本發(fā)明是關(guān)于毫米波雷達需要進行小型化安裝使用的場合，尤其是需要重點突破和解決毫米波天線、毫米波射頻前端以及信號處理電路的一體化和小型化設(shè)計的單基板毫米波雷達系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

毫米波在雷達、目標識別和檢測、通訊、氣象、遙感等領(lǐng)域正在被大量的開發(fā)應(yīng)用。毫米波的工作頻率介于微波和光之間,位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，通常毫米波是指30～300ghz頻域，波長在1mm～10mm的電磁波。毫米波因其兼有兩種波譜的特點，頻譜高端接近紅外，具有極寬的帶寬，使其頻譜高端具有接近光學(xué)系統(tǒng)的高分辨率特性；毫米波頻譜低端接近微波，使其頻譜低端具有接近微波系統(tǒng)的全天候能力；加之其可穿透云霧、粉塵和器件體積小、重量輕，易于系統(tǒng)集成，與微波相比，同樣天線口徑波束窄，抗干擾能力強，具有全天候、全天時的工作能力等優(yōu)點。但毫米波在大氣中傳播衰減嚴重，毫米波在大氣中的傳播損失主要來自水蒸汽和氧分子對電磁能量的諧振吸收，這是由于水蒸氣分子結(jié)構(gòu)中有電矩，氧分子結(jié)構(gòu)中有磁矩，電矩與磁矩和入射場相互作用引起衰減。這種損失主要來源于雨和霧對電磁能量的吸收。在有雨、霧等環(huán)境條件下，毫米波的傳播損失比微波嚴重得多。毫米波雷達比微波雷達體積小、重量輕、波束窄、帶寬大、抗干擾能力強；比紅外或激光傳感器氣象適應(yīng)性好。

毫米波雷達系統(tǒng)通常由信號產(chǎn)生器、信號處理電路、信號放大支路、信號接收支路以及天饋等部分組成，工作時，信號產(chǎn)生器產(chǎn)生的雷達信號通過發(fā)射機將信號放大后，經(jīng)天饋系統(tǒng)以一定功率輻射出去。當輻射出去的電磁波在傳播路徑上碰到各類金屬、地物、海面等一定大小的反射物，電磁波被反射物體將以一定的反射率返回，再由天饋系統(tǒng)匯集，并通過雷達接收支路進行下變頻、濾波或采樣等環(huán)節(jié)，形成可以被容易處理的模擬或數(shù)字信號，經(jīng)信號處理后，就可獲得與被測物體目標相關(guān)的距離、方位、俯仰、速度等信息。與毫米波雷達相比較，具備可獲取目標信息的紅外成像系統(tǒng)，其實現(xiàn)功能和環(huán)境適應(yīng)能力要遜色得多，紅外成像依靠目標和背景的溫度差異，即溫度對比度不同來獲得目標信息，在自然天氣條件下，紅外系統(tǒng)容易受霧、霾、濕度等條件的限制，這些氣象條件下對紅外線的衰減增大，使其探測能力受到限制，另外不同季節(jié)不同時段都會對紅外目標和背景的差異產(chǎn)生較大的影響，極易受到天空、地面、海面等自然景象的干擾，同時其獲得的是平面兩維信息，不能獲取目標徑向距離數(shù)據(jù)，因此，紅外成像系統(tǒng)有其天然的缺陷，不能提供距離值、無全天候工作能力等，其應(yīng)用受到了一定的局限性。

毫米波雷達相比于微波雷達，在天線口徑相同的情況下，毫米波雷達有更窄的天線波束，可提高雷達的角分辨能力和測角精度，并且有利于抗電子干擾、雜波干擾和多徑反射干擾等。毫米波雷達由于工作頻率高，可能得到大的信號帶寬，如吉赫茲量級帶寬和大的多普勒頻移，有利于提高距離分辨能力和速度測量精度，并能分析目標特征。

在毫米波雷達系統(tǒng)中，雷達天線和射頻前端工作在毫米波頻段，而后端信號處理是射頻前端下變頻和濾波處理后送入的中頻信號，通常工作在較低的信號頻率，在毫米波雷達系統(tǒng)中實現(xiàn)雷達天線、射頻前端和后端信號處理這些工作頻率相差甚遠的功能單元的一體化兼容設(shè)計，是毫米波雷達系統(tǒng)實現(xiàn)小型化研制的技術(shù)難點。由于傳統(tǒng)毫米波雷達系統(tǒng)的毫米波天線、毫米波射頻前端電路、信號處理電路通常采用分開的獨立結(jié)構(gòu)模塊來保障整個系統(tǒng)的電磁兼容性，三者之間的連接關(guān)系復(fù)雜，從而導(dǎo)致了雷達設(shè)備部件體積較大、重量重、研制費用高。對于要求低成本、輕重量和小型化應(yīng)用領(lǐng)域，如無人機、汽車、水文探測以及工業(yè)應(yīng)用等，不是一種行之有效的技術(shù)途徑，隨著近幾年無人機的快速發(fā)展，毫米波雷達用于測高及避障需求尤為迫切，而小型化、低成本、輕重量的毫米波雷達系統(tǒng)設(shè)計是無人機應(yīng)用需要重點考慮的因素之一，因此，對毫米波雷達系統(tǒng)進行單基板設(shè)計，是迫切需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有毫米波雷達系統(tǒng)的不足之處，提供一種實現(xiàn)技術(shù)難度小，集成度高，通用性好，可滿足高、低頻功能部件同時兼容工作的單基板式毫米波雷達系統(tǒng)，以解決毫米波雷達系統(tǒng)完全獨立分開設(shè)計，產(chǎn)品體積及重量大、研制成本高的問題。

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的方案是：一種單基板毫米波雷達系統(tǒng)，包括：集成在一個單基板上的毫米波射頻前端、信號處理電路，毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線，其特征在于：毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線集成在單基板正面，毫米波射頻前端電路和信號處理電路集成在單基板的反面；信號處理電路將控制信號發(fā)送到毫米波射頻前端電路，毫米波射頻前端電路根據(jù)控制信號將產(chǎn)生的毫米波射頻信號，通過它的發(fā)射饋源口送入毫米波發(fā)射天線，將毫米波射頻信號發(fā)射出去；毫米波接收天線將接收到的毫米波射頻信號，通過它的接收饋源口反饋到毫米波射頻前端電路；在射頻前端電路中，對發(fā)射的毫米波射頻信號和接收到的毫米波射頻信號進行相關(guān)處理，送處理后的中頻信號被送入信號處理電路，在信號處理電路中對中頻信號進行采樣變換adc、傅里葉變換fft運算，計算得到目標的徑向距離和徑向速度信息，通過對外接口電路輸出毫米波雷達探測的目標信息。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

技術(shù)難度小。本發(fā)明針對毫米波雷達系統(tǒng)的復(fù)雜性，將發(fā)射和接收毫米波天線設(shè)置在同一單基板的正面，將毫米波射頻前端電路和信號處理電路設(shè)置在同一單基板的反面，正反面之間利用過孔直接連接，實現(xiàn)技術(shù)難度小，解決了毫米波天線、毫米波射頻前端電路和信號處理電路之間復(fù)雜的通信連接問題。

集成度高。本發(fā)明同時將毫米波天線、毫米波射頻前端電路和信號處理電路同時設(shè)置在一個單基板上，在單基板上進行高密度多層布線，并封裝在一個結(jié)構(gòu)腔體中，不僅集成度高，體積和重量大大減小，且成本降低、可靠性提高，從而促進了毫米波技術(shù)在民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)手段將毫米波天線、毫米波射頻前端電路以及信號處理電路分開獨立設(shè)計，研制獨立的結(jié)構(gòu)模塊，毫米波雷達系統(tǒng)的體積和重量大、研制成本高的技術(shù)缺陷。

通用性好。本發(fā)明將毫米波雷達系統(tǒng)的毫米波天線、毫米波射頻前端電路和信號處理電路同時集成在同一個單基板上，實現(xiàn)了小型化、輕重量以及低成本的毫米波雷達系統(tǒng)設(shè)計，可滿足不同應(yīng)用平臺的通用化安裝需求，信號處理電路中的軟件選擇采用不同配置參數(shù)，毫米波雷達系統(tǒng)就可實現(xiàn)不同測量精度的技術(shù)指標要求，滿足各種平臺的不同應(yīng)用需求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本專利進一步說明。

圖1是本發(fā)明單基板式毫米波雷達系統(tǒng)電路原理框圖。

圖2是圖1毫米波射頻前端的電路原理框圖。

圖3是圖1信號處理電路的電路原理框圖。

具體實施方式

參閱圖1。在以下實施例描述的實施例中，一種單基板毫米波雷達系統(tǒng)，包括：集成在一個單基板上的毫米波射頻前端、信號處理電路，毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線，其中：毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線集成在單基板正面，毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線均采用微帶陣子天線形式，毫米波發(fā)射天線和毫米波接收天線分別利用多個微帶陣子組合，毫米波雷達系統(tǒng)就能獲得對應(yīng)的天線增益。毫米波射頻前端電路和信號處理電路集成在單基板的反面；單基板正、反面貫穿了兩個過孔，一個過孔用于連接毫米波射頻前端電路和毫米波發(fā)射天線，另一個過孔用于連接毫米波射頻前端電路和毫米波接收天線。信號處理電路將控制信號發(fā)送到毫米波射頻前端電路，毫米波射頻前端電路根據(jù)控制信號將產(chǎn)生的毫米波射頻信號，通過它的發(fā)射饋源口送入毫米波發(fā)射天線，將毫米波射頻信號發(fā)射出去，毫米波接收天線將接收到的毫米波射頻信號，通過它的接收饋源口反饋到毫米波射頻前端電路，在射頻前端電路中，對發(fā)射的毫米波射頻信號和接收到的毫米波射頻信號進行相關(guān)處理，送處理后的中頻信號至信號處理電路，在信號處理電路中對中頻信號進行采樣變換adc、傅里葉變換fft運算，就可計算得到目標的徑向距離和徑向速度信息，通過對外接口電路輸出毫米波雷達探測的目標信息。

參閱圖2。毫米波射頻前端電路包括：帶有發(fā)射饋源口的毫米波發(fā)射前端電路、帶有接收饋源口的毫米波接收前端電路和相關(guān)處理電路，其中，毫米波發(fā)射前端電路包括順次串聯(lián)的壓控振蕩器vco、功分器和功率放大器pa；相關(guān)處理電路包括乘法器串聯(lián)的低通濾波器lpf，毫米波接收前端電路包括電連接上述乘法器的低噪聲放大器lna。在毫米波發(fā)射前端電路中，壓控振蕩器vco在外部輸入信號控制下，將產(chǎn)生的毫米波信號送入功分器，功分器將毫米波信號分為兩路，一路送功率放大器pa放大后輸出至發(fā)射饋源口，另一路送乘法器，在乘法器中與由接收饋源口輸入至低噪聲放大器lna放大后的信號進行乘法處理，經(jīng)低通濾波器lpf濾波后，輸出中頻處理信號。

參閱圖3。信號處理電路包括：順次串聯(lián)的模數(shù)變換器adc、微處理器mcu和輸出目標信號的對外接口電路，其中，模數(shù)變換器adc對送入的低頻信號進行采樣處理，送微處理器mcu實現(xiàn)傅里葉變換fft運算，微處理器mcu同時向毫米波射頻前端電路送出控制信號和目標信息的兩路信號，目標信息經(jīng)對外接口電路輸出。信號處理電路對毫米波射頻前端電路送入的中頻信號進行信號實時處理，獲得目標信息。

本發(fā)明特別參照優(yōu)選的實施例來說明和展示，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以在形式上和內(nèi)容上作出改型而不偏離本發(fā)明精神和范圍。