專利名稱：一種THz雷達的收發(fā)前端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種THz雷達的收發(fā)前端設計。
背景技術(shù)：
THz雷達可以探測比微波雷達更小的目標和更準確的定位，并且具有更高的分辨率和更強的保密性。由于THz頻段的波長遠小于現(xiàn)有微波，更適合于極大信號帶寬和極窄天線波束的實現(xiàn)，有利于獲得目標的精細成像；物體運動引起的多普勒效應更為顯著，利于 低速運動目標檢測、高分辨率合成孔徑與逆合成孔徑成像；避開了傳統(tǒng)的隱身材料吸波頻段，有利于隱身目標探測；另外，金屬目標雷達截面積顯著增大，時域頻譜信噪比更高，有利于目標的探測；穿透性能好，能以較小的損耗穿透沙塵煙霧及非金屬材料，這些特點使得THz波非常適用于微小目標和隱身目標探測、極高分辨率的目標成像識別。雷達系統(tǒng)通常由天線、發(fā)射機、接收機、信號處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等幾部分組成。由于現(xiàn)代常規(guī)雷達，如脈沖多普勒雷達、合成孔徑雷達(SAR)及逆合成孔徑雷達(ISAR)等，均采用了信號相干(或相參)技術(shù)，利用回波信號的相位變化獲得多普勒信息，進而進行速度測量或成像等處理。因此，相干信號的獲得是現(xiàn)代雷達技術(shù)中重要的環(huán)節(jié)之一，現(xiàn)有的常規(guī)雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示。頻率源產(chǎn)生高穩(wěn)定度的高頻信號，由波形發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)制波形進行調(diào)制，通過天線輻射出去。攜帶目標信息的電磁波通過反射或散射回到雷達接收機中，通過混頻下變頻至中頻，通過正交雙通道處理獲得I路和Q路信號，然后將I、Q兩路信號送入數(shù)字信號處理系統(tǒng)中進行信號后處理。常規(guī)的雷達系統(tǒng)一般都是采用同一個頻率源對發(fā)射信號進行調(diào)制(上變頻)和對接收信號進行混頻(下變頻)，保證了發(fā)射信號與接收信號的相干性。考慮到太赫茲頻段器件的現(xiàn)狀，即在現(xiàn)有技術(shù)水平情況下得到太赫茲頻率源通常功率較低，沒有低噪聲放大器且混頻器件損耗較大，單個頻率源產(chǎn)生的信號難以同時驅(qū)動發(fā)送鏈路和接收鏈路，而THz線性調(diào)頻雷達測距與成像都需要使用相位信息，如采用兩個或多個頻率源各自驅(qū)動，則會帶來相位不同步的問題，導致系統(tǒng)非相參。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的THz線性調(diào)頻雷達存在的上述問題，提出了一種THz雷達的收發(fā)前端。本實用新型的技術(shù)方案是一種THz雷達的收發(fā)前端，包括點頻源單元、中頻本振產(chǎn)生單元、第一上混頻單元、第二上混頻單元和線性掃頻單元；其中，所述點頻源單元用于產(chǎn)生輸入到所述第一上混頻單元和第二上混頻單元兩路輸出信號以及輸入到所述中頻本振產(chǎn)生單元的差頻信號；所述第一上混頻單元根據(jù)接收到的所述點頻源單元產(chǎn)生的第一路輸出信號和所述線性掃頻單元根據(jù)掃頻控制信號輸出的第一路線性掃頻信號產(chǎn)生發(fā)射端驅(qū)動信號；所述第二上混頻單元根據(jù)接收到的所述點頻源單元產(chǎn)生的第二路輸出信號和所述線性掃頻單元根據(jù)掃頻控制信號輸出的第二路線性掃頻信號產(chǎn)生接收端驅(qū)動信號；所述中頻本振產(chǎn)生單元根據(jù)接收到的所述點頻源單元產(chǎn)生的差頻信號產(chǎn)生中頻本振信號。本實用新型的有益效果本實用新型的THz雷達的收發(fā)前端，通過使用兩路非相干源分別驅(qū)動THz雷達發(fā)射鏈路與接收鏈路，解決了 THz頻段下單個信號源難以同時驅(qū)動發(fā)射鏈路與接收鏈路的問題；又通過采用非相參源實現(xiàn)相參系統(tǒng)，解決了使用兩個信號源所產(chǎn)生的接收信號相位不同步的問題，并提供快速LFMCW掃頻信號，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的厘米級距離分辨。本實用新型的結(jié)構(gòu)即能保證THz雷達發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)的相干性，又能夠使接收機系統(tǒng)得到相應的簡化，使得THz雷達系統(tǒng)具有較高可實現(xiàn)性，消除了非相干源帶來的系統(tǒng)非相干缺點。

圖I為現(xiàn)有的常規(guī)雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型實施例的THZ雷達的收發(fā)前端結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為采用了本實用新型實施例的THZ雷達的收發(fā)前端的雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本THZ雷達的收發(fā)前端結(jié)構(gòu)的具體實施方式
。首先具體說明非相干頻率源實現(xiàn)了相干接收原理設頻率源I和2產(chǎn)生的信號如下所示S1 (t) =A1Cos ( ω jt+ θ ^(I)S2 (t) =A2Cos ( ω 2t+θ 2)式中，ApA2分別為頻率源I和2的振幅，ω2為頻率源對應的角頻率，Θ。Θ 2為頻率源I和2對應的初始相位。這兩個頻率源分別通過N倍頻后，得到的信號形式如下S1' (t) =A1' cos (Νω J+N Θ 丄)(2)s2' (t) =A2' cos (Νω2t+N Θ 2)s/ (t)與目標作用后，得到的回波信號為s/ (t)的延遲，即sr{!) = A cos{N ^( — r) + Νθ、)(3)
=A' cos(NaJ + NO1 - ω)式中，滬= A7Mr0接收信號(t)與S2' (t)混頻后得到的輸出信號形式為
) = Acos(— u), )l + Λ (θ^ — ) + φ、(4}頻率源I和2混頻并經(jīng)過N倍頻后得到的信號為Sit(!) = A,: cos(N(OJ2 - OJi)/ + Ν{θ: - Θ'))(5)[0035]將該信號作為本振信號與SIF(t)進行正交解調(diào)后，得到了 I、Q兩路正交的零中頻信號即由兩個非相干頻率源實現(xiàn)了相干接收。根據(jù)上述原理，圖2個給出了本實用新型實施例的THZ雷達的收發(fā)前端100結(jié)構(gòu)示意圖，具體包括點頻源單元101、中頻本振產(chǎn)生單元102、第一上混頻單元103、第二上混頻單元104和線性掃頻單元105 ;其中，所述點頻源單元101用于產(chǎn)生輸入到所述第一上混頻單元103和第二上混頻單元104兩路輸出信號以及輸入到所述中頻本振產(chǎn)生單元102的差頻信號；所述第一上混頻單元103根據(jù)接收到的所述Ku波段點頻源單元101產(chǎn)生的第一路輸出信號和所述線性掃頻單元105根據(jù)掃頻控制信號輸出的第一路線性掃頻信號產(chǎn)生發(fā)射端驅(qū)動信號；所述第二上混頻單元104根據(jù)接收到的所述Ku波段點頻源單元101產(chǎn)生的第二路輸出信號和所述線性掃頻單元105根據(jù)掃頻控制信號輸出的第二路線性掃頻信號產(chǎn)生接收端驅(qū)動信號；所述中頻本振產(chǎn)生單元102根據(jù)接收到的所述點頻源單元101產(chǎn)生的差頻信號產(chǎn)生中頻本振信號。圖3采用了本實用新型實施例的THZ雷達的收發(fā)前端的雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，除了包括THz雷達的收發(fā)前端100外，還包括發(fā)射端倍頻鏈200、接收端倍頻鏈300、中頻接收機400和二次諧波混頻器500。下面結(jié)合圖3對THz雷達的收發(fā)前端100的各個子模塊進行闡述。點頻源單元101包括第一點頻源產(chǎn)生子單元、第二點頻源產(chǎn)生子單元、第一功分器、第二功分器和第一混頻器，其中，第一點頻源產(chǎn)生子單元用于產(chǎn)生第一頻率源Si并經(jīng)第一功分器產(chǎn)生所述點頻源單元101的第一路輸出信號，第二點頻源產(chǎn)生子單元用于產(chǎn)生第二頻率源S2并經(jīng)第二功分器產(chǎn)生所述點頻源單元101的第二路輸出信號；第一功分器的另一路輸出和第二功分器的另一路輸出分別輸出到所述的第一混頻器中，產(chǎn)生所述點頻源單元101的差頻信號。在本實施例中，點頻源產(chǎn)生子單元具體為Ku波段點頻源單元，假設產(chǎn)生的第一頻率源SI的信號頻率為fl，產(chǎn)生的第二頻率源S2的信號頻率為f2，Π與f2的差值為100MHz，即第一混頻器輸出的信號具體為IOOMHz差頻信號。中頻本振產(chǎn)生單元102包括第一濾波器和第一倍頻模塊，所述的第一濾波器和第一倍頻模塊依次連接，產(chǎn)生中頻本振信號，輸出到中頻接收機400中。在本實施例中，這里的第一濾波器具體為低通濾波器，第一倍頻模塊具體為12倍頻模塊，經(jīng)過本振產(chǎn)生單元102處理后生成I. 2GHz中頻本振信號。第一上混頻單元103包括第一上變頻器和第二濾波器，所述的第一上變頻器和第二濾波器依次連接，第一上變頻器接收來自Ku波段點頻源單元101產(chǎn)生的第一路輸出信號和線性掃頻單元105產(chǎn)生的第一路線性掃頻信號；所述的第一上混頻單元103產(chǎn)生發(fā)射端驅(qū)動信號，輸出到發(fā)射端倍頻鏈200中。第二上混頻單元104包括第二上變頻器和第三濾波器，所述的第二上變頻器和第三濾波器依次連接，第二上變頻器接收來自Ku波段點頻源單元101產(chǎn)生的第二路輸出信號和線性掃頻單元105產(chǎn)生的第二路線性掃頻信號；所述的第二上混頻單元104產(chǎn)生接收端驅(qū)動信號，輸出到接收端倍頻鏈300中。這里，第二濾波器和第三濾波器具體為帶通濾波器。第一上變頻器的一路輸入是來自Ku波段點頻源單元101的f I輸出信號，另一路輸入是來自線性掃頻單元105的2. OGHf 2. 2GHz的寬帶掃頻信號，兩路輸入信號經(jīng)過上變頻器與帶通濾波器之后生成fl+2. OGHz^fl+2. 2GHz的寬帶信號，該寬帶信號即為發(fā)射端驅(qū)動信號，輸出到發(fā)射端倍頻鏈模塊200中。此方案所述的點頻源頻率以及線性掃頻生成器生成的線性調(diào)頻信號的中心頻率與掃頻寬度都可以根據(jù)具體實例進行調(diào)整，而不是固定的。第二上變頻器的一路輸入是來自Ku波段點頻源單元101的f2的輸出信號，另一路輸入是來自線性掃頻單元105的2. (Γ2. 2GHz的寬帶掃頻源信號，兩路輸入信號經(jīng)過上變 頻器與帶通濾波器之后生成f2+2. 0GHz^f2+2. 2GHz的寬帶信號，該寬帶信號即為接收端驅(qū)動信號，輸出到接收端倍頻鏈模塊300中。線性掃頻單元105包括第一線性掃頻發(fā)生器和第三功分器，第一線性掃頻發(fā)生器根據(jù)掃頻控制信號用于產(chǎn)生同步線性掃頻信號，所述的第一線性掃頻發(fā)生器和第三功分器依次連接，產(chǎn)生兩路同相同頻線性掃頻信號，分別輸入到第一上混頻單元103的第一上變頻器和第二上混頻單元104的第二上變頻器中。這里，掃頻控制信號來自主機，控制掃頻的開始與結(jié)束。只有當輸入信號給出觸發(fā)脈沖之后，線性掃頻單元105才會開始工作，中頻接收機也會在觸發(fā)脈沖給出之后開始接收信號，這樣可以保證發(fā)射與接收信號的同步性。頻率源SI和頻率源S2為非相干頻率源。頻率源SI為發(fā)射系統(tǒng)提供輸入信號，信號頻率為π單頻信號，該信號與中心頻率2. 1GHz、帶寬200MHz的線性調(diào)頻信號混頻后產(chǎn)生具有200MHz帶寬、頻率范圍fl+2. OGHz^fl+2. 2GHz的線性調(diào)頻信號，該信號通過發(fā)射端倍頻鏈200后達到12*fl+24GHz 12*fl+26. 4GHz，發(fā)射信號帶寬為2. 4GHz。在接收機支路上，頻率源S2產(chǎn)生頻率為f2的輸入信號，與同一掃頻源提供的線性調(diào)頻信號混頻后產(chǎn)生頻率范圍為f2+2. 0GHz^f2+2. 2GHz、帶寬200MHz的線性調(diào)頻信號，該信號通過接收端倍頻鏈300產(chǎn)生頻率范圍為6*f2+12GHz 6*f2+13. 2GHz、帶寬I. 2GHz的本振信號。該本振信號與雷達回波信號通過二次諧波混頻器混頻后下變頻到I. 2GHz的中頻上。將頻率源SI和頻率源S2混頻得到的IOOMHz差頻信號進行12倍頻得到I. 2GHz中頻參考信號。將回波信號下變頻得到的中頻信號與該中頻參考信號的進行零中頻正交雙通道處理，通過AD采樣，將采樣后的數(shù)字信號送入信號單元中進行處理。上述各個頻率都是可以根據(jù)實際方案而調(diào)整的。本實用新型的THz雷達的收發(fā)前端，通過使用兩路非相干源分別驅(qū)動THz雷達發(fā)射鏈路與接收鏈路，解決了 THz頻段下單個信號源難以同時驅(qū)動發(fā)射鏈路與接收鏈路的問題；又通過采用非相參源實現(xiàn)相參系統(tǒng)，解決了使用兩個信號源所產(chǎn)生的接收信號相位不同步的問題，并提供快速LFMCW掃頻信號，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的厘米級距離分辨。本實用新型的結(jié)構(gòu)即能保證THz雷達發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)的相干性，又能夠使接收機系統(tǒng)得到相應的簡化，使得THz雷達系統(tǒng)具有較高可實現(xiàn)性，消除了非相干源帶來的系統(tǒng)非相干缺點。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為本實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實用新型實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護范圍內(nèi)。·
權(quán)利要求1.一種THz雷達的收發(fā)前端，其特征在于，包括點頻源單元、中頻本振產(chǎn)生單元、第一上混頻單元、第二上混頻單元和線性掃頻單元；其中， 所述點頻源單元用于產(chǎn)生輸入到所述第一上混頻單元和第二上混頻單元兩路輸出信號以及輸入到所述中頻本振產(chǎn)生單元的差頻信號； 所述第一上混頻單元根據(jù)接收到的所述點頻源單元產(chǎn)生的第一路輸出信號和所述線性掃頻單元根據(jù)掃頻控制信號輸出的第一路線性掃頻信號產(chǎn)生發(fā)射端驅(qū)動信號； 所述第二上混頻單元根據(jù)接收到的所述點頻源單元產(chǎn)生的第二路輸出信號和所述線性掃頻單元根據(jù)掃頻控制信號輸出的第二路線性掃頻信號產(chǎn)生接收端驅(qū)動信號； 所述中頻本振產(chǎn)生單元根據(jù)接收到的所述點頻源單元產(chǎn)生的差頻信號產(chǎn)生中頻本振信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所示的THz雷達的收發(fā)前端，其特征在于，所述點頻源單元包括第一點頻源產(chǎn)生子單元、第二點頻源產(chǎn)生子單元、第一功分器、第二功分器和第一混頻器，其中，第一點頻源產(chǎn)生子單元用于產(chǎn)生第一頻率源并經(jīng)第一功分器產(chǎn)生所述點頻源單元的第一路輸出信號，第二點頻源產(chǎn)生子單元用于產(chǎn)生第二頻率源并經(jīng)第二功分器產(chǎn)生所述點頻源單兀的第二路輸出信號；第一功分器的另一路輸出和第二功分器的另一路輸出分別輸出到所述的第一混頻器中，產(chǎn)生所述點頻源單元的差頻信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所示的THz雷達的收發(fā)前端，其特征在于，所述中頻本振產(chǎn)生單元包括第一濾波器和第一倍頻模塊，所述的第一濾波器和第一倍頻模塊依次連接，產(chǎn)生中頻本振信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所示的THz雷達的收發(fā)前端，其特征在于，所述第一上混頻單元包括第一上變頻器和第二濾波器，所述的第一上變頻器和第二濾波器依次連接，第一上變頻器接收來自點頻源單元產(chǎn)生的第一路輸出信號和線性掃頻單元產(chǎn)生的第一路線性掃頻信號；所述的第一上混頻單元產(chǎn)生發(fā)射端驅(qū)動信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所示的THz雷達的收發(fā)前端，其特征在于，所述第二上混頻單元包括第二上變頻器和第三濾波器，所述的第二上變頻器和第三濾波器依次連接，第二上變頻器接收來自點頻源單元產(chǎn)生的第二路輸出信號和線性掃頻單元產(chǎn)生的第二路線性掃頻信號；所述的第二上混頻單元產(chǎn)生接收端驅(qū)動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所示的THz雷達的收發(fā)前端，其特征在于，所述線性掃頻單元包括第一線性掃頻發(fā)生器和第三功分器，第一線性掃頻發(fā)生器根據(jù)掃頻控制信號用于產(chǎn)生同步線性掃頻信號，所述的第一線性掃頻發(fā)生器和第三功分器依次連接，產(chǎn)生兩路同相同頻線性掃頻信號。
專利摘要本實用新型公開了一種THz雷達的收發(fā)前端，具體包括點頻源單元、中頻本振產(chǎn)生單元、第一上混頻單元、第二上混頻單元和線性掃頻單元。本實用新型的THz雷達的收發(fā)前端，通過使用兩路非相干源分別驅(qū)動THz雷達發(fā)射鏈路與接收鏈路，解決了THz頻段下單個信號源難以同時驅(qū)動發(fā)射鏈路與接收鏈路的問題；又通過采用非相參源實現(xiàn)相參系統(tǒng)，解決了使用兩個信號源所產(chǎn)生的接收信號相位不同步的問題，并提供快速LFMCW掃頻信號，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的厘米級距離分辨。
文檔編號G01S7/48GK202693789SQ20122030205
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者皮亦鳴, 李晉, 高艷松, 曹宗杰, 閔銳, 范錄宏, 徐政五 申請人:電子科技大學