一种抑制收发耦合支持高输出功率FMCW收发机架构的制作方法

本发明属于微波工程领域，具体涉及一种适用于高输出功率fmcw系统+抑制收发耦合的收发机架构即一种抑制收发耦合支持高输出功率fmcw收发机架构。

背景技术：

随着高集成度产品（成像、汽车雷达等）需求的增长和太赫兹技术的发展，具有低成本的高效高集成度低成本的收发机芯片成为未来的一大趋势。比如在汽车雷达领域，毫米波雷达的整机体积可以做到很小巧且易于安装，很适合应用在汽车上作为防撞和测距雷达。因此，为了同时实现低成本和高集成度的需求，基于半导体工艺的太赫兹收发机芯片在未来的产品应用上的优势越来越明显。

与脉冲雷达相比，fmcw（调频连续波）雷达对发射功率的要求较小，需要进行连续发射功率，需要的峰值功率低，可以产生比较好的信噪比。与其他连续波的雷达相比，fmcw同时可以实现测距、测速和多目标的检测。同时，fmcw雷达在数据采集中的检测带宽比较窄，这降低了噪声的带宽，表现出一个比较好的信噪比，对数据采集的速度要求不是很高。

在实际应用中，为了使得fmcw雷达能够满足不同的探测距离的要求，需要对整个系统的发射功率进行提高。但是这样很容易产生另一个问题：因为fmcw的发射机和接收机的线性要求，发射端的信号会耦合到接收端影响接收端的正常工作。因此，收发必须要进行隔离以避免接收端进行入饱和。这需要对发射和接收端进行一定的物理隔离或者采用其他提高隔离的技术。

目前，实现收发机的信号隔离主要有以下几种：时间隔离、频率隔离、空间隔离、极化隔离和对消技术等。考虑到fmcw的工作原理，目前只考虑到空间隔离、极化隔离和对消技术三种。在实现高功率射频fmcw系统时，空间隔离是一个比较好的隔离方法，但是这个方法实现的隔离度跟天线摆放的位置有极大的关联，实现的隔离度往往无法满足整个系统对于发射和接收的需求。极化隔离的方法对天线的极化方式有很高的要求，使用这种隔离度会大大减小发射端和接收端天线的信号传递效率。因此，目前考虑采用一定的对消技术避免高功率的fmcw系统工作时的收发链路的耦合。

综上所述，在具有高输出功率的fmcw系统的设计中，为了抑制收发耦合，就必须提出一种能够结合fmcw系统的工作原理来实现收发耦合信号抵消的一种系统架构。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的难题，本发明一种抑制收发耦合支持高输出功率fmcw收发机架构，在实现高输出功率的fmcw系统基础上，结合fmcw系统的工作原理，在发射末端通过衰减器+移相器的对消技术来抑制发射机和接收机之间的耦合。

一种抑制收发耦合支持高输出功率fmcw收发机架构，首先结合具有高输出功率的fmcw系统的特点对目前的存在的耦合进行分析，收发之间的耦合主要分为两类，一类是发射端的信号通过版图进行耦合，发生在芯片的内部。另一类是天线之间的耦合。为了解决这两种耦合，在芯片内部引入采用衰减器+移相器组成的对消电路来实现对高输出功率的fmcw雷达发射端和接收端之间的耦合。其中，因为fmcw接收到的信号随着空间信号的衰减程度不同，导致接收到的信号幅度也是不相等，通过采用可调衰减器可以得到跟耦合信号一样的幅度。同时，因为fmcw接收到的信号在空间中传播的时间不同，导致接收端接收到的信号的相位也都不相同，通过引入移相器实现对不同频率信号相位的改变。结合可调衰减器和移相器实现很好的收发耦合的抑制。

一种抑制收发耦合支持高输出功率fmcw收发机架构，具有以下几个优点：

1）基于半导体工艺，便于与后端电路集成，易于实现大规模量产，进而降低后续产品开发的成本；

2）采用这样的对消技术可以实现收发之间很好的隔离，能够满足系统的需求；

3）基于这种对消技术，可以设计具有高输出功率的fmcw系统，大大降低了收发之间的信号耦合对整个系统工作的影响。

附图说明

图1是不包含对消技术的fmcw收发机架构的示意图；

图2是包含对消技术的fmcw收发机架构的示意图。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。

本专利提供了一种抑制收发耦合支持高输出功率fmcw收发机架构。整个系统都是基于半导体工艺来进行实现和设计，如图一所示，主要包括两个部分：发射链路和接收链路。其中，收发链路为了保证信号源的同步性共用一个vco（压控振荡器）。vco的控制电压根据fmcw系统的工作要求为triangularwave（三角波），实现对振荡器输出信号的调制。从vco出来的信号通过powerdivider（功分器）被分成两路，一路lo1为接收链路的mixer（混频器）提供本振信号，另一路lo2为发射端的功率放大器（pa）提供输入信号。pa的输出作为tx_antenna（发射链路的天线）的激励将信号辐射出去。在接收链路中，rx_antenna（接收链路的天线）接收空间中的信号，并将接收到的三角波信号传递到lna（低噪声放大器），lna将信号进行放大将信号输出到混频器中，作为混频器的射频信号输入。混频器通过将lo1和射频进行相乘得到一个中频信号输出并传递到bffilter（带通滤波器），进而将滤波之后的中频信号用vga（可变增益放大器）实现对中频信号的放大，最终得到想要的中频输出信号if_out。其中，tx_leakage1代表发射端通过版图耦合将信号泄露到接收端，tx_leakage2代表两个天线之间的耦合导致的泄露。

针对此情况，在图二中，在发射链路的pa输出端和接收链路的lna输出端引入可调衰减器和移相器，并在接收端的lna之后，mixer之前加入powercombiner（功率合成器）实现对收发耦合信号的抵消。在具体实现过程中，可以通过改变衰减器的衰减量使得对消链路中的信号幅度与收发耦合的信号幅度一致。同时，通过调节移相器，使得对消链路中的信号与收发耦合的相位相差180°。这样就实现了对具有高输出功率的fmcw射频系统的收发耦合抑制的目的。

技术特征：

1.一种抑制收发耦合支持高输出功率fmcw收发机架构，其特征在于：首先结合具有高输出功率的fmcw系统的特点对目前的存在的耦合进行分析，收发之间的耦合主要分为两类，一类是发射端的信号通过版图进行耦合，发生在芯片的内部，另一类是天线之间的耦合；为了解决这两种耦合，在芯片内部引入采用衰减器+移相器组成的对消电路来实现对高输出功率的fmcw雷达发射端和接收端之间的耦合；通过采用可调衰减器可以得到跟耦合信号一样的幅度；通过引入移相器实现对不同频率信号相位的改变。

技术总结
一种抑制收发耦合支持高输出功率FMCW收发机架构，在实现高输出功率的FMCW系统基础上，结合FMCW系统的工作原理，在发射末端通过衰减器+移相器的对消技术来抑制发射机和接收机之间的耦合；该发明基于半导体工艺，便于与后端电路集成，易于实现大规模量产，进而降低后续产品开发的成本；采用这样的对消技术可以实现收发之间很好的隔离，能够满足系统的需求；基于这种对消技术，可以设计具有高输出功率的FMCW系统，大大降低了收发之间的信号耦合对整个系统工作的影响。

技术研发人员：马建国;张蕾;周绍华;邹浩;赵升;杨自凯;杨闯;李旭光;李昭;张明哲
受保护的技术使用者：天津大学青岛海洋技术研究院
技术研发日：2018.09.29
技术公布日：2020.04.07