一种干涉式模拟微波复相关器装置

本发明涉及微波电路设计领域，特别涉及一种新型干涉式模拟微波复相关器装置。

背景技术：

现在非接触的人体体温快速检测主要采用红外检测技术，但由于红外波段自身会使得衣物对红外线的衰减比较大，其容易受到环境变化的影响，因此无法实现对人体体温进行精确测量。微波电路也可以测量人体体温，并且微波在检测体温这方面的性能是要优于红外波段，所以有必要研制微波非接触式人体体温计，其中微波非接触式的体温计里面的核心需要用到模拟微波复相关器装置，模拟微波复相关器装置的性能直接影响到体温测量的灵敏度及精度。本发明提出一种新型的干涉式模拟微波复相关器装置，可以用于微波非接触式体温计。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是分析模拟微波复相关器装置的误差发现模拟微波复相关器装置存在的各个失调量会引起输出电压复相关圆的变化，模拟微波复相关器装置的输出电压和信号的功率直接相关，所以模拟微波复相关器装置的误差会影响整个模拟微波复相关器装置的精度和灵敏度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种新型干涉式模拟微波复相关器装置，由sp3t单刀三掷微波开关、50欧姆微波负载、75欧姆微波负载、低噪声放大器、带通滤波器、移相器、iq正交解调器、差分放大器和模数转换器组成。

天线将空气中的电磁波信号接收下来，从天线下来的信号很微弱，需要经过放大之后才能被采集，所以从天线下来的信号首先进入低噪声放大器，为了更加有效的放大信号，模拟微波复相关器装置采用五级低噪声放大器以获得较大的放大倍数，将最低的噪声系数的低噪声放大器放置在第一级，同时每一级低噪声放大器之后加入一个带通滤波器。此带通滤波器的作用是滤除天线接收下来的其他有用频带之外的无用信号。信号经过低噪声放大器以后进入二等分功分器，功分器将信号分成两路信号，我们使用的功分器是等分同相功分器，所以从理论上来说这两路信号应该是同幅同相的。信号经过功分器分成两路同幅同相信号以后，一路信号直接进入iq正交解调器，此信号直接和未移相的iq正交解调器的本振信号混频下变频变成i路中频信号。另外一路信号首先经过一个移相器移位，然后和已经90度相移的本振信号混频下变频至q路中频信号。从iq正交解调器输出的iq两路中频信号输入到后一级的差分放大器，差分放大器对共模信号进行抑制，放大差分信号，从差分放大器输出的信号经过一个低通滤波器进入模数转换器，模数转换器对信号进行幅度采集，然后将信息送入电脑，经过电脑的软件处理得到天线接收到的电磁信号的功率大小，通过等效噪声温度和被测物体辐射的电磁波功率之间的关系得到被测物体的体温信息。由于模拟微波复相关器装置内部是存在噪声的，所以测试得到的功率要大于被测物体的辐射功率。

本发明为了解决这一问题，在模拟微波复相关器装置加入了一个周期定标装置。这个周期定标装置由sp3t单刀三掷微波开关、50欧姆微波负载、75欧姆微波负载构成。在天线和低噪声放大器之间加入一个sp3t单刀三掷微波开关、50欧姆微波负载、75欧姆微波负载。sp3t单刀三掷微波开关能够控制低噪声放大器是连接天线还是微波负载。在模拟微波复相关器装置测温之前，首先进行其内部噪声功率测试。通过sp3t单刀三掷微波开关将低噪声放大器连接50欧姆微波负载，由于50欧姆微波负载是确定的原件，测试的时候环境温度也是已知的，所以可以计算出50欧姆微波负载输出的功率。将模拟微波复相关器装置连接50欧姆微波负载得到的测试功率减去50欧姆微波负载实际输出的功率就是整个电路的噪声功率。用同样的方法得到模拟微波复相关器装置连接75欧姆微波负载时模拟微波复相关器装置的测试功率和实际75欧姆微波负载输出的功率的差值，这个差值也就是噪声功率。取两个噪声功率的平均值作为整个模拟微波复相关器装置的内部噪声功率。当模拟微波复相关器装置开始工作时，将得到的输出功率减掉测试得到的噪声功率就是被测物体辐射的功率。由于测试环境是随着时间变化，模拟微波复相关器装置内部的噪声功率受到环境的影响，所以每隔一段时间就需要进行一次模拟微波复相关器装置内部噪声功率的测量。通过这样一个周期定标装置，能够大大提高模拟微波复相关器装置的测温精度。

常规的模拟微波复相关器装置在功分器之后的两路信号都不加入移相器，从理论上来说得到的两路信号幅度应该相等，相位应该同相，但是从测试得到的结果发现两路信号的相位不相同，同时由于相位不同幅度也产生了差别。产生这个相位差的原因是器件制作的精度问题。这个相位差对整个模拟微波复相关器装置的灵敏度和测试精度都产生了不小的影响。本发明为了解决这一问题提出了在功分器出来的两路信号的一路加上一个移相器，这个移相器在0度到360度的范围内移相扫描，每一次移相的递进值为5度，将每一次移相以后的信号和iq正交解调器的本振信号进行混频。将从iq正交解调器出来的两路信号送入差分放大器放大，然后通过一个低通滤波器送入模数转换器，最后让电脑处理两路信号的相位和幅度。当移相器完成360度扫描以后，电脑会得到多组信号的相位和幅度值，如果移相器对信号进行某一个范围的移相时，此时电脑得到的相位差如果在90度附近，这就说明通过移相器对该路信号进行相位补偿使得两路信号的相位差基本趋向于0。那么取这一个范围内移相的平均值作为最终模拟微波复相关器装置的相位补偿的值，由于移相器的存在，使得两路信号的相位差极小，所以整个模拟微波复相关器装置可以得到较高的灵敏度和测量精度。通过实测发现两路信号的相位差并不是一个固定的值，这个相位差会受到环境的影响，它是一个随机的变量。解决这个问题本模拟微波复相关器装置采用了周期性相位较准的方法，即隔一段时间进行一次相位较准。

本模拟微波复相关器装置的工作频带为3.5ghz-5.5ghz，最小输入功率可小于等于-70dbm，输入的电压驻波比为小于等于2，最大输出相位误差小于等于2度。

附图说明

图1是本发明的总体框图

图2是接收天线

图3是周期定标装置结构图

图4是实际电路结构图

具体实施方式

在本图1中，一种新型的干涉式模拟微波复相关装置由天线、sp3t单刀三掷微波开关、50欧姆微波负载、75欧姆微波负载、多级低噪声放大器模块、多级带通滤波器模块、二等分功分器模块、iq正交解调器和移相器模块、低通滤波器以及模数转换器模块组成。

上述具体实施例中，如图1所示，天线、50欧姆微波负载、75欧姆微波负载连接sp3t单刀三掷微波开关，sp3t单刀三掷微波开关连接五级低噪声放大器和四级带通滤波器，低噪声放大器和带通滤波器之间通过sma头直接连接。接收天线通过50欧姆sma头连接到第一级低噪声放大器的输入端口，第一级低噪声放大器的输出端口通过sma头连接到第一带通滤波器的输入端口，第一带通滤波器的输出端口通过sma头连接第二低噪声放大器的输入端口，第二低噪声放大器的输出端口通过sma头连接到第二带通滤波器的输入端口，第二带通滤波器的输出端口通过sma头连接到第三低噪声放大器的输入端口，第三低噪声放大器的输出端口通过sma头连接到第三带通滤波器的输入端口，第三带通滤波器的输出端口通过sma头连接到第四低噪声放大器的输入端口，第四低噪声放大器的输出端口通过sma头连接到第四带通滤波器的输入端口，第四带通滤波器的输出端口通过sma头连接到第五低噪声放大器的输入端口，第五低噪声放大器的输出端口通过sma头连接到二等分功分器的输入端口。

上述具体实施例中，经过五级低噪声放大器和四级带通滤波器放大滤波以后的信号，从第五级低噪声放大器的输出端口经过一段0.1m的50欧姆同轴线连接到二等分功分器的输入端口，从功分器输出a、b两路信号，这两路信号中的a路信号由0.1m的50欧姆同轴线直接连接到iq正交解调器电路板的c、d两路输入端口其中的c输入端口，c端口和d端口为一sma端口，可以将由50欧姆的同轴线传输的信号转成由50欧姆微带传输的信号。a路信号经过c端口同轴转微带以后由50欧姆微带线连接至iq正交解调器的i路输入端口。从功分器出来的b路信号由0.1m的50欧姆同轴线连接到iq正交解调器电路板的c、d两路输入端口其中的d输入端口，b路信号经过d端口同轴转微带以后由50欧姆微带线连接至移相器的输入端口，移相器的输出端口由50欧姆微带连接至iq解调器的q路输入端口。iq解调器输出iq两路差分信号，其中i路输出的信号由i1、i2两个sma端口分别连接一段0.1m的50欧姆同轴线连接至差分放大器f1、f2两个sma输入接头，q路输出的信号由q1、q2两个sma端口分别连接一段0.1m的50欧姆同轴线连接至差分放大器电路板的f3、f4两个sma输入接头。差分放大器放大从iq解调器输出的iq两路信号，其中i路信号由差分放大器电路板f5、f6两个sma头连接一段0.1米的同轴线连接至模数转换器的m1、m2两个输入sma接头，其中q路信号由差分放大器电路板f7、f8两个sma头连接一段0.1米的同轴线连接至模数转换器的m3、m4两个输入sma接头。模数转换器对接收的信号进行采集，然后将信息送给计算机软件处理。