TWI493199B - 頻率偵測器 - Google Patents

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TWI493199B TW103100435A TW103100435A TWI493199B TW I493199 B TWI493199 B TW I493199B TW 103100435 A TW103100435 A TW 103100435A TW 103100435 A TW103100435 A TW 103100435A TW I493199 B TWI493199 B TW I493199B
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Hanyong Kim
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Djp Co Ltd
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Description

頻率偵測器
本發明關於一種寬頻頻率偵測器，尤指，一種可偵測所有可引導安全車輛操作並偵測雷達訊號以判定車輛速度的訊號的頻率偵測器。
先進國家投入了相當多的心力在安全車輛操作上，藉由不同微波頻率及雷射來操作使用各種測速器，並使用傳送器來通知各種危險的道路狀況以達到事前安全警示的目的。尤其在美國，該類測速器及偵測器是被合法許可的。
使用於該類測量器與偵測器的訊號形式會依所使用的設備而異，其使用如下所述。
換句話說，用來防止車輛超速的測速槍利用X波段(10.525GHz)、Ku波段(13.450GHz)、K波段(24.150GHz)、超寬Ka波段(多樣地分布於33.000GHz及36.000GHz之間)、及雷射(800nm及1100nm之間的波長)；安全警示系統會利用24.070GHz及24.230GHz之間的頻率提供安全車輛操作道路資訊，並傳送“鐵路平交道”、“施工 中”、及“緊急車輛”三種資訊；及安全警告系統會利用24.075GHz及24.125GHz之間的頻率，並傳送包含“起霧區”、“施工中”、“校區”、“減速”等等64種編碼資訊。
上述安全相關收發器系統當金相當盛行於美 國，且也擴及到全世界，並預期會與未來智慧型運輸系統(ITS)密切相關。
上述所有的頻率與其使用皆受美國聯邦通信 委員會(FCC)所規範。
圖1繪示一傳統寬頻雷達偵測器。如圖1所示， 該寬頻雷達偵測器包括：一喇叭天線10；一訊號處理單元20，以偵測由該喇叭天線10所接收的訊號；一雷射模組30，以接收雷射訊號；一中央處理單元40，以控制偵測來自該訊號處理單元20及該雷射模組30的訊號；一顯現手段50，以視覺顯示該偵測訊號；及一聲音手段60，經由聲音放大單元61以聲音來呈現該偵測訊號；並且，接收9個頻率波段的訊號包含X、VG2、Ku、K、SA、SWS、超寬Ka、及雷射，且依使用者狀態將接收訊號以一最適合的方式輸出，藉以協助使用者進行安全車輛操作。
此外，雖然Ka波段頻率可由傳統以MMIC為基 礎可接收24GHz及36GHz之間頻率的寬頻雷達偵測器所偵測，然而，X波段、VG2波段及Ku波段頻率卻無法被偵測。 因此，目前亟需一種在使用MMIC的情況下可偵測寬頻頻率的寬頻頻率偵測器。
本發明一目的在於提供一種可偵測多個頻率波段的寬頻偵測器。
本發明另一目的在於提供一種可使用一單一頻率偵測器來偵測不只X波段頻率還有K波段或Ka波段頻率的偵測方法。
本發明再一目的在於提供一頻率偵測器，其可快速將X波段頻率偏移至K波段或Ka波段頻率並偵測其所欲頻率。
本發明再一目的在於提供一頻率偵測器，其可快速將K波段或Ka波段頻率偏移至X波段頻率並偵測其所欲頻率。
為了達成上述目的，本發明揭示一種寬頻頻率偵測器，其特徵在於包括：一喇叭天線，以接收具有特定頻率的訊號；一第一放大器，以接收來自該喇叭天線具有特定頻率的該訊號；一混波單元，以接收來自該第一放大器的該訊號，及將該訊號低雜訊放大；一第二放大器，與該第一放大器平行排列，在低雜訊放大來自該喇叭天線的訊號後，將該訊號傳送至該混波單元，其中該第二放大器包含一電晶體，一第一微波電路單元，用來將該喇叭天線 與該電晶體之間的阻抗作比對。
本發明的寬頻頻率偵測器可使用一單一頻率 偵測器來偵測X波段頻率及K波段或甚至Ka波段的頻率。此外，本發明的寬頻頻率偵測器具有可將任何操作頻率快速由一特定頻率波段偏移至一不同頻率波段及使用一多局部振盪單元及一切換器來偵測其所欲頻率的優點。
10‧‧‧喇叭天線
20‧‧‧訊號處理單元
30‧‧‧雷射模組
40‧‧‧中央處理單元
50‧‧‧顯現手段
60‧‧‧聲音手段
61‧‧‧聲音放大單元
200‧‧‧喇叭天線
202‧‧‧MMIC LNA
204‧‧‧pHEMT LNA
206‧‧‧第一混波單元
208‧‧‧第一LNA
210‧‧‧第二LNA
212‧‧‧第一局部振盪單元
214‧‧‧掃掠控制單元
216‧‧‧切換控制單元
218‧‧‧第三LNA
220‧‧‧第四LNA
222‧‧‧低通濾波器(LPF)
224‧‧‧第二混波單元
226‧‧‧第二局部振盪單元
228‧‧‧第三局部振盪單元
230‧‧‧第二濾波器
232‧‧‧解調單元
234‧‧‧第三濾波器
236‧‧‧第四濾波器
238‧‧‧中央處理單元
240‧‧‧儲存單元
242‧‧‧聲音輸出單元
244‧‧‧輸入單元
246‧‧‧顯示單元
300‧‧‧第一微波電路單元
302‧‧‧電晶體
304‧‧‧第二微波電路單元
306‧‧‧第一頻率截止單元
308‧‧‧第二頻率截止單元
圖1繪示一傳統寬頻雷達偵測器。
圖2繪示依據本發明一實施例的一寬頻頻率偵測器之架構方塊圖。
圖3繪示依據本發明一實施例的pHEMT LNA之架構方塊圖。
圖4繪示依據本發明一實施例用以控制來自該第一局部振盪單元的輸出訊號之電壓波形。
圖5為一訊號的波形以控制該第二局部振盪單元及該第三局部振盪單元。
圖6為依據本發明一實施例用於X/K波段LNA及Ka波段LNA的一控制波形。
本段摘述本發明的某些特徵，其他特徵將參照圖式詳敍於後續的段落，以讓本領域具有通常知識者可以清楚明瞭並據以實施。本發明藉由附加的申請專利範圍定 義，其係合併於此段落作為參考。
圖2繪示依據本發明一實施例的一寬頻頻率偵測器之架構方塊圖。依照本發明一實施例的一寬頻頻率偵測器的架構將參照圖2在此予以詳述。
來自外部具有特定頻率的訊號將由一喇叭天線200進行接收。如所述，本發明的喇叭天線200可接收具有寬頻的頻率。一般來說，該喇叭天線200的接收頻率範圍介於10GHz及36GHz之間。
由該喇叭天線200所接收的訊號將傳送到單晶微波積體電路(在此簡稱為MMIC)低雜訊放大器(在此簡稱為LNA)202，即該第一放大器，及傳送到擬晶式高電子遷移率電晶體(在此簡稱為pHEMT)低雜訊放大器204，即該第二放大器。該MMIC LNA 202是用來接收具有Ka波段頻率範圍的頻率，而pHEMT LNA 204則用來偵測K波段頻率範圍及X波段頻率範圍。換句話說，MMIC LNA 202會將具有Ka波段頻率範圍的訊號在放大後輸出，而pHEMT LNA 204會將具有X波段及K波段頻率範圍的訊號在放大後輸出。更明確的說，pHEMT LNA 204用於偵測頻率介於10及26GHz的訊號，而MMIC LNA 202則是用來偵測頻率超過26GHz的訊號。
此外，MMIC LNA 202及pHEMT LNA 204從喇叭天線200接收一訊號，並同時從切換控制單元216接收一 控制訊號。切換控制單元216使用該控制訊號來控制MMIC LNA 202及pHEMT LNA 204的操作。換句話說，切換控制單元216會控制MMIC LNA 202及pHEMT LNA 204是否應被操作與否。
由MMIC LNA 202及pHEMT LNA 204所輸出的訊號將傳送到該第一混波單元206。該第一混波單元206會輸出具有第一中間頻率範圍的一訊號，該訊號為來自MMIC LNA 202及pHEMT LNA 204的訊號與來自該第一LNA 208的訊號之混合。換句話說，該第一混波單元206會將來自MMIC LNA 202的訊號及來自pHEMT LNA 204的訊號與來自該第一LNA 208的訊號之頻率混合為1GHz。
該第一LNA 208會將產生自該第一局部振盪單元212具有特定頻率範圍的訊號放大，並將放大訊號傳送至該第一混波單元206。
該第一局部振盪單元212會藉由產生自掃掠控制單元214的DAC掃掠電壓波形來控制(重新調整)電壓以改變頻率。該第一局部振盪單元212會依據重新調整的電壓來產生頻率，且當接收一如同在白雜訊中的適當訊號時，其可經由掃掠電壓控制產生可靠白雜訊脈衝，並消除中頻率及高頻率雜訊。
來自該第一混波單元206的輸出訊號將傳送到該第二LNA 210。該第二LNA 210將所接收具有低雜訊的 訊號放大並將該訊號傳送至該第三LNA 218。該第三LNA 218將所接收具有低雜訊的訊號放大並將該訊號傳送至該第四LNA 220。該第四LNA 220將所接收具有低雜訊的訊號放大並將該訊號傳送至該第二混波單元224。圖2繪示由該第二LNA至該第四LNA之訊號傳送，但不限於此。換句話說，LNA的數量可因寬頻頻率偵測器的特性而有所不同。
來自中央處理單元238的訊號透過一低通濾波器(LPF)222傳送至第二混波單元224。
該第二混波單元224依據來自用於接收所有具有寬頻頻率的傳送訊號之該第二局部振盪單元226或該第三局部振盪單元228的振盪頻率當中接收訊號的波段將該第一中間頻率轉換成該第二中間頻率。
該第二局部振盪單元226藉由中央處理單元所輸出的脈衝來輸出頻率由550MHz至650MHz的訊號，而該第三局部振盪單元228則輸出頻率由1500MHz至2000MHz的訊號。
傳統發明有些限制，當接收到一訊號，其振盪頻率將被固定，使得在接收另一訊號時，無法進行偵測直到先前的接收訊號消失，或在一特定期間內對頻率進行掃描；然而，如前所述，本發明在接收一特定頻率波段內的一訊號時，可藉由控制由該第一局部振盪單元至該第三局部振盪單元的振盪頻率來在不同頻率波段內快速接收訊 號。因此，本發明可藉由在中央處理單元中快速設定接收訊號的優先順序來消除實際上無意義的訊號範圍。
由該第二混波單元224所輸出的訊號將傳送到該第二濾波器230。在接收訊號中，只有10MHz的訊號可穿過該第二濾波器230並傳送到解調單元232。接收訊號藉由解調單元232來偵測並傳送到該第三濾波器234或該第四濾波器236。低頻率範圍的訊號會從該第三濾波器234穿過以測量接收訊號的RSSI；而特定頻率範圍的訊號則會從該第四濾波器236穿過並傳送至中央處理單元238。
此外，本發明的寬頻頻率偵測器包含一顯示單元246以顯示偵測器的操作情況或其他必要資訊，一輸入單元244以輸入必要資訊，及一聲音輸出單元242以輸出偵測器的操作情況或其他必要資訊。此外，該寬頻頻率偵測器包含一儲存單元240以儲存驅動寬頻頻率偵測器所需的資訊或其他必要資訊。
圖3繪示依據本發明一實施例的pHEMT LNA之架構方塊圖。依照本發明一實施例的一pHEMT LNA的架構將參照圖3在此予以詳述。
依據圖3，LNA的架構包含一微電路單元(M/C)、電晶體(TR)、及一頻率截止單元。當然本發明不限於先前所述的架構，而亦可包含其他架構。
該第一微波電路單元300接收由喇叭天線200 所接收的訊號。
該第一頻率截止單元306連接到該第一微波電路單元300，並截止具有一特定頻率範圍的訊號，且讓該第一微波電路單元300的輸出訊號可被傳送到電晶體302。
由該第一微波電路單元300所輸出的訊號將輸入到電晶體302的閘極。電晶體302的源極接地，而汲極則連接到該第二微波電路單元304。該第二微波電路單元304的一端連接到頻率截止單元308而另一端則連接到混波單元206。在此將詳述pHEMT LNA中所進行的操作。
該第一微波電路單元300會將輸入訊號的阻抗與電晶體302的阻抗作比對。亦或該第一微波電路單元300會將輸入訊號的電壓與電晶體302的電壓作比對。
該第一頻率截止單元306會將該第一微波電路單元300輸入訊號當中具有特定頻率的訊號予以截止。換句話說，該第一頻率截止單元306讓具有特定頻率的訊號可被傳送到電晶體302，並防止具有其他於特定頻率的頻率的訊號被傳送到電晶體302。如上所述，該第一頻率截止單元306會將具有10GHz及26GHz之間的頻率的訊號傳送至電晶體302，並防止具有10GHz及26GHz之間的頻率的訊號被傳送到地面。
該第二微波電路單元304會將電晶體302輸出訊號的阻抗與混波單元206的阻抗作比對。
該第二頻率截止單元308會將該第二微波電路單元304輸入訊號當中具有特定頻率的訊號予以截止。換句話說，第二頻率截止單元308讓具有特定頻率的訊號可被傳送到混波單元206，並防止具有其他於特定頻率的頻率的訊號被傳送到混波單元206。如上所述，第二頻率截止單元308會將具有10GHz至26GHz之間的頻率的訊號傳送至混波單元206，並防止具有10GHz至26GHz之間的頻率的訊號被傳送到電源供應器(Vcc)。
依據本發明，該第一頻率截止單元306及該第二頻率截止單元308連接到切換控制單元。換句話說，該第一頻率截止單元306及該第二頻率截止單元308會依據來自切換控制單元的控制指令截止具有一特定頻率範圍的訊號。
圖4繪示依據本發明一實施例用以控制來自該第一局部振盪單元的輸出訊號之電壓波形。在經由調頻過程預先將對應於頻率的值作適當地設定後，電壓的最大及最小值將儲存於記憶體。本發明藉由進行週期性連續的短掃掠(150至153)以增加偵測的可能性來偵測產生自“瞬間脈衝方法”的都卜勒訊號。在本發明中，為了調整各個頻率可以被偵測的接收靈敏度，調整從中央處理單元所輸出的電壓(DAC電壓)的斜率，原則上，接收靈敏度會隨著斜率越陡而減少並隨著斜率的降低而增加。換句話說，DAC 電壓用於該第一振盪單元且於該第一混波單元中與輸入頻率進行混合，其中此過程的操作時間會因靈敏度而有所差異，且其受掃掠斜率所控制。
使用此原則，當操作反應速度調整為正常時，對於靈敏度應為最大的頻率範圍(除了33.8GHz、34.7GHz、及24.150GHz的頻率範圍之外)，其掃掠的斜率會減少。
同時，對於靈敏度會或多或少減少的頻率，短訊號卻可應用的情況下，掃掠的斜率最好設成陡，而足以滿足該頻率的頻率範圍將被連續而又快速地掠掃數次，藉以增加頻率接收速度。
圖5為一訊號的一波形以控制該第二局部振盪單元及該第三局部振盪單元。依據圖5，用以控制該第二局部振盪單元或該第三局部振盪單元的訊號會控制用以與該第一中間頻率進行混合的頻率，且其儲存於中央處理單元內一可程式化的快閃記憶體中，以個別選擇局部振盪頻率。
圖6為依據本發明一實施例用於X/K波段LNA及Ka波段LNA的一控制波形。依據圖5，在偵測K/X波段訊號的掃掠期間中，只有用於K/X波段的LNA會進行操作，藉以主要防止因誤將Ka波段訊號引入到K/X波段訊號的測試期間所造成的錯誤的操作。在Ka波段的測試期間中，用於K/X波段的LNA將被關閉且只有將用於Ka波段的LNA開啟。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧喇叭天線
202‧‧‧MMIC LNA
204‧‧‧pHEMT LNA
206‧‧‧第一混波單元
208‧‧‧第一LNA
210‧‧‧第二LNA
212‧‧‧第一局部振盪單元
214‧‧‧掃掠控制單元
216‧‧‧切換控制單元
218‧‧‧第三LNA
220‧‧‧第四LNA
222‧‧‧低通濾波器(LPF)
224‧‧‧第二混波單元
226‧‧‧第二局部振盪單元
228‧‧‧第三局部振盪單元
230‧‧‧第二濾波器
232‧‧‧解調單元
234‧‧‧第三濾波器
236‧‧‧第四濾波器
238‧‧‧中央處理單元
240‧‧‧儲存單元
242‧‧‧聲音輸出單元
244‧‧‧輸入單元
246‧‧‧顯示單元

Claims (5)

  1. 一種寬頻頻率偵測器，包括：一第一放大器，以接收具有來自一喇叭天線特定頻率的訊號；一混波單元，以接收來自該第一放大器的該訊號並將其低雜訊放大；及一第二放大器，與該第一放大器平行排列，在低雜訊放大來自該喇叭天線的訊號後，將該訊號傳送至該混波單元，其中該第二放大器包括：一電晶體；一第一微波電路單元，用來將該喇叭天線與該電晶體之間的阻抗作比對；一第二微波電路單元，用來將該電晶體與該混合器之間的阻抗作比對；一第一頻率截止單元，連接到該第一微波電路單元，用來截止具有一預設頻率範圍的訊號；及一第二頻率截止單元，連接到該第二微波電路單元，用來截止具有一特定頻率範圍的訊號，其中：該第一微波電路單元將具有特定頻率範圍的訊號傳送至該電晶體，及該第二微波電路單元將具有特定頻率範圍的訊號傳送至該混合器。
  2. 一種寬頻頻率偵測器，包括： 一喇叭天線，以接收具有特定頻率的訊號；一第一放大器，以接收來自該喇叭天線具有特定頻率的該訊號；一混波單元，以接收來自該第一放大器的該訊號並將其低雜訊放大；及一第二放大器，與該第一放大器平行排列，在低雜訊放大來自該喇叭天線的訊號後，將該訊號傳送至該混波單元，其中該第二放大器包括：一電晶體；一第一微波電路單元，用來將該喇叭天線與該電晶體之間的阻抗作比對；一第二微波電路單元，用來將該電晶體與該混合器之間的阻抗作比對；一第一頻率截止單元，連接到該第一微波電路單元，用來截止具有一預設頻率範圍的訊號；及一第二頻率截止單元，連接到該第二微波電路單元，用來截止具有一特定頻率範圍的訊號，其中：該第一微波電路單元將具有特定頻率範圍的訊號傳送至該電晶體，及該第二微波電路單元將具有特定頻率範圍的訊號傳送至該混合器。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之寬頻頻率偵測器，進一步包括一切換控制單元，以控制該第一放大器 及該第二放大器，使得來自該喇叭天線的訊號由該第一放大器及該第二放大器其中一個所接收。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之寬頻頻率偵測器，其中該第一放大器為一單晶微波積體電路低雜訊放大器(MMIC LNA)，而該第二放大器為一擬晶式高電子遷移率電晶體低雜訊放大器(PHEMT LNA)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之寬頻頻率偵測器，其中該第一放大器將Ka波段頻率具有低雜訊的訊號進行放大，而該第二放大器將K波段或X波段頻率具有低雜訊的訊號進行放大。
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