TWI696844B - 六埠自我注入鎖定雷達 - Google Patents

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Abstract

一種六埠自我注入鎖定雷達具有一振盪單元、一收發單元、一功率耦合單元及一六埠解調單元，本發明藉由六埠解調單元對振盪單元之振盪訊號進行解調，令該六埠自我注入鎖定雷達的操作頻率可以不受到硬體設備的限制，此外，還藉由功率耦合單元將振盪訊號分為兩訊號，且該六埠解調單元所接收之兩個訊號的功率相同，可優化系統訊雜比表現。

Description

六埠自我注入鎖定雷達
本發明是關於一種自我注入鎖定雷達，特別是關於一種六埠自我注入鎖定雷達。
請參閱中華民國專利號：I493213「動作/擾動訊號偵測系統及方法」，揭露一動作/擾動訊號偵測系統，其中該動作/擾動訊號偵測系統為一種自我注入鎖定雷達，該動作/擾動訊號偵測系統藉由一發射器發射無線訊號至待測物，並接收待測物反射之反射訊號，該反射訊號注入該發射器使其處於自我注入鎖定狀態，讓該無線訊號被調製為一頻率調變訊號，同時該發射器發射之無線訊號也被該動作/擾動訊號偵測系統之一接收器接收，並進行解調而得到待測物的動作/擾動訊號。請參閱該案之第4A、4B及4C圖，其為該接收器之解調單元的各個實施例，圖中可以看到各個解調單元中皆包含有一混頻單元對頻率調變訊號進行混頻，但由於自我注入鎖定雷達的靈敏度與其操作頻率成正相關，當操作頻率越高時，對於細微振動的靈敏度越高，但操作頻率越高也會讓接收器之混頻單元不容易實現，使得自我注入鎖定雷達的操作頻率受到硬體設備的限制。
本發明的主要目的在於使用六埠解調單元進行解調，讓自我注入鎖定雷達的操作頻率不受到混頻器的限制，使其靈敏度可大幅提高。
本發明之一種六埠自我注入鎖定雷達包含一振盪單元、一收發單元、一功率耦合單元及一六埠解調單元，該振盪單元用以產生一振盪訊號，該收發單元電性連接該振盪單元，該收發單元用以將該振盪訊號發射為一發射訊號至一物體，該物體反射之一反射訊號被該收發單元接收為一偵測訊號，該偵測訊號注入該振盪單元，使該振盪單元處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection locked state)，該功率耦合單元電性連接該振盪單元以接收該振盪訊號，且該功率耦合單元將該振盪訊號分為一本地振盪訊號及一射頻訊號，該六埠解調單元電性連接該功率耦合單元以接收該本地振盪訊號及該射頻訊號，該六埠解調單元對該本地振盪訊號及該射頻訊號進行解調而輸出一解調訊號，其中該六埠解調單元接收之該本地振盪訊號及該射頻訊號的功率相同。
本發明藉由該功率耦合單元及該六埠解調單元進行頻率解調而得到該物體相對運動的資訊，讓該六埠自我注入鎖定雷達的操作頻率可以不受到解調單元的硬體限制，且本發明透過該功率耦合單元可讓該六埠解調單元接收之該本地振盪訊號及該射頻訊號的功率能夠相同，以最佳化該六埠自我注入鎖定雷達的系統訊雜比表現。
請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種六埠自我注入鎖定雷達100的功能方塊圖，該六埠自我注入鎖定雷達100包含一振盪單元110、一收發單元120、一功率耦合單元130及一六埠解調單元140。其中，該振盪單元110輸出一振盪訊號S O，該收發單元120電性連接該振盪單元110，該收發單元120將該振盪訊號S O發射為一發射訊號S T至一物體O，該物體O反射之一反射訊號S R被該收發單元120接收為一偵測訊號S r，最後，該偵測訊號S r注入該振盪單元110而構成自我注入鎖定路徑，使得該振盪單元110處於一自我注入鎖定狀態 (Self-injection locked state)。其中，當該物體O與該六埠自我注入鎖定雷達100之間有著相對運動時，該物體O會對該發射訊號S T產生都普勒效應，使得該物體O反射之該反射訊號S R及該收發單元120接收之該偵測訊號S r包含有該物體O之相對運動的都普勒相移成份，而該偵測訊號S r注入鎖定該振盪單元110後，會讓該振盪單元110輸出之該振盪訊號S O受到頻率調變，因此，對該振盪訊號S O進行頻率解調即可得到該物體O之相對運動的資訊。
請再參閱第1圖，該功率耦合單元130電性連接該振盪單元110，該功率耦合單元130接收受到該物體O之相對運動頻率調變的該振盪訊號S O，且該功率耦合單元130將該振盪訊號S O分為一本地振盪訊號S LO及一射頻訊號S RF，該六埠解調單元140電性連接該功率耦合單元130以接收該本地振盪訊號S LO及該射頻訊號S RF，該六埠解調單元140對該本地振盪訊號S LO及該射頻訊號S RF進行解調而輸出一解調訊號S d，該解調訊號S d即包含了該物體O之相對運動資訊。較佳的，為了優化該六埠解調單元140解調的系統訊雜比，該六埠解調單元140所接收之該本地振盪訊號S LO及該射頻訊號S RF的功率相同。
請參閱第2圖，為該振盪單元110及該收發單元120之第一實施例的電路圖，該振盪單元110具有一壓控振盪器111及一耦合器112，該耦合器112為一混合耦合器(Hybrid coupler)，其中該壓控振盪器111受一控制電壓(圖未繪出)控制而由一輸出端111a輸出該振盪訊號S O，該耦合器112電性連接壓控振盪器111以接收該振盪訊號S O，該耦合器112將該振盪訊號S O分為一第一振盪訊號S O1及一第二振盪訊號S O2，該收發單元120為單一天線，該收發單元120電性連接該耦合器112以由該耦合器112接收該第一振盪訊號S O1，該耦合器112另一路之該第二振盪訊號S O2則傳送至該功率耦合單元130。該收發單元120將該第一振盪訊號S O1發射為該發射訊號S T至該物體O，該收發單元120並接收由該物體O反射之該反射訊號S R為該偵測訊號S r，該偵測訊號S r傳送至該耦合器112，並經由該耦合器112耦合為一耦合偵測訊號S cr，該耦合偵測訊號S cr傳送至該壓控振盪器111的一注入端111b而構成自我注入鎖定路徑，使得該耦合偵測訊號S cr注入該壓控振盪器111，讓該壓控振盪器111處於自我注入鎖定狀態。
請參閱第3圖，為該振盪單元110及該收發單元120之第二實施例的電路圖，該振盪單元110具有一壓控振盪器111及一耦合器112，其中，本實施例之該耦合器112為一方向耦合器(Directional coupler)，該收發單元120具有一發射天線121及一接收天線122。在本實施例中，該壓控振盪器111之一輸出端111a輸出該振盪訊號S O，該耦合器112電性連接該壓控振盪器111並將該振盪訊號S O分為一第一振盪訊號S O1及一第二振盪訊號S O2，該發射天線121電性連接該振盪單元110之該耦合器112以接收該第一振盪訊號S O1，該耦合器112另一路之該第二振盪訊號S O2則傳送至該功率耦合單元130。該發射天線121將該第一振盪訊號S O1發射為該發射訊號S T，該接收天線122接收該反射訊號S R為該偵測訊號S r，該壓控振盪器111之一注入端111b電性連接該接收天線122，使該偵測訊號S r注入鎖定該壓控振盪器111。
請參閱第4圖，為該振盪單元110及該收發單元120之第三實施例的電路圖，在本實施例中，該振盪單元110僅具有一壓控振盪器111，且該壓控振盪器111具有一注入端111b、一第一輸出端111c及一第二輸出端111d，該收發單元120具有一發射天線121及一接收天線122。該壓控振盪器111由該第一輸出端111c及該第二輸出端111d輸出該振盪訊號S O，該收發單元120之該發射天線121電性連接該第一輸出端111c以接收該振盪訊號S O，該壓控振盪器111之該第二輸出端111d輸出之該振盪訊號S O則傳送至該功率耦合單元130。該發射天線121將該振盪訊號S O發射為該發射訊號S T，該接收天線122接收該反射訊號S R為該偵測訊號S r，該壓控振盪器111之該注入端111b電性連接該接收天線122，使該偵測訊號S r注入鎖定該壓控振盪器111。
請參閱第5圖，其為該振盪單元110及該收發單元120之第四實施例的電路圖，在本實施例中，該振盪單元110具有一壓控振盪器111、一耦合器112及一循環器113，該收發單元120具有一發射天線121及一接收天線122。其中，該循環器113具有一第一埠113a、一第二埠113b及一第三埠113c，該循環器113之該第一埠113a電性連接該壓控振盪器111，該循環器113之該第二埠113b電性連接該耦合器112，該循環器113之該第三埠113c電性連接該接收天線122，令該耦合器112及該接收天線122經由該循環器113電性連接該壓控振盪器111。在本實施例中，該壓控振盪器111發出之該振盪訊號S O輸入至該循環器113之該第一埠113a，該振盪訊號S O由該循環器113之該第二埠113b輸出並傳送至該耦合器112，該耦合器112將該振盪訊號S O分為為一第一振盪訊號S O1及一第二振盪訊號S O2，該第一振盪訊號S O1傳送至該發射天線121，該第二振盪訊號S O2傳送至該功率耦合單元130。其中，該發射天線121將該第一振盪訊號S O1發射為該發射訊號S T，該接收天線122接收該反射訊號S R為該偵測訊號S r，該偵測訊號S r傳送至該循環器113之該第三埠113c，且該偵測訊號S r由該循環器113之該第一埠113a輸出並注入鎖定該壓控振盪器111。
請參閱第1及6圖，其中第6圖為該功率耦合單元130的第一實施例，在本實施例中，該功率耦合單元130具有一方向耦合器131及一延遲元件132，該方向耦合器131電性連接該振盪單元110以接收該振盪訊號S O，該方向耦合器131將該振盪訊號S O分為該第一耦合訊號S C1及該第二耦合訊號S C2，該第一耦合訊號S C1直接傳送至該六埠解調單元140作為該本地振盪訊號S LO，該延遲元件132電性連接該方向耦合器131以接收該第二耦合訊號S C2，且該延遲元件132將該第二耦合訊號S C2進行時間延遲為該射頻訊號S RF並傳送至該六埠解調單元140。其中，該延遲元件132可選自為RC延遲電路、LC延遲電路、延遲線、表面聲波濾波器或注入鎖定振盪器，在本實施例中，該延遲元件132為同軸電纜構成之延遲線，而由於該延遲元件132在對該第二耦合訊號SC2進行時間延遲時，同時也會造成該第二耦合訊號SC2之功率衰減。較佳的，該方向耦合器131輸出之該第二耦合訊號SC2的功率大於輸出之該第一耦合訊號SC1的功率，且該第二耦合訊號SC2與該第一耦合訊號SC1之間的一功率差值實質上等於該延遲元件132的一功率衰減值，藉此讓該六埠解調單元140所接收之該本地振盪訊號SLO的功率與被該延遲元件132延遲而衰減後輸出之該射頻訊號SRF的功率相同，以優化該六埠解調單元140的系統訊雜比。
請參閱第1及7圖，其中第7圖為該功率耦合單元130的第二實施例，在本實施例中，該功率耦合單元130具有一方向耦合器131、一延遲元件132及一功率放大器133，該方向耦合器131電性連接該振盪單元110以接收該振盪訊號SO，該方向耦合器131將該振盪訊號SO分為該第一耦合訊號SC1及該第二耦合訊號SC2，且該第一耦合訊號SC1及該第二耦合訊號SC2的功率實質上相同。該第一耦合訊號SC1直接傳送至該六埠解調單元140作為該本地振盪訊號SLO，該功率放大器133電性連接該方向耦合器131以接收該第二耦合訊號SC2，該功率放大器133用以放大該第二耦合訊號SC2為一放大耦合訊號SCA，該延遲元件132電性連接該功率放大器133以接收該放大耦合訊號SCA，且該延遲元件132將該放大耦合訊號SCA進行時間延遲為該射頻訊號SRF並傳送至該六埠解調單元140，較佳的，該功率放大器133之一增益值實質上等於該延遲元件132的一功率衰減值，藉此，被該功率放大器133放大又被該延遲元件132延遲而衰減後輸出之該射頻訊號SRF的功率能與該本地振盪訊號SLO的功率相同，而讓該六埠解調單元140接收之該本地振盪訊號SLO的功率與該射頻訊號SRF的功率相同，以優化該六埠解調單元140的系統訊雜 比。
請參閱第1及8圖，其中第8圖為該功率耦合單元130的第三實施例，在本實施例中，該功率耦合單元130具有一方向耦合器131、一延遲元件132及一衰減器134，該方向耦合器131電性連接該振盪單元110以接收該振盪訊號SO，該方向耦合器131將該振盪訊號SO分為該第一耦合訊號SC1及該第二耦合訊號SC2，且該第一耦合訊號SC1及該第二耦合訊號SC2的功率實質上相同。該衰減器134電性連接該方向耦合器131以接收該第一耦合訊號SC1，該衰減器134用以衰減該第一耦合訊號SC1為該本地振盪訊號SLO並傳送至該六埠解調單元140，該延遲元件132電性連接該方向耦合器131以接收該第二耦合訊號SC2，且該延遲元件132將該第二耦合訊號SC2進行時間延遲為該射頻訊號SRF並傳送至該六埠解調單元140。較佳的，該衰減器134之一衰減值實質上等於該延遲元件132的一功率衰減值，藉此，被衰減器134衰減後輸出之該本地振盪訊號SLO的功率會與被該延遲元件132延遲而衰減後輸出之該射頻訊號SRF的功率相同，而讓該六埠解調單元140所接收之該本地振盪訊號SLO的功率與該射頻訊號SRF的功率相同，以優化該六埠解調單元140的系統訊雜比。
請參閱第1、9及10圖，其中第9及10圖為該六埠解調單元140之一實施例，該六埠解調單元140具有一六埠電路141、一功率偵測元件142及一計算元件143，該六埠電路141電性連接該功率耦合單元130以接收該本地振盪訊號SLO及該射頻訊號SRF，且該六埠電路141輸出複數個輸出訊號SP1、SP2、SP3、SP4。請參閱第10圖，其為該六埠電路141之電路圖，在本實施例中，該六埠電路141由一功率分配器141a及三個枝幹耦合器141b、141c、141d構成，該功率分配器141a接收該本地振盪訊號SLO並將其分為兩路，其中一路傳送至該枝幹耦合器141b，另 一路則傳送至該枝幹耦合器141d，該枝幹耦合器141c之一端接收該射頻訊號SRF，且該枝幹耦合器141c之另一端則電性連接一電阻，經由該些枝幹耦合器的耦合後，該枝幹耦合器141b輸出該些輸出訊號SP1、SP2，該枝幹耦合器141d輸出該些輸出訊號SP3、SP4。請參閱第9圖，該功率偵測元件142電性連接該六埠電路141以接收該些輸出訊號SP1、SP2、SP3、SP4，且該功率偵測元件142用以偵測各該輸出訊號SP1、SP2、SP3、SP4之功率，在本實施例中，該功率偵測元件142包含有複數個功率偵測器(圖未繪出)分別偵測各該輸出訊號SP1、SP2、SP3、SP4之功率。該計算元件143電性連接該功率偵測元件142，且該計算元件143根據該些輸出訊號SP1、SP2、SP3、SP4的功率大小進行解調而輸出該解調訊號Sd，且該解調訊號Sd包含了該物體O之相對運動的資訊。其中，若該物體O與該六埠自我注入鎖定雷達100之間的相對運動是該物體O的生理徵象造成，該解調訊號Sd即為該物體O的生理徵象訊號。
本發明藉由該功率耦合單元130及該六埠解調單元140進行頻率解調而得到該物體O之相對運動的資訊，讓該六埠自我注入鎖定雷達100的操作頻率可以不受到解調單元的硬體限制，且本發明透過該功率耦合單元130可讓該六埠解調單元140接收之該本地振盪訊號SLO及該射頻訊號SRF的功率能夠相同，以優化該六埠解調單元140的系統訊雜比。
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，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100:六埠自我注入鎖定雷達
110:振盪單元
111:壓控振盪器
111a:輸出端
111b:注入端
111c:第一輸出端
111d:第二輸出端
112:耦合器
113:循環器
113a:第一埠
113b:第二埠
113c:第三埠
120:收發單元
121:發射天線
122:接收天線
130:功率耦合單元
131:方向耦合器
132:延遲元件
133:功率放大器
134:衰減器
140:六埠解調單元
141:六埠電路
141a:功率分配器
141b、141c、141d:枝幹耦合器
142:功率偵測元件
143:計算元件
SO:振盪訊號
O:物體
ST:發射訊號
SR:反射訊號
Sr:偵測訊號
SC1:第一耦合訊號
SC2:第二耦合訊號
Sd:解調訊號
SP1、SP2、SP3、SP4:輸出訊號
SLO:本地振盪訊號
SRF:射頻訊號
SCA:放大耦合訊號
Scr:耦合偵測訊號
第1圖：依據本發明之一實施例，該六埠自我注入鎖定雷達的功能方塊圖。
第2圖：本發明之該振盪單元及該收發單元之第一實施例的電路圖。
第3圖： 本發明之該振盪單元及該收發單元之第二實施例的電路圖。
第4圖： 本發明之該振盪單元及該收發單元之第三實施例的電路圖。
第5圖： 本發明之該振盪單元及該收發單元之第四實施例的電路圖。
第6圖： 本發明之該功率耦合單元之第一實施例的電路圖。
第7圖： 本發明之該功率耦合單元之第二實施例的電路圖。
第8圖： 本發明之該功率耦合單元之第三實施例的電路圖。
第9圖： 依據本發明之一實施例，該六埠解調單元的功能方塊圖。
第10圖：依據本發明之一實施例，該六埠電路的電路圖。
100:六埠自我注入鎖定雷達
110:振盪單元
120:收發單元
130:功率耦合單元
140:六埠解調單元
SO:振盪訊號
ST:發射訊號
SR:反射訊號
Sr:偵測訊號
SC1:第一耦合訊號
SC2:第二耦合訊號
Sd:解調訊號
O:物體

Claims (10)

  1. 一種六埠自我注入鎖定雷達，其包含：一振盪單元，用以產生一振盪訊號；一收發單元，電性連接該振盪單元，該收發單元用以將該振盪訊號發射為一發射訊號至一物體，該物體反射之一反射訊號被該收發單元接收為一偵測訊號，該偵測訊號注入該振盪單元，使該振盪單元處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection locked state)；一功率耦合單元，電性連接該振盪單元以接收該振盪訊號，且該功率耦合單元將該振盪訊號分為一本地振盪訊號及一射頻訊號；以及一六埠解調單元，電性連接該功率耦合單元以接收該本地振盪訊號及該射頻訊號，該六埠解調單元對該本地振盪訊號及該射頻訊號進行解調而輸出一解調訊號，其中該六埠解調單元接收之該本地振盪訊號及該射頻訊號的功率相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該振盪單元具有一壓控振盪器及一耦合器，該壓控振盪器用以輸出該振盪訊號，該耦合器電性連接該壓控振盪器以接收該振盪訊號，該耦合器將該振盪訊號分為一第一振盪訊號及一第二振盪訊號，該收發單元及該功率耦合單元電性連接該耦合器，該收發單元由該耦合器接收該第一振盪訊號，該功率耦合單元由該耦合器接收該第二振盪訊號，該收發單元接收之該偵測訊號傳送至該耦合器並由該耦合器耦合至該壓控振盪器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該振盪單元具有一壓控振盪器，該收發單元具有一發射天線及一接收天線，該壓控振盪器用以輸出該振盪訊號，該發射天線電性連接該壓控振盪器以接收該振盪訊號， 且該發射天線將該振盪訊號發射為該發射訊號，該接收天線電性連接該壓控振盪器，且該接收天線接收該反射訊號為該偵測訊號，該偵測訊號注入鎖定該壓控振盪器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該振盪單元具有一耦合器，該耦合器電性連接該壓控振盪器及該發射天線，該耦合器將該振盪訊號分為一第一振盪訊號及一第二振盪訊號，該第一振盪訊號傳送至該發射天線，該第二振盪訊號傳送至該功率耦合單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該振盪單元具有一循環器，該循環器電性連接該壓控振盪器、該耦合器及該接收天線，其中該壓控振盪器發出之該振盪訊號經由該循環器傳送至該耦合器，該接收天線之該偵測訊號經由該循環器注入該壓控振盪器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該功率耦合單元具有一方向耦合器及一延遲元件，該方向耦合器電性連接該振盪單元以接收該振盪訊號，該方向耦合器將該振盪訊號分為一第一耦合訊號及一第二耦合訊號，該第一耦合訊號傳送至該六埠解調單元作為該本地振盪訊號，該延遲元件電性連接該方向耦合器以接收該第二耦合訊號，且該延遲元件將該第二耦合訊號進行時間延遲為該射頻訊號並傳送至該六埠解調單元。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該方向耦合器輸出之該第二耦合訊號的功率大於輸出之該第一耦合訊號的功率，且該第二耦合訊號的功率與該第一耦合訊號的功率之間的一差值等於該延遲元件的一功率衰減值。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該功率 耦合單元另具有一功率放大器，該功率放大器電性連接該方向耦合器以接收該第二耦合訊號，該功率放大器用以放大該第二耦合訊號為一放大耦合訊號，且該放大耦合訊號傳送至該延遲元件進行時間延遲，該功率放大器之一增益值等於該延遲元件的一功率衰減值。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之六埠自我注入鎖定雷達，其中該功率耦合單元另具有一衰減器，該衰減器電性連接該方向耦合器以接收該第一耦合訊號，該衰減器用以衰減該第一耦合訊號，該衰減器之一衰減值等於該延遲元件的一功率衰減值。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之六埠自我注入鎖定雷達，該六埠解調單元具有一六埠電路、一功率偵測元件及一計算元件，該六埠電路電性連接該功率耦合單元以接收該第一耦合訊號及該第二耦合訊號，且該六埠電路輸出複數個輸出訊號，該功率偵測元件電性連接該六埠電路以接收該些輸出訊號，且該功率偵測元件用以偵測各該輸出訊號之功率，該計算元件電性連接該功率偵測元件，且該計算元件根據各該輸出訊號之功率輸出該解調訊號。
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