CN113608176A - 一种调频连续波雷达的自适应对消电路 - Google Patents

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刘健
周水源
刘涛
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Abstract

本发明公开了一种调频连续波雷达的自适应对消电路，其包括如下器件：功分器，所述功分器用于将雷达信号平均分成两路信号输出，所述两路信号分别为第一路发射信号，第二路信号LO；混频器，所述混频器用于接收功分器输出的两路信号，其中一路作为混频器的本振，一路作为混频器的接收；混频器射频输入端口的自耦合信号延时与第二路信号LO延时相同。本发明通过增加LO走线延时，使得LO走线路径延时与天线自耦合路径延时相等，从而混频出的自耦合中频信号接近零频，使得自耦合中频信号可以轻松被滤波器滤除，极大程度削减了冲击响应所带来的信噪比恶化。

Description

一种调频连续波雷达的自适应对消电路
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体来说，涉及一种调频连续波雷达的自适应对消电路。
背景技术
调频连续波雷达，是指发射频率受特定信号调制的连续波雷达。调频连续波雷达通过比较任意时刻回波信号频率与此时刻发射信号的频率的之差方法来得到目标的距离信息，距离正比于两者的频率差。目标的径向速度和距离可由测量的二者频率差处理后得到，与其他测距测速雷达相比，调频连续波雷达的结构更简单。
受限于雷达的有限的产品尺寸，天线很难做到很高的隔离度，于是存在自耦合问题，雷达的信噪比难以提高。目前存在以下的方式来减少自耦合问题来提高信噪比：1、对消的方式，例如软件对消、中频减法对消、射频自适应对消；2、高隔离度天线。但使用软件对消，复杂的软件算法会延长计算时间，甚至在一定条件下信噪比太低无法提取距离信息；中频减法对消方法需要形成环路反馈链路，链路相对复杂，增加器件成本；射频自适应对消方案链路相对复杂，需要增加器件成本以及更多布局空间；受限于尺寸，高隔离度天线实现难度大，隔离度有限，于是中频信号始终会残留自耦合信号。
本文提供的背景描述用于总体上呈现本公开的上下文的目的。除非本文另外指示，在该章节中描述的资料不是该申请的权利要求的现有技术并且不要通过包括在该章节内来承认其成为现有技术。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种调频连续波雷达的自适应对消电路，其包括如下器件：功分器，所述功分器用于将雷达信号平均分成两路信号输出，所述两路信号分别为第一路发射信号，第二路信号LO；
混频器，所述混频器用于接收功分器输出的两路信号，其中一路作为混频器的本振，一路作为混频器的接收RF；
混频器射频输入端口的自耦合信号延时与第二路信号LO延时相同。
具体的，所述第二路信号LO延时通过微带走线的方式实现。
具体的，所述微带走线为蛇形走线。
具体的，所述微带走线为级联电感电容。
具体的，所述级联电感电容为单个或多个。
具体的，所述级联电感电容为电感与电容串联，并且所述电容一端接地。
具体的，所述调频连续波雷达的自适应对消电路，还包括信号处理器，所述信号处理用于处理所述滤波器输出的信号。
具体的，所述调频连续波雷达的自适应对消电路，还包括滤波器，所述滤波器接收所述混频器的输出。
第二方面，本发明提供了一种调频连续波雷达，其包括天线，以及如上所述的任一项的一种调频连续波雷达的自适应对消电路。
本发明通过增加LO走线延时，使得LO走线路径延时与天线自耦合路径延时相等，从而混频出的自耦合中频信号接近零频，使得自耦合中频信号可以轻松被滤波器滤除，极大程度削减了冲击响应所带来的信噪比恶化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种调频连续波雷达的自适应对消电路示意图；
图2是本发明实施例提供的蛇形走线示意图；
图3是本发明实施例提供的蛇形走线所得群时延示意图；
图4是本发明实施例提供的串并电感电容示意图；
图5是本发明实施例提供的串并电感电容所得群时延；
图6是本发明提供的串并电感电容所得S参数示意图。
图中TX：发射；RX：接收；Ps:有用回波信号；Pj：自耦合信号；LO:混频器本振输入；RF：混频器射频输入；IF：中频信号；L：功分器1号输出端口至混频器本振输入端口微带线长；Pj_delay：功分器2号输出端口至混频器射频输入端口的自耦合信号延时；LO_delay：功分器1号输出端口至混频器LO输入端口的信号延时；K：***调频系数
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参考图1，本实施例公开了一种调频连续波雷达的自适应对消电路，其包括如下电路器件：
信号处理电路：信号处理电路用于处理雷达信号以及进行对消处理。
功分器：用于将雷达信号平均分成两路或多路相等功率输出的器件，本实施例采用两路功分器，其将雷达信号平均分成两路信号输出，具体输出的两路信号分别为第一路发射信号，第二路信号LO，第二路信号LO作为混频器的本振，第一路发射信号通过雷达的天线TX发射出去。
混频器：用于接收功分器输出的两路信号，其中一路作为混频器的本振，一路作为混频器的接收RF，所述混频器的接收RF是指通过雷达的天线RX接收信号并传送到所述混频器。
滤波器，所述滤波器用于对接收的雷达信号进行滤波，经将滤波后的信号传送给信号处理器进行处理。
混频器用于将接收到的射频信号RF与本振产生的信号相乘，来产生中频信号。本实施例中的混频器的本振信号是功分器输出的一路信号，混频器的接收也是功分器输出的一路信号。
具体的本实施例中的第二路信号LO作为所述混频器的本振输入，第一路发射信号经过雷达接收后作为混频器的接收RF。
具体的，参考图1，Pj_delay是指功分器2号输出端口至混频器射频输入端口的自耦合信号延时，具体的是第一路发射信号自功分器输出端口经过雷达发射并接收作为混频器的接收RF抵达混频器RF端口所经历的传输时间。
第二路信号延时LO_delay指功分器1号输出端口至混频器LO输入端口的信号延时。
本实施例中混频器可以得到两种中频信号，频点分别为IF1＝FLO-FPj和IF2＝FLO-FPs。其中IF1是需要消除的自耦合中频信号。在调频连续波雷达***中，中频频率正比于信号所历延时时长，即IF1＝K*(Pj_delay-LO_delay)，为了达到消除自耦合中频信号的目的，需要使IF1＝0Hz，即Pj_delay-LO_delay＝0。
本实施例在布板时通过控制LO走线绕线线长即可达到改变LO_delay的目的，控制L使得Pj_delay-LO_delay＝0即可使IF1＝0Hz。即自耦合信号引入的中频干扰为零频，通过IF滤波器便可有效滤除自耦合干扰，且不产生大的冲击响应。
参考图2的蛇形走线示意图，本实施例中的功分器1号输出端口至混频器本振输入端口通过PCB走线来实现信号的传输，具体的PCB走线可以是微带走线。本实施例通过蛇形走线来加大功分器1号输出端口至混频器LO输入端口的信号延时LO_delay。
通过微带走线在有限尺寸PCB内弯曲往返加大起止端之间微带走线的长度，从而加大本振延时LO_delay，实现Pj_delay-LO_delay＝0。
参考图3为该段蛇形走线所对应的群时延。假设雷达信号工作在2GHz，那么该段微带线延时0.14ns。
参考图4，本实施例还提供了通过串并电感电容来较大幅度增大走线延时的方法。图4为通过串并电感电容加大延时的一段布板走线方式，起止点距离尺寸与图3蛇形走线相同。图5为图4走线所对应的群时延结果，可知工作在2GHz时，该段微带线延时0.54ns。对比可知在相同尺寸条件下，串并电感电容的方式延时约为蛇形走线的3.8倍，延时得到大幅度提升。
参考图4，本实施例的串并联电感电容的方式为电感与电容串联，并且电容接地，所述电感靠近电容的一端为输出端口、远离电容的一端为输入端口上述电感与电容构成一个基本的电感电容单元。
具体的所述输入端口用于接收功分器1号输出端口，所述输出端口用于接混频器的本振端口。以上的描述是一个电感电容单元为例进行说明。
本实施例中的级联电感电容数量可以为单个或者多个。本实施例不做具体限制，可根据具体的延时需要级联多个电感电容。
在级联电感电容数量为多个时，所述输入端口用于接收功分器1号输出端口或者上一个电感电容的输出端口，所述输出端口用于接混频器的本振端口或者下一个电感电容的输入端口。
本实施例中的串并电感电容的方式除了加大走线延时，还能同步实现滤波。参考图6为图5所示走线布局得到的S参数，较好地实现了低通滤波，图中实线是db(s(6,5))，虚线是db(s(5,5))的S参数曲线。
本发明通过加大混频器的本振信号延时，使得混频器的本振信号延时与自耦合信号延时相等，从而使得自耦合中频信号为零频。在布板时通过控制LO走线绕线线长即可达到改变LO_delay的目的，控制L使得Pj_delay-LO_delay＝0即可使IF1＝0Hz。即自耦合信号引入的中频干扰为零频，通过IF滤波器便可有效滤除自耦合干扰，且不产生大的冲击响应。此外，通过在高频走线中串并电感电容的方式实现加大高频走线延时的同时还可以实现滤波效果。
实施例二
本实施例提供了一种调频连续波雷达，其包括天线，具体的天线可以分别包括接收天线、发射天线，或者是接收天线与发射天线共用一个天线。此外，所述调频连续波雷达还包括如实施例一中提及的调频连续波雷达的自适应对消电路。
本实施例通过增加LO走线延时，使得LO走线路径延时与天线自耦合路径延时相等，从而混频出的自耦合中频信号接近零频，使得自耦合中频信号可以轻松被滤波器滤除，极大程度削减了冲击响应所带来的信噪比恶化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调频连续波雷达的自适应对消电路，其包括如下器件：
功分器，所述功分器用于将雷达信号平均分成两路信号输出，所述两路信号分别为第一路发射信号，第二路信号LO；
混频器，所述混频器用于接收功分器输出的两路信号，其中一路作为混频器的本振，一路作为混频器的接收RF；
混频器射频输入端口的自耦合信号延时与第二路信号LO延时相同。
2.根据权利要求1所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，所述第二路信号LO为所述混频器的本振。
3.根据权利要求1所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，所述第二路信号LO延时通过微带走线的方式实现。
4.根据权利要求3所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，所述微带走线为蛇形走线。
5.根据权利要求3所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，所述微带走线为级联电感电容。
6.根据权利要求5所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，所述级联电感电容为单个或多个。
7.根据权利要求6所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，所述级联电感电容为电感与电容串联，并且所述电容一端接地。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，还包括滤波器，所述滤波器接收所述混频器的输出。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种调频连续波雷达的自适应对消电路，还包括信号处理器，所述信号处理用于处理所述滤波器输出的信号。
10.一种调频连续波雷达，其包括天线，以及如权利要求1-9中任一项的一种调频连续波雷达的自适应对消电路。
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