还通过设置透镜天线有利于提高初始微波信号和回波信号的能量强度，以及提升3D扫描雷达的扫描精度。

在上述实施例的基础上，图3是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图，参见图3，可选地，微波收发模块10包括至少一个微波收发芯片，微波收发芯片上集成有至少一个片上天线110，片上天线110正对喇叭天线210的窄口端。

可选地，还包括：

第一小透镜结构50，设置于片上天线110的上方，且靠近喇叭天线210的窄口端，第一小透镜结构50包裹片上天线110；片上天线110用于将至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号通过第一小透镜结构50馈送至喇叭天线210。

其中，第一小透镜结构50用于提高初始微波信号和回波信号的能量强度。

示例性地，微波收发芯片（图3中未示出）、喇叭天线210和透镜天线220的信号收发流程具体如下：

微波收发芯片生成初始微波信号，并通过至少一个片上天线110将初始微波信号透过第一小透镜结构50馈送至喇叭天线210的窄口端，初始微波信号从喇叭天线210的窄口端向喇叭天线210的阔口端传递后再经透镜天线220汇聚并射出，初始微波信号经待测物料反射生成回波信号，回波信号经透镜天线220汇聚后由喇叭天线210的阔口端向喇叭天线210的窄口端传递，进而透过第一小透镜结构50馈送回片上天线110，最终被微波收发芯片所接收。

此外，在驱动模块40的作用下，机械同步结构30会带动微波收发芯片、喇叭天线210、透镜天线220和第一小透镜结构50执行同步随动的机械运动，喇叭天线210和透镜天线220持续对待测物料进行扫描，最终实现对整个料仓或料罐中待测物料的三维形态扫描及监测。

由此可见，在本实用新型实施例中，由喇叭天线和透镜天线组成的天线结构、第一小透镜结构以及微波收发芯片之间不存在相对运动，微波收发芯片也无需通过射频线缆或旋转波导与上述天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。同时，本实用新型实施例还通过设置第一小透镜结构进一步提高了初始微波信号和回波信号的能量强度，有利于提升3D扫描雷达的扫描精度。

在上述实施例的基础上，图4是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图，参见图4，可选地，微波收发模块10包括至少一个微波收发芯片以及设置在电路板上的微带天线或微带馈源110，微带天线或微带馈源110正对喇叭天线210的窄口端；

可选地，还包括：

波导60，设置于微带天线或微带馈源110的上方且靠近喇叭天线210的窄口端，波导60包裹微带天线或微带馈源110；微带天线或微带馈源110用于将至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号，通过波导60传递至喇叭天线210。

可选地，还包括第二小透镜结构70，设置于波导60的上方，且靠近喇叭天线210的窄口端，第二小透镜结构70包裹波导60；微带天线或微带馈源110用于将至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号经由波导60后通过第二小透镜结构70馈送至喇叭天线210。

其中，微带天线或微带馈源110可以但不限于是微带贴片天线、微带线形天线或微带缝隙天线，波导60可以为矩形波导、圆波导、椭圆波导或脊型波导。

示例性地，微波收发芯片（图4中未示出）、喇叭天线210和透镜天线220的信号收发流程具体如下：

微波收发芯片生成初始微波信号，并通过电路板上的射频走线传输至微带天线或微带馈源110射出，初始微波信号经波导60传导后透过第二小透镜结构70馈送至喇叭天线210的窄口端，再从喇叭天线210的窄口端向喇叭天线210的阔口端传递后经透镜天线220汇聚并射出，初始微波信号经待测物料反射生成回波信号，回波信号经透镜天线220汇聚后由喇叭天线210的阔口端向喇叭天线210的窄口端传递，进而透过第二小透镜结构70经波导60传导后馈送回微带天线或微带馈源110，最终被微波收发芯片所接收。

此外，在驱动模块40的作用下，机械同步结构30会带动微波收发芯片、喇叭天线210、透镜天线220、波导60和第二小透镜结构70执行同步随动的机械运动，喇叭天线210和透镜天线220持续对待测物料进行扫描，最终实现对整个料仓或料罐中待测物料的三维形态扫描及监测。

由此可知，在本实用新型实施例中，由喇叭天线和透镜天线组成的天线结构、波导、第二小透镜结构以及微波收发芯片之间不存在相对运动，并且微波收发芯片无需通过射频线缆或旋转波导与上述天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。同时，本实用新型实施例还通过设置第二小透镜结构进一步提高了初始微波信号和回波信号的能量强度，有利于提升3D扫描雷达的扫描精度。

在上述实施例的基础上，图5是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图，参见图5，可选地，驱动模块40包括水平驱动单元410和俯仰驱动单元420，机械同步模块30包括水平同步结构310和俯仰同步结构320。

天线结构20与俯仰同步结构320连于一体，以使俯仰同步结构320在执行机械运动时带动天线结构20，从而使得固定连接于天线结构20的第一端部的微波收发模块10跟随天线结构20执行同步的机械运动；俯仰同步结构320通过固定支架与水平同步结构310固定连接；俯仰驱动单元420，与俯仰同步结构320相连，以在俯仰驱动单元420驱动俯仰同步结构320在俯仰方向转动时，带动微波收发模块10与天线结构20执行同步随动的俯仰机械运动；水平驱动单元410，与水平同步结构310相连，以在驱动水平同步结构310在水平方向转动时，带动俯仰同步结构320水平转动，从而使微波收发模块10与天线结构20执行同步随动的水平机械运动。

其中，驱动模块40和机械同步模块30的工作流程可以具体如下：

当天线结构20需要执行俯仰机械运动时，俯仰驱动单元420带动俯仰同步结构320执行俯仰机械运动，进而带动天线结构20，使得固定连接于天线结构20的第一端部的微波收发模块10跟随天线结构20执行同步的俯仰机械运动。相应地，当天线结构20需要执行水平机械运动时，水平驱动单元410带动水平同步结构在水平方向转动，进而通过固定支架带动俯仰同步结构320水平转动，使得微波收发模块10与天线结构20执行同步随动的水平机械运动。

基于此，本实用新型实施例通过设置水平驱动单元、俯仰驱动单元、水平同步结构和俯仰同步结构，使得微波收发模块与天线结构能够执行同步随动的水平及俯仰机械运动，微波收发模块和天线结构之间不存在相对运动，同时，微波收发模块也无需通过射频线缆或旋转波导与天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。

在上述实施例的基础上，图6是本实用新型实施例提供的又一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达的结构示意图，参见图6，可选地，还包括与微波收发模块10相互独立的其他电路模块80；其他电路模块80，通过线缆与微波收发模块10以及驱动模块40连接（图6中未示出连接在其他电路模块80和驱动模块40之间的线缆），至少用于实现微波同步随动长寿命3D扫描雷达中模块间的控制、通讯和/或供电功能。

可选地，其他电路模块80与固定支架相连，以使其他电路模块80与微波收发模块10执行同步随动的水平机械运动。

其中，机械同步结构30和固定支架可以采用内部中空结构，以作为连接在其他电路模块80和驱动模块40之间的线缆的容纳通路。

示例性地，其他电路模块80可以至少包括控制单元、电源单元和/或通讯单元。控制单元可以通过线缆控制微波收发模块10产生任意频率和任意类型的初始微波信号；接收并处理微波收发模块10接收的回波信号，以获取距离信息，进而计算待测物料的形态；控制驱动模块40工作，以驱使机械同步模块30运动；以及实时获取机械同步模块30的运动角度信息；控制单元可以采用单片机、微处理器或片上系统。通讯单元可以至少将控制单元获取的距离信息、运动角度信息传输至远程监控终端；通讯单元可以应用蓝牙、WiFi、ZigBee、4G/5G等无线通讯技术。电源单元用于接收外部供电，并将外部供电电压转换为控制单元、通讯单元、驱动模块40以及微波收发模块10等所需电压等级的工作电压。可以理解的是，电源单元、通讯单元可以与控制单元设置在同一电路板上，也可以分别设置在不同的电路板上。

可知的，由于其他电路模块80与固定支架相连，因而当水平驱动单元410带动水平同步结构310在水平方向转动时，固定支架会带动其他电路模块80和俯仰同步结构320一起水平转动，进而使得其他电路模块80、微波收发模块10和天线结构20执行同步随动的水平机械运动。基于此，将其他电路模块80与固定支架相连，能够减缓其他电路模块80与微波收发模块10以及驱动模块40之间的线缆摆动程度，有利于延缓线缆的老化失效，延长线缆寿命，增强3D扫描雷达的可靠性。

综上所述，在本实用新型实施例中，微波收发模块和天线结构之间不存在相对运动，微波收发模块也无需通过射频线缆或旋转波导与天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。

需要说明的是，图6示例性示出了其他电路模块80统一布置在同一电路板上，并且其他电路模块80与固定支架相连，但不作为对本实用新型实施例的限定。在一些实施例中，其他电路模块80可以设于至少两个电路板上，并独立于固定支架设置。

在上述实施例的基础上，可选地，驱动模块包括同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴。

电机固定在机械同步模块的第一安装位上，第一同步轮与电机的转轴固定连接；轴承套固定在机械同步模块的第二安装位上，轴承安装在轴承套中；连接轴贯穿轴承，并通过固定件与轴承远离机械同步模块一侧的内圈固定连接；第二同步轮与连接轴远离固定件的一侧固定连接；同步带设置在第一同步轮及第二同步轮的同步槽中，以使第一同步轮和第二同步轮同步转动。

其中，同步带可以是梯形齿同步带或者弧齿同步带，相应地，第一同步轮和第二同步轮上的齿可以是梯形齿或弧齿。示例性地，在一些实施例中，同步带、第一同步轮和第二同步轮可以等效替换为皮带、第一皮带轮和第二皮带轮，皮带、第一皮带轮和第二皮带轮的设置方式与同步带、第一同步轮和第二同步轮的设置方式完全相同，不再赘述。

可知地，电机可以选用步进电机或伺服电机，轴承可以为深沟球轴承。可以理解的是，同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴的具体构造及设计参数可以根据3D扫描雷达的实际应用需求进行适应性调整，本实用新型实施例对此均不进行限制。另外，第一安装位和第二安装位分别位于机械同步模块的不同位置上，即电机与轴承套分别设置在机械同步模块的不同位置上。

具体来说，示例性地，图7是本实用新型实施例提供的一种驱动模块及机械同步模块的结构示意图，参见图7，水平驱动单元包括水平同步带A、第一电机B、第一水平同步轮C、第二水平同步轮D、第一轴承（图7中未示出）、第一轴承套E和第一连接轴（图7中未示出）。第一电机B固定在水平同步结构310的第一安装位上，第一水平同步轮C与第一电机B的转轴固定连接；第一轴承套E固定在水平同步结构310的第二安装位上，第一轴承安装在第一轴承套E中；第一连接轴贯穿第一轴承，并通过第一固定件F与第一轴承远离水平同步结构310一侧的内圈固定连接；第二水平同步轮D与第一连接轴远离第一固定件F的一侧固定连接；水平同步带A设置在第一水平同步轮C及第二水平同步轮D的同步槽中，以使第一水平同步轮C和第二水平同步轮D同步转动。

需要说明的是，第一电机B的转轴不能转动，第一电机B的本体可以绕第一电机B的转轴转动；第一电机B的本体与水平同步结构310连于一体，并且第一电机B的转轴贯穿水平同步结构310，使得第一电机B的本体与第一水平同步轮C分别位于水平同步结构310的两侧；第一连接轴同样贯穿水平同步结构310，使得第一轴承、第一轴承套E与第一电机B的本体位于水平同步结构310的一侧，第二水平同步轮D与第一水平同步轮C位于水平同步结构310的另一侧；水平同步结构310的第二安装位设置于水平同步结构310的中心处。

基于此，可以理解的是，水平驱动单元驱动水平同步结构310的工作原理具体如下：

第一轴承套E与水平同步结构310连于一体，第一轴承安装在第一轴承套E后，第一轴承的外圈不能转动，但第一轴承的内圈可以转动。同时，第一电机B也与水平同步结构310连于一体，由于第一电机B的转轴不能转动，第一电机B的本体可以绕第一电机B的转轴转动，因而在第一电机B输出扭矩后，第一电机B的本体会以水平同步结构310的中心为圆点带动水平同步结构310、第一轴承套E及第一轴承的外圈作圆周运动；在此过程中，第一水平同步轮C沿水平同步带A以水平同步结构310的中心为圆点作圆周运动，第二水平同步轮D、第一连接轴、第一固定件F及第一轴承的内圈处于静止状态。水平同步结构310的转动范围取决于第一电机B的主体的转动角度。

继续参见图7，俯仰驱动单元包括俯仰同步带G、第二电机H、第一俯仰同步轮I、第二俯仰同步轮J、第二轴承（图7中未示出）、第二轴承套（图7中未示出）和第二连接轴K。

第二电机H固定在固定支架的第一安装位上，第一俯仰同步轮I与第二电机H的转轴固定连接；第二轴承套固定在固定支架的第二安装位上，第二轴承安装在第二轴承套中；第二连接轴K贯穿第二轴承，并通过第二固定件与第二轴承远离固定支架一侧的内圈固定连接；第二俯仰同步轮J与第二连接轴K远离第二固定件的一侧固定连接；俯仰同步带G设置在第一俯仰同步轮I及第二俯仰同步轮J的同步槽中，以使第一俯仰同步轮I和第二俯仰同步轮J同步转动。

可知地，第二电机H的本体与固定支架连于一体，第二电机H的转轴可以转动，并且第二电机H的转轴贯穿固定支架，使得第二电机H的本体与第一俯仰同步轮I分别位于固定支架的两侧；第二连接轴K同样贯穿固定支架，使得第二轴承、第二轴承套与第二电机H的本体位于固定支架的一侧，第二俯仰同步轮J与第一俯仰同步轮I位于固定支架的另一侧；第二连接轴K与俯仰同步结构320连于一体。

基于此，可以理解的是，俯仰驱动单元驱动俯仰同步结构320的工作原理具体如下：

第二轴承套与固定支架连于一体，第二轴承安装在第二轴承套后，第二轴承的外圈不能转动，但第二轴承的内圈可以转动。同时，第二电机H也与固定支架连于一体，在第二电机H输出扭矩后，第二电机H的转轴带动第一俯仰同步轮I转动，第一俯仰同步轮I通过俯仰同步带G带动第二俯仰同步轮J转动，进而使得第二连接轴K、第二轴承的内圈、第二固定件和俯仰同步结构320同步转动。俯仰同步结构320的转动范围取决于第二电机H的转轴的转动角度。

综上所述，本实用新型实施例一方面通过设置水平同步带、第一电机、第一水平同步轮、第二水平同步轮、第一轴承、第一轴承套和第一连接轴，当天线结构需要执行水平机械运动时，带动水平同步结构在水平方向转动，进而通过固定支架带动俯仰同步结构水平转动，使得微波收发模块与天线结构执行同步随动的水平机械运动。另一方面，本实用新型实施例通过设置俯仰同步带、第二电机、第一俯仰同步轮、第二俯仰同步轮、第二轴承、第二轴承套和第二连接轴，当天线结构需要执行俯仰机械运动时，带动俯仰同步结构执行俯仰机械运动，进而带动天线结构，使得固定连接于天线结构的第一端部的微波收发模块跟随天线结构执行同步的俯仰机械运动。

由此可见，本实用新型实施例中的微波收发模块和天线结构之间不存在相对运动，同时，微波收发模块也无需通过射频线缆或旋转波导与天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。

在上述实施例的基础上，图8是本实用新型实施例提供的一种微波收发模块和天线结构的结构示意图，参见图8，可选地，微波收发模块10至少包括频控单元10A、本振单元10B、发射通路10C、接收通路10D、混频单元10E、放大单元10F、A/D转换单元10G和处理单元10H。

本振单元10B，用于生成本振信号；发射通路10C，连接在本振单元10B和天线结构20之间，用于接收本振信号后转换为初始微波信号，并将初始微波信号传输至天线结构20；接收通路10D，连接在混频单元10E和天线结构20之间，用于接收天线结构20传递的回波信号，并输送至混频单元10E；混频单元10E，与本振单元10B、接收通路10D和放大单元10F相连，用于接收本振信号及回波信号，并根据本振信号和回波信号生成混频信号；处理单元10H，通过A/D转换单元10G及放大单元10F，与混频单元10E相连，用于根据经放大单元10F放大处理，并且经A/D转换单元10G执行信号转换后的混频信号，计算待测物料的空间位置信息；频控单元10A，连接在处理单元10H和本振单元10B之间，用于根据处理单元10H的控制指令，控制本振单元10B生成频率可调的本振信号。

其中，本振信号的频率可以随时间线性变化，即线性调频。可以理解的是，本振信号和回波信号的频率存有差异，基于此，混频信号是指能够表征本振信号和回波信号之间频率差的信号。

示例性地，发射通路10C包括发射馈源和发射波导，发射馈源接受本振单元10B生成的本振信号，并将本振信号转换为初始微波信号，再经发射波导将初始微波信号传输至天线结构20；适应性地，接收通路10D包括接收馈源和接收波导，接收波导将天线结构20接收到的回波信号传输至接收馈源，再由接收馈源将回波信号传输至混频单元10E。

可知地，放大单元10F用于对混频信号进行放大处理；A/D转换单元10G用于对放大处理后的混频信号进行信号转换并上传至处理单元10H。示例性地，处理单元10H可以是DSP处理器，频控单元10A可以为锁相环，本振单元10B可以采用任一种本振电路，混频单元10E可以为任一种混频器，放大单元10F可以是任一种信号放大电路，A/D转换单元10G可以采用任一种A/D转换电路；控制指令的数制可以是二进制。

具体地，微波收发模块10和天线结构20的工作流程如下：

本振单元10B生成本振信号，并将本振信号分别传输至发射通路10C和混频单元10E；发射通路10C将本振信号转换为初始微波信号，并将初始微波信号传输至天线结构20的第一端部，初始微波信号从天线结构20的第一端部向天线结构20的第二端部传递后射出，初始微波信号经待测物料反射生成回波信号，回波信号经天线结构20的第二端部向天线结构20的第一端部传递，进而传递至接收通路10D；接收通路10D接收天线结构20传递的回波信号，并输送至混频单元10E；混频单元10E接收本振信号及回波信号，并根据本振信号和回波信号生成混频信号；混频信号先后经过放大单元10F及A/D转换单元10G传输至处理单元10H；处理单元10H根据经放大单元10F放大处理，并且经A/D转换单元10G执行信号转换后的混频信号，计算待测物料的空间位置信息；当处理单元10H需要调整本振信号的频率时，处理单元10H适应性生成控制指令并传输至频控单元10A，频控单元10A根据处理单元10H的控制指令，控制本振单元10B生成频率可调的本振信号。

在本实用新型实施例中，由频控单元、本振单元、发射通路、接收通路、混频单元、放大单元、A/D转换单元和处理单元组成的微波收发模块与天线结构之间不存在相对运动，并且上述微波收发模块无需通过射频线缆或旋转波导与天线结构连接，因而能够克服现有3D扫描雷达的可靠性偏低，使用寿命较短，以及成本过高等问题，提升了3D扫描雷达的可靠性，延长了3D扫描雷达的使用寿命，并降低了3D扫描雷达的成本。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，包括微波收发模块、天线结构、机械同步模块和驱动模块；

所述微波收发模块，用于生成初始微波信号，并将所述初始微波信号传输至所述天线结构，以及接收回波信号；

所述天线结构，包含第一端部与第二端部，所述微波收发模块固定连接于所述第一端部，使得所述初始微波信号从所述第一端部向所述第二端部传递后射出，以及将所述回波信号经所述第二端部向所述第一端部传递，被所述微波收发模块所接收；

所述天线结构固定在所述机械同步模块上，以使所述天线结构机械运动时带动所述微波收发模块执行同步随动的机械运动；

所述驱动模块，与所述机械同步模块相连，用于驱动所述机械同步模块执行机械运动。

2.根据权利要求1所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述驱动模块包括同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴；

所述电机固定在所述机械同步模块的第一安装位上，所述第一同步轮与所述电机的转轴固定连接；所述轴承套固定在所述机械同步模块的第二安装位上，所述轴承安装在所述轴承套中；所述连接轴贯穿所述轴承，并通过固定件与所述轴承远离所述机械同步模块一侧的内圈固定连接；所述第二同步轮与所述连接轴远离所述固定件的一侧固定连接；所述同步带设置在所述第一同步轮及所述第二同步轮的同步槽中，以使所述第一同步轮和所述第二同步轮同步转动。

3.根据权利要求1所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述天线结构为抛物面天线。

4.根据权利要求1所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述天线结构至少包括喇叭天线和透镜天线；

所述喇叭天线的窄口端位于所述第一端部，与所述微波收发模块固定连接，所述喇叭天线的阔口端位于所述第二端部，与所述透镜天线相连，以使所述初始微波信号经过所述喇叭天线传输后再经所述透镜天线汇聚后射出。

5.根据权利要求4所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述微波收发模块包括至少一个微波收发芯片，所述微波收发芯片上集成有至少一个片上天线，所述片上天线正对所述喇叭天线的窄口端。

6.根据权利要求4所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述微波收发模块包括至少一个微波收发芯片以及设置在电路板上的微带天线或微带馈源，所述微带天线或所述微带馈源正对所述喇叭天线的窄口端。

7.根据权利要求6所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，还包括：

波导，设置于所述微带天线或所述微带馈源的上方且靠近所述喇叭天线的窄口端，所述波导包裹所述微带天线或所述微带馈源；

所述微带天线或所述微带馈源用于将所述至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号，通过所述波导传递至所述喇叭天线。

8.根据权利要求5所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，还包括：

第一小透镜结构，设置于所述片上天线的上方，且靠近所述喇叭天线的窄口端，所述第一小透镜结构包裹所述片上天线；

所述片上天线用于将所述至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号通过所述第一小透镜结构馈送至所述喇叭天线。

9.根据权利要求7所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，还包括：

第二小透镜结构，设置于所述波导的上方，且靠近所述喇叭天线的窄口端，所述第二小透镜结构包裹所述波导；

所述微带天线或所述微带馈源用于将所述至少一个微波收发芯片生成的初始微波信号经由所述波导后通过所述第二小透镜结构馈送至所述喇叭天线。

10.根据权利要求1所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述驱动模块包括水平驱动单元和俯仰驱动单元，所述机械同步模块包括水平同步结构和俯仰同步结构；

所述天线结构与所述俯仰同步结构连于一体，以使所述俯仰同步结构在执行机械运动时带动所述天线结构，从而使得固定连接于所述天线结构的第一端部的所述微波收发模块跟随所述天线结构执行同步的机械运动；

所述俯仰同步结构通过固定支架与所述水平同步结构固定连接；

所述俯仰驱动单元，与所述俯仰同步结构相连，以在所述俯仰驱动单元驱动所述俯仰同步结构在俯仰方向转动时，带动所述微波收发模块与所述天线结构执行同步随动的俯仰机械运动；

所述水平驱动单元，与所述水平同步结构相连，以在驱动所述水平同步结构在水平方向转动时，带动所述俯仰同步结构水平转动，从而使所述微波收发模块与所述天线结构执行同步随动的水平机械运动。

11.根据权利要求1所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，还包括与所述微波收发模块相互独立的其他电路模块；

所述其他电路模块，通过线缆与所述微波收发模块以及所述驱动模块连接，至少用于实现所述微波同步随动长寿命3D扫描雷达中模块间的控制、通讯和/或供电功能。

12.根据权利要求11所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述其他电路模块与固定支架相连，以使所述其他电路模块与所述微波收发模块执行同步随动的水平机械运动。

13.根据权利要求1所述的一种微波同步随动长寿命3D扫描雷达，其特征在于，所述微波收发模块至少包括频控单元、本振单元、发射通路、接收通路、混频单元、放大单元、A/D转换单元和处理单元；

所述本振单元，用于生成本振信号；

所述发射通路，连接在所述本振单元和所述天线结构之间，用于接收所述本振信号后转换为所述初始微波信号，并将所述初始微波信号传输至所述天线结构；

所述接收通路，连接在所述混频单元和所述天线结构之间，用于接收所述天线结构传递的所述回波信号，并输送至所述混频单元；

所述混频单元，与所述本振单元、所述接收通路和所述放大单元相连，用于接收所述本振信号及所述回波信号，并根据所述本振信号和所述回波信号生成混频信号；

所述处理单元，通过所述A/D转换单元及所述放大单元，与所述混频单元相连，用于根据经所述放大单元放大处理，并且经所述A/D转换单元执行信号转换后的所述混频信号，计算待测物料的空间位置信息；

所述频控单元，连接在所述处理单元和所述本振单元之间，用于根据所述处理单元的控制指令，控制所述本振单元生成频率可调的所述本振信号。

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