[实用新型]单板式接收/发射前端毫米波雷达

说明书

技术领域

本实用新型是关于毫米波雷达需要进行小型化安装使用的场合，尤其是需要重点突破和解决毫米波天线、毫米波射频前端以及信号处理电路的一体化和小型化设计的单板式接收/发射前端毫米波雷达。

背景技术

随着毫米波技术的迅速发展,越来越多的通信和雷达系统被设计工作在毫米波频段,毫米波在雷达、目标识别和检测、通讯、气象、遥感等领域正在被大量的开发应用。毫米波的工作频率介于微波和光之间,位于微波与远红外波相交叠的波长范围，通常毫米波是指30～ 300GHz频域，波长在1mm～10mm的电磁波。毫米波因其兼有两种波谱的特点，频谱高端接近红外，具有极宽的带宽，使其频谱高端具有接近光学系统的高分辨率特性；毫米波频谱低端接近微波，使其频谱低端具有接近微波系统的全天候能力；加之其可穿透云雾、粉尘和器件体积小、重量轻，易于系统集成，与微波相比，同样天线口径波束窄，抗干扰能力强，具有全天候、全天时的工作能力等优点。但毫米波在大气中传播衰减严重，毫米波在大气中的传播损失主要来自水蒸汽和氧分子对电磁能量的谐振吸收，这是由于水蒸气分子结构中有电矩，氧分子结构中有磁矩，电矩与磁矩和入射场相互作用引起衰减。这种损失主要来源于雨和雾对电磁能量的吸收。在有雨、雾等环境条件下，毫米波的传播损失比微波严重得多。毫米波雷达比微波雷达体积小、重量轻、波束窄、带宽大、抗干扰能力强；比红外或激光传感器气象适应性好。

毫米波雷达系统通常由信号产生器、信号处理电路、信号放大支路、信号接收支路以及天馈等部分组成，工作时，信号产生器产生的雷达信号通过发射机将信号放大后，经天馈系统以一定功率辐射出去。当辐射出去的电磁波在传播路径上碰到各类金属、地物、海面等一定大小的反射物，电磁波被反射物体将以一定的反射率返回，再由天馈系统汇集，并通过雷达接收支路进行下变频、滤波或采样等环节，形成可以被容易处理的模拟或数字信号，经信号处理后，就可获得与被测物体目标相关的距离、方位、俯仰、速度等信息。与毫米波雷达相比较，具备可获取目标信息的红外成像系统，其实现功能和环境适应能力要逊色得多，红外成像依靠目标和背景的温度差异，即温度对比度不同来获得目标信息，在自然天气条件下，红外系统容易受雾、霾、湿度等条件的限制，这些气象条件下对红外线的衰减增大，使其探测能力受到限制，另外不同季节不同时段都会对红外目标和背景的差异产生较大的影响，极易受到天空、地面、海面等自然景象的干扰，同时其获得的是平面两维信息，不能获取目标径向距离数据，因此，红外成像系统有其天然的缺陷，不能提供距离值、无全天候工作能力等，其应用受到了一定的局限性。

毫米波雷达相比于微波雷达，在天线口径相同的情况下，毫米波雷达有更窄的天线波束，可提高雷达的角分辨能力和测角精度，并且有利于抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰等。毫米波雷达由于工作频率高，可能得到大的信号带宽，如吉赫兹量级带宽和大的多普勒频移，有利于提高距离分辨能力和速度测量精度，并能分析目标特征。

在毫米波雷达系统中，雷达天线和射频前端工作在毫米波频段，而后端信号处理是射频前端下变频和滤波处理后送入的中频信号，通常工作在较低的信号频率，在毫米波雷达系统中实现雷达天线、射频前端和后端信号处理这些工作频率相差甚远的功能单元的一体化兼容设计，是毫米波雷达系统实现小型化研制的技术难点。由于传统毫米波雷达系统的毫米波天线、毫米波射频前端电路、信号处理电路通常采用分开的独立结构模块来保障整个系统的电磁兼容性，三者之间的连接关系复杂，从而导致了雷达设备部件体积较大、重量重、研制费用高。对于要求低成本、轻重量和小型化应用领域，如无人机、汽车、水文探测以及工业应用等，不是一种行之有效的技术途径，随着近几年无人机的快速发展，毫米波雷达用于测高及避障需求尤为迫切，而小型化、低成本、轻重量的毫米波雷达系统设计是无人机应用需要重点考虑的因素之一，因此，对毫米波雷达系统进行单板设计，是迫切需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有毫米波雷达系统的不足之处，提供一种实现技术难度小，集成度高，通用性好，可满足高、低频功能部件同时兼容工作的单板式雷达系统，以解决毫米波雷达系统完全独立分开设计，产品体积及重量大、研制成本高的问题。