專(zhuān)利名稱(chēng)：微波倍頻調(diào)制收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微波器件，特別適用于用微波作為信息載波的無(wú)接觸式電子信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)。
隨著電子高科技的快速發(fā)展，電子信息識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)已用于各種管理工作之中。由于設(shè)計(jì)的線路和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)各異，帶來(lái)的使用利弊也是不同的。如，1987年由T.Razban等發(fā)表干美國(guó)微波雜志(MICROWAVE JOURNAL)的一篇文章“無(wú)源交通卡系統(tǒng)”(Passive Transponder Card System)報(bào)道了一種汽車(chē)用的無(wú)源電子信息卡，給出了原理性的電路和已達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，其系統(tǒng)方框圖如圖1所示，圖2給出了這種無(wú)源電子信息卡的微波功能模塊的電路圖形。
該系統(tǒng)的基本工作原理為雙頻雙極化天線(1＇)接收由地面主機(jī)發(fā)射的頻率為1250MHz的微波信號(hào)，并通過(guò)微帶定向耦合器(3＇)將接收的微波信號(hào)分為兩個(gè)部份，一部份供給微波檢波器(4＇)將微波信號(hào)變?yōu)楣o(wú)源電子信息卡電路使用的直流功率源，另一部份則供給倍頻調(diào)制電路(2＇)，倍頻調(diào)制電路中的微波二級(jí)管把接收的微波信號(hào)倍頻到2500MHz，同時(shí)代表電子信息卡信息特征的編碼信號(hào)也加到微波二極管上，對(duì)倍頻后的微波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制．被調(diào)制的微波倍頻信號(hào)再經(jīng)雙頻雙極化天線(1＇)輸出，送回主機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理。
該文介紹的無(wú)源電子信息卡的特點(diǎn)是將微波直流功率轉(zhuǎn)換器與倍頻調(diào)制器共同使用了一付收發(fā)天線，用微帶定向耦合器將兩個(gè)功能不同的微波電路單元倍頻調(diào)制器和微波直流變換器分開(kāi)，表面上看，節(jié)省了一個(gè)天線，減小了天線所占的面積，但由于以下的原因，使得該系統(tǒng)存在明顯的缺陷，影響了性能。
1．所選工作頻第偏低，增加了天線和微波電路的尺寸，天線與微波電路位于同一平面，所占的面積較大。
2．該系統(tǒng)工作頻率非此類(lèi)系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)頻率，易對(duì)其它電子系統(tǒng)構(gòu)成干擾，難以獲得無(wú)線電頻率管理部門(mén)的批準(zhǔn)使用。
3．作為功率分配點(diǎn)的微帶定向耦合器隔離度低，易造成信號(hào)在兩個(gè)不同功能的微波電路之間相互串?dāng)_，使工作性能下降，且增加調(diào)試和檢測(cè)難度，不利于批量生產(chǎn)。
4．該系統(tǒng)微波發(fā)射功率高達(dá)17W，可以推斷出該系統(tǒng)的微波電路工作效率不高，原因是微波電路的匹配措施比較簡(jiǎn)單，電路優(yōu)化不夠，只能采用提高主機(jī)發(fā)射功率來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。而象這樣高的發(fā)射功率造成的電磁環(huán)境污染和電磁干擾以及對(duì)人體的危害，將使得該系統(tǒng)無(wú)法得到推廣。
本實(shí)用新型的目的是為上述微波系統(tǒng)提供一種高效率，低成本，結(jié)構(gòu)緊湊，不需調(diào)試，適合于大批量生產(chǎn)的無(wú)源或有源電子信息卡的微波調(diào)制收發(fā)器，其所需主機(jī)工作頻率為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦的2450MHz，所需微波發(fā)射功率僅為0.4W，從而使這些系統(tǒng)的性能得到大大改善，真正達(dá)到實(shí)用化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供出一種新的設(shè)計(jì)方案，該方案提供的微波倍頻調(diào)制收發(fā)器主要是由微帶雙頻雙極化天線和微波倍頻調(diào)制電路組成，它的結(jié)構(gòu)特征是雙頻雙極化天線板與微波倍頻調(diào)制電路板背靠背安裝在一塊金屬板上，并通過(guò)微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換將兩部份電路相聯(lián)接見(jiàn)附圖7。由附圖3線路方框圖可見(jiàn)，雙頻雙極化天線輸出口與倍頻調(diào)制電路的基波輸入端相聯(lián)接，將雙頻雙極化天線輸出的微波信號(hào)傳入到倍頻調(diào)制電路，編碼器與低通濾波網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波網(wǎng)絡(luò)處理之后，再由低通濾波網(wǎng)經(jīng)輸出口送入倍頻調(diào)制器，倍頻調(diào)制器的輸出端與雙頻雙極化天線的倍頻輸入口相接。調(diào)制后的倍頻信號(hào)通過(guò)雙頻雙極化天線發(fā)回主機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理。
參照附圖4、圖5、圖6，本實(shí)用新型的工作原理是雙頻雙極化微帶天線接受由主機(jī)輻射的微波信號(hào)(工作頻率為2450MHz)，由于極化方向的不同，基頻輸出口(4)有微波信號(hào)輸出，倍頻輸入口(6)無(wú)信號(hào)輸出。基頻輸出口(4)的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換(22)，被送到倍頻調(diào)制電路的微波二極管(14)上，微波二極管對(duì)接收的微波信號(hào)進(jìn)行二次倍頻，同時(shí)，標(biāo)志電子信息卡(電子標(biāo)簽)信息特征的編碼信號(hào)也通過(guò)低通濾波器加到二極管(14)上，對(duì)倍頻后的微波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，被調(diào)制的微波倍頻信號(hào)(工作載波為4900MHz)，經(jīng)調(diào)制電路的倍頻傳輸線(18)，通過(guò)微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換(23)輸出到雙頻雙極化天線的倍頻輸入口(6)，并由雙頻雙極化天線發(fā)射，由主機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收、識(shí)別和處理。


圖1是已有技術(shù)系統(tǒng)方框圖圖2是已有技術(shù)微波功能模塊電路圖圖3是本實(shí)用新型工作原理方框圖圖4是本實(shí)用新型雙頻雙極化微帶天線圖圖5是本實(shí)用新型微波倍頻調(diào)制電路圖圖6是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖7是本實(shí)作新型結(jié)構(gòu)安裝示意圖
以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
現(xiàn)以制作用于CS-1型車(chē)輛信息識(shí)別系統(tǒng)中電子標(biāo)簽的倍頻調(diào)制收發(fā)組件為例，制作分三大步驟。
第一步制作微帶雙頻雙極化收發(fā)天線(見(jiàn)附圖4、附圖6)。天線基片(24)選用厚度為1.5mm的雙面覆銅聚四氟乙烯介質(zhì)板，其相對(duì)介電常數(shù)為23，在該板上制作天線電路。微帶雙頻雙極化天線由雙頻雙極化輻射單元(1)、基頻阻抗變換節(jié)(2)、并聯(lián)分支調(diào)配節(jié)(3)、基頻輸出傳輸線(4)、倍頻阻抗變換節(jié)(5)和倍頻輸入傳輸線(6)組成。其中雙頻雙極化輻射單元的長(zhǎng)邊設(shè)計(jì)在工作頻率為2450MHz時(shí)產(chǎn)生諧振，短邊設(shè)計(jì)在工作頻率為4900MHz時(shí)產(chǎn)生諧振，以保證極化方向互相垂直的基波(2450MHz)和倍頻載波4900MHz都具有良好的接收和發(fā)射效果。本例的輻射單元(1)尺寸為(35-36)mm長(zhǎng)，(18-19)mm寬。基頻阻抗變換節(jié)(2)、其尺寸為(22-24)mm長(zhǎng)、(0.5-0.8)mm寬．位于雙頻雙極化輻射單元(1)的短邊中點(diǎn)。倍頻阻抗變換節(jié)(5)，其尺寸為(11-12)mm長(zhǎng)、(2.2-2.4)mm寬．位于輻射單元(1)的長(zhǎng)邊中點(diǎn)。從而使得基波信號(hào)和倍頻信號(hào)在空間極化方向相互垂直，互不干擾?；ㄝ敵鰝鬏斁€(4)，其尺寸為(4-4.2)mm寬，它的輸入端通過(guò)(12-14)mm長(zhǎng)(1-1.2)mm寬的并聯(lián)分支調(diào)配節(jié)(3)與基頻阻抗變換節(jié)(2)相連，它的輸出端與微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換(22)相連。它的長(zhǎng)度尺寸視與倍頻調(diào)制電路基波輸入口相連的微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換接口(22)的位置而變化，可彎曲、轉(zhuǎn)折等。倍頻輸入傳輸線(6)，其尺寸為(4-4.5)mm寬，它的輸出端與倍頻阻抗變換節(jié)(5)相連，輸入端與微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換接口(23)相連，其長(zhǎng)度視與倍頻調(diào)制電路的倍頻輸出口與微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換接口(23)的位置而定，可彎曲、轉(zhuǎn)折等。以保證結(jié)構(gòu)緊湊。這兩種傳輸線長(zhǎng)度的變化，概不影響其性能。
第二步制作倍頻調(diào)制電路(見(jiàn)附圖5、附圖6)。倍頻調(diào)制電路由基波輸入傳輸線、匹配變換網(wǎng)絡(luò)、微波二極管、倍頻輸出傳輸線、隔離電容和低頻濾波網(wǎng)絡(luò)組成。基波輸入傳輸線(7)尺寸為(2-2.3)mm寬，阻抗為50歐姆，輸入端與微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換接口(22)相聯(lián)，輸出端與匹配變換網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，其作用是將天線接收的微波信號(hào)輸入到倍頻調(diào)電路。匹配變換網(wǎng)絡(luò)由尺寸為(5.8-6.1)mm寬(7.5-8)mm長(zhǎng)，斜角為45°的阻抗變換節(jié)一(8)、尺寸為(3.4-3.8)mm寬1mm長(zhǎng)阻抗變換節(jié)二(9)、尺寸為(2-2.3)mm寬1mm長(zhǎng)阻抗變換節(jié)三(10)、尺寸為(5.8-6.1)寬2mm長(zhǎng)的阻抗變化節(jié)四(11)、尺寸為(2-2.3)mm寬(9-9.5)mm長(zhǎng)的移相段(12)和尺寸為(0.5-0.7)mm寬(19-22)mm長(zhǎng)的短路支節(jié)(13)組成。該網(wǎng)絡(luò)的作用是一方面使微波二極管(14)的阻抗與天線輸入阻抗相匹配，減小反射損耗，另一方面為微波二極管提供良好的直流接地回路。微波二極管(14)聯(lián)接匹配變換網(wǎng)絡(luò)、低通濾波網(wǎng)絡(luò)和倍頻輸出線(18)。低通濾波網(wǎng)絡(luò)由尺寸為(0.5-0.7)mm寬、(18-22)mm長(zhǎng)的開(kāi)路分支節(jié)(15)、尺寸為(0.6-0.8)mm寬(16-18)mm長(zhǎng)的高阻連接線(16)和尺寸為(15-17)mm寬(19-21)mm長(zhǎng)的低阻連接線(17)組成，編碼制信號(hào)由(1-2.3)mm寬的編碼輸入線20引進(jìn)，經(jīng)低頻濾波網(wǎng)絡(luò)加到微波二極管(14)上。由此，低通濾波網(wǎng)絡(luò)保證了在微波二極管的負(fù)極對(duì)微波基波信號(hào)呈現(xiàn)近似短路，倍頻輸出線(18)上無(wú)基波信號(hào)輸出。在微波二極管(14)的負(fù)極，對(duì)倍頻信號(hào)呈現(xiàn)近似開(kāi)路，倍頻信號(hào)由倍頻輸出線達(dá)到最大輸出。尺寸寬為(2-2.3)mm的倍頻輸出線(18)通過(guò)微帶同軸垂直變換接口(23)與雙頻雙極化收發(fā)天線的倍頻輸入傳輸線(6)相連接，將調(diào)制后的倍頻信號(hào)通過(guò)雙頻雙極化天發(fā)回主機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理。
第三步微帶同軸垂直連接(見(jiàn)附圖7)。選用支撐金屬板(25)其尺寸隨由外導(dǎo)體的直徑的變化和支撐介質(zhì)介電常數(shù)的不同而不同，目的是保證同軸線段特性阻抗為50歐姆，同時(shí)便于加工。微帶同軸變換是由內(nèi)導(dǎo)體(28)和支撐介質(zhì)(27)組成的一小段50歐姆同軸線，其內(nèi)導(dǎo)體(28)與上下兩面微帶電路相連接。固定在支撐金屬板(25)的接口(22)、(23)處。通過(guò)它將微帶雙頻雙極化收發(fā)天線和倍頻調(diào)制電路背靠背的安裝在一起，完成該電子標(biāo)簽的制作。本組件長(zhǎng)度不大于40mm、寬度不大于65mm，組件中采用的HP5082-2835、DC1511、DC1573、WH30等多種型號(hào)的微波二極管，均可滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。
由上所述本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)(1)將微波倍頻調(diào)制收發(fā)單元作為一個(gè)獨(dú)立的部份來(lái)實(shí)現(xiàn)，與其它的微波功能塊不構(gòu)成相近干擾，有利于提高系統(tǒng)性能。
(2)天線和微波調(diào)制路部份通過(guò)微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換背靠背相連接，減少了面積，使結(jié)構(gòu)更緊湊。
(3)基頻工作頻率選擇為2450MHz，工作頻率高、天線體積小、系統(tǒng)工作的分辨力強(qiáng)，適合于密集目標(biāo)的識(shí)別，同時(shí)，該頻段為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦頻段，對(duì)其它通信頻段不構(gòu)成干擾。
(4)電路結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)過(guò)反復(fù)優(yōu)化、電路尺寸、二極管參數(shù)和材料參數(shù)變化對(duì)性能的影響不敏感、對(duì)二極管型號(hào)和參數(shù)變化及材料參數(shù)變化都有較強(qiáng)的適應(yīng)性，克服了微波產(chǎn)品調(diào)試周期長(zhǎng)、費(fèi)用高的缺點(diǎn)，降低了調(diào)試費(fèi)用。
(5)調(diào)制轉(zhuǎn)換效率高、所需系統(tǒng)發(fā)射功率僅為0.4W，不會(huì)造成電磁干擾和電磁污染。
(6)由于技術(shù)性能對(duì)電路尺寸的變化不敏感，使微波天線與電路都可采用普通的印刷制板工藝，因此，加工成本低，適于大批量生產(chǎn)。
本技術(shù)適用于采用倍頻調(diào)制技術(shù)進(jìn)行信息傳輸?shù)奈⒉ㄏ到y(tǒng)，特別適用于用微波作為信息載波的無(wú)接觸式電子信息識(shí)別系統(tǒng)，如列車(chē)車(chē)輛信息識(shí)別系統(tǒng)，電子路牌、集裝箱自動(dòng)管理系統(tǒng)、汽車(chē)自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)等管理系統(tǒng)。
權(quán)利要求1．微波倍頻調(diào)制收發(fā)器主要是由微帶雙頻雙極化天線和微波倍頻調(diào)制電路組成，其結(jié)構(gòu)特征是雙頻雙極化天線板與波倍頻調(diào)制電路板背靠背安裝在一塊金屬板上，并通過(guò)微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換將兩部份電路相聯(lián)接；其線路特征是雙頻雙極化天線輸出口與倍頻調(diào)制電路的基波輸入端相聯(lián)接，將雙頻雙極化天線輸出的微波信號(hào)傳入到倍頻調(diào)制電路中，編碼器與低通濾波網(wǎng)絡(luò)相連，編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波網(wǎng)絡(luò)處理之后，再由低通濾波網(wǎng)絡(luò)輸出口送入倍頻調(diào)制器，倍頻調(diào)制器的輸出端與雙頻雙極化天線的倍頻輸入口相接，調(diào)制后的倍頻信號(hào)通過(guò)雙頻雙極化天線發(fā)回主機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波倍頻調(diào)制收發(fā)器，其特征是采用的微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換(22)、(23)是由內(nèi)導(dǎo)體(28)和支撐介質(zhì)(27)組成的一小段50歐姆同軸線，其內(nèi)導(dǎo)體與上下兩面微帶電路相連接。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波倍頻調(diào)制收發(fā)器，其特征是微帶雙頻雙極化天線是由雙頻雙極化輻射單元(1)、基頻阻抗變換節(jié)(2)、并聯(lián)分支調(diào)配節(jié)(3)、基頻輸出線(4)、倍頻阻抗變換節(jié)(5)和倍頻輸入傳輸線(6)組成，基頻阻抗變換節(jié)(2)、倍頻阻抗變換節(jié)(5)分別聯(lián)接于雙頻雙極化輻射單元(1)的短邊中點(diǎn)和長(zhǎng)邊的中點(diǎn)，基頻輸出線(4)的輸入端通過(guò)并聯(lián)分支調(diào)配節(jié)(3)與基頻阻抗變換節(jié)(2)相連，它的輸出端與微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換(22)相連，倍頻輸入傳輸線(6)的一端與倍頻阻抗變換節(jié)(5)相連，另一端與微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換(23)相連。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波倍頻調(diào)制收發(fā)器，其特征是倍頻調(diào)制電路是由基波輸入線，匹配變換網(wǎng)絡(luò)、微波二級(jí)管、倍頻輸出傳輸線、隔離電容和低通濾波網(wǎng)絡(luò)組成，基波輸入線(7)的輸入端與微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換(22)相聯(lián)，輸出端與由阻抗變換節(jié)一(8)、阻抗變換節(jié)二(9)、阻抗變換節(jié)三(10)、阻抗變換節(jié)四(11)、移相段(12)和短路支節(jié)(13)組成的匹配變換網(wǎng)絡(luò)相連，微波二級(jí)管(14)一端連接匹配變換網(wǎng)絡(luò)另一端連接由開(kāi)路分支節(jié)(15)、高阻連接線(16)、低阻連接線(17)組成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)和包含有片式隔離電容(19)的倍頻輸出線(18)。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波倍頻調(diào)制收發(fā)器，其特征是組成微帶雙頻雙極化天線各部分的尺寸如下序號(hào) 名稱(chēng) 寬度(mm) 長(zhǎng)度(mm) 備注1頻雙極化輻射單元 18-19 35-362基頻阻抗變換節(jié) 0.5-0.8 22-243并聯(lián)分支調(diào)配節(jié) 1-1.2 12-1414基波輸出傳輸線 4-4.25倍頻阻抗變換節(jié) 2.2-2.4 11-126倍頻輸入傳輸線 4-4.5 。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波倍頻調(diào)制收發(fā)器，其特征是組成倍頻調(diào)制電路各部分的尺寸如下序號(hào) 名稱(chēng) 寬度(mm) 長(zhǎng)度(mm) 備注7基波輸入傳輸線 2-2.38阻抗變換切一 5.8-6.1 77.5-8斜角45度9阻抗變換節(jié)二 3.4-3.8 110阻抗變換節(jié)三 2-2.3 111阻抗變換節(jié)四 5.8-6.1 212移相段2-2.3 9-9.513短路支節(jié) 0.5-0.7 19-2215開(kāi)路分支節(jié)0.5-0.7 18-2216高阻連接線0.6-0.8 16-1817低阻連接線15-17 19-2118倍頻輸出線2-2.320編碼輸入線1-2.3 。
專(zhuān)利摘要微波倍頻調(diào)制收發(fā)器由微帶雙頻雙極化天線和微波倍頻調(diào)制電路組成。其結(jié)構(gòu)特征是該天線板與調(diào)制電路板背靠背安裝在一塊金屬板上,通過(guò)微帶同軸垂直轉(zhuǎn)換將兩部分電路相聯(lián)接。線路特征是采用了雙頻雙極化天線和高效率的微波倍頻調(diào)制電路。本微波倍頻調(diào)制收發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、生產(chǎn)成本低、便于批量生產(chǎn),適用于用微波作為信息載波的無(wú)接觸式電子信息識(shí)別系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01Q15/24GK2331091SQ9822805
公開(kāi)日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月16日
發(fā)明者王魯豫, 曹康白, 宋莉萍 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)