一种24GHz小型测高测距装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种24GHz小型测高测距装置，在信息处理组合模块中，集成有：信号处理机，和分别与之连接的调频源、差频接收机、通讯接口；在微波探测前端模块中集成有：与调频源连接的K波段发射机，与K波段发射机连接的发射天线，与差频接收机连接的K波段接收机，与K波段接收机连接的接收天线。本发明电路高度集成，安装使用方便，有效降低功耗，满足微小型微波测高测距雷达体积要求。
【专利说明】一种24GHz小型测高测距装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波测距领域，特别涉及一种24GHZ小型测高测距装置。
【背景技术】
[0002] 目前在用的微波测距装置采用微波或毫米波频段，具有测距范围大、测距精度高、 波束宽、能适应载机平台姿态角变化的优点。随着射频前端技术的进步，对微波测距装置的 设计趋向于小型化、轻量化的特点。
[0003] 在小型化微波测高测距装置中，采用的频段主要有24GHz，60GHz及77GHz三种，主 要以欧美公司为主。60GHz和77GHz二种产品，体积小，但技术成熟度、商业化程度比较低， 且价格昂贵。当前更需要24GHz微波测高测距装置，但对其还缺乏较为完善的解决方案。
【发明内容】
[0004] 本发明实现一种24GHz小型测高测距装置，将微波测距所需的各组合电路高度集 成，其安装使用方便，采用多种方式有效降低功耗，适用于各类控制系统。
[0005] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种24GHz小型测高测距装置，其 中包含： 信息处理组合模块，其中集成有：信号处理机，和分别与之连接的调频源、差频接收 机； 微波探测前端模块，其中集成有：与调频源连接的K波段发射机，与K波段发射机连接 的发射天线，与差频接收机连接的K波段接收机，与K波段接收机连接的接收天线。
[0006] 可选地，所述信息处理组合模块还集成有通讯接口，用以连接信号处理机和上位 机实现两者间的信息传输。
[0007] 可选地，所述K波段接收机和K波段发射机整合形成一个微波收发组合； 所述微波收发组合中设置压控振荡器作为调频源，其根据收到的调频控制电压生成相 应频率的宽带调制信号，经过带通滤波器、微波高频放大器、功率放大器处理后输出至发射 天线。
[0008] 可选地，由接收天线收到的回波信号，经过所述微波收发组合中设置的低噪声放 大器、正交混频器、滤波放大器、AGC控制器处理后输出I、Q两路差拍信号；所述微波高频放 大器与功率放大器之间设置有功率分配器连接至正交混频器，将微波本振信号耦合至正交 混频器。
[0009] 可选地，设置有两个电压调制单元向所述调频源输出调频控制电压；所述的两个 电压调制单元在信号处理机控制下生成两路不同带宽的调制信号，分别对压控振荡器进行 粗调和细调控制。
[0010] 可选地，所述差频接收机包含低频放大器、滤波器、可控放大器，对I、Q两路差拍 信号进行处理后，输出至信号处理机进行正交采样，由信号处理机完成距离解算。
[0011] 与现有技术相比，本发明的24GHZ小型测高测距装置，其优点在于： 本发明装置的电路采取一体化、低功耗的微小型集成设计，在微波雷达中划分为微波 探测前端和信息处理组合两个模块。本发明通过设计单电源模拟电路以减少系统功耗，采 用无源AGC控制减小电路功耗和体积；器件选取上选择微功耗、小封装芯片，以满足微波雷 达体积、功耗指标要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明所述24GHz小型测高测距装置的原理框图； 图2是本发明中所述微波探测前端模块与信息处理组合模块一体化设计的示意图； 图3是本发明中所述微波收发组合的系统框图； 图4是本发明所述24GHz小型测高测距装置的电路设计框图； 图5是本发明所述24GHz小型测高测距装置的正视图； 图6是图5所示24GHz小型测高测距装置的左视图； 图7是图5所示24GHz小型测高测距装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0013] 本发明所述24GHz小型测高测距装置，其系统原理参见图1所示，其中包含：信号 处理机、调频源、K波段发射机、发射天线、接收天线、K波段接收机、差频接收机、K波段振荡 源、通讯接口等。
[0014] 其中，信号处理机控制调频源产生宽带信号，对信号进行上变频、放大等处理后， 经由与K波段发射机连接的发射天线发射出去；接收天线接收回波信号后经K波段接收机、 差频接收机处理后形成差频回波信号，信号处理机对信号进行采样等处理后得到所测的距 离数据；该信号处理机通过与之连接的通讯接口，实现与外部控制系统(上位机）的信息传 输；K波段振荡源为K波段发射机和K波段接收机分别提供相应频率的振荡信号。
[0015] 本发明的24GHz小型测高测距装置，在电路上采取一体化、低功耗的微小型集成 设计，根据系统组成，优化小型测高测距装置的设计方案。通过调研与集成仿真设计，将微 波雷达划分为两个模块，即微波探测前端模块10和信息处理组合模块20。
[0016] 如图2所示，所述信息处理组合模块20中，包含调频源22、差频接收机14、信号处 理机21、通讯接口 24。所述微波探测前端模块10中，包含发射天线11及与之连接的K波 段发射机12,和接收天线13及与之连接的K波段接收机14 ;其中，K波段发射机12还与调 频源22连接，K波段接收机14还与差频接收机14连接。
[0017] 本例中所述的调频源22是一种压控振荡源，由外部输入的电压控制振荡源的输 出频率；一般输出频率与控制电压成正比关系，如外部输入三角波，则振荡源产生线性调频 信号。
[0018] 本例中所述的K波段发射机12及K波段接收机14作为微波收发组合30,在设计 上采用模拟VCO (压控振荡器）调制方式实现。如图3所示的系统框图中，调制信号通过压 控振荡器VCO形成相应频率的宽带调制信号，经过带通滤波器、微波高频放大器、功率放大 器处理后，经由发射天线11发射出去；从接收天线13收到的回波信号，经过低噪声放大器、 正交混频器处理后得到I、Q两路信号，再经过滤波放大器、AGC (自动增益控制）控制器处 理后输出。在放大器与功率放大器之间设置的功率分配器连接至正交混频器，通过该功率 分配器将微波本振信号耦合至正交混频器。
[0019] 如图4所示是本发明所述K波段小型测高测距装置的电路设计框图。电压调制单 元向调频源输出调频控制电压。即，信号处理机21通过两个电压调制单元产生两路不同带 宽的调制信号，对应输出至VCO对其分别进行粗调和细调控制；微波收发组合30输出的I、 Q两路差拍信号经过低频放大器、滤波器、可控放大器后输送至信号处理机21进行正交采 样，信号处理机21通过差拍信号完成距离解算。
[0020] 如图5?7所示，是本发明所述24GHz小型测高测距装置的三视图。本例中微波探 测前端模块10形成一个独立模块，信号处理组合模块形成另一个独立模块。通讯接口 24 采用RS422接口单元，作为装置对外接插件。为降低小型测高测距装置功耗，本发明通过设 计单电源模拟电路以减少系统功耗，采用无源AGC控制减小电路功耗和体积；并且，器件选 取上选择微功耗、小封装芯片，以满足微小型微波测高测距雷达体积、功耗指标要求。
[0021] 例如，微波探测前端模块选用德国Innosent公司的IVS-948,其主要技术指标如 表1所示。电路设计上接收机通带范围为(T500kHz，增益范围为40dB?80dB，信号处理芯片 选用TMS320F2810,调制电路采用积分方式由PWM波控制调制周期和调制速率。采取高度集 成设计后，24GHz小型测高测距装置的尺寸可以控制在70mmX66mmX20mm之内，该小型测 高测距装置的重量、功耗分布如表2所示。
【权利要求】
1. 一种24GHz小型测高测距装置，其特征在于，包含： 信息处理组合模块，其中集成有：信号处理机，和分别与之连接的调频源、差频接收 机； 微波探测前端模块，其中集成有：与调频源连接的K波段发射机，与K波段发射机连接 的发射天线，与差频接收机连接的K波段接收机，与K波段接收机连接的接收天线。
2. 如权利要求1所述的24GHz小型测高测距装置，其特征在于， 所述信息处理组合模块还集成有通讯接口，用以连接信号处理机和上位机实现两者间 的信息传输。
3. 如权利要求1所述的24GHz小型测高测距装置，其特征在于， 所述K波段接收机和K波段发射机整合形成一个微波收发组合； 所述微波收发组合中设置压控振荡器作为调频源，其根据收到的调频控制电压生成相 应频率的宽带调制信号，经过带通滤波器、微波高频放大器、功率放大器处理后输出至发射 天线。
4. 如权利要求3所述的24GHz小型测高测距装置，其特征在于， 由接收天线收到的回波信号，经过所述微波收发组合中设置的低噪声放大器、正交混 频器、滤波放大器、AGC控制器处理后输出I、Q两路差拍信号；所述微波高频放大器与功率 放大器之间设置有功率分配器连接至正交混频器，将微波本振信号耦合至正交混频器。
5. 如权利要求4所述的24GHz小型测高测距装置，其特征在于， 设置有两个电压调制单元向所述调频源输出调频控制电压；所述的两个电压调制单元 在信号处理机控制下生成两路不同带宽的调制信号，分别对压控振荡器进行粗调和细调控 制。
6. 如权利要求4所述的24GHz小型测高测距装置，其特征在于， 所述差频接收机包含低频放大器、滤波器、可控放大器，对I、Q两路差拍信号进行处理 后，输出至信号处理机进行正交采样，由信号处理机完成距离解算。
【文档编号】G01S13/42GK104360341SQ201410651925
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】魏维伟, 何静, 刘海蓉 申请人:上海无线电设备研究所