一种在本振输出端添加移相器的双边带多普勒雷达结构的制作方法

本发明涉及多普勒雷达领域，更具体的说，是涉及一种在本振输出端添加移相器的双边带多普勒雷达结构。

背景技术：

微波多普勒雷达作为无线传感器已经被应用多年，常见的应用方向包括体积变化探测[1]、灾后救援[2]和睡眠呼吸暂停综合征的心肺监护[3]。相比于传统的接触式传感器，微波多普勒雷达无需直接接触被测物，因此不会影响被测物的生理活动，也不会对被测物造成不舒适的感觉，这极大扩展了微波多普勒雷达的应用空间。自从1975年lin等人第一次尝试利用微波多普勒雷达探测人体的生理运动(包括呼吸和心跳)，微波多普勒雷达作为一种非接触式的生命体征监测系统已经吸引了非常多的注意力[4]。

经过几十年的研究，基于连续波多普勒雷达的生命体征探测已有众多科研成果。在最初的研究中发现，使用单信道混频器的接收机结构存在零点问题，这会严重降低雷达的测量精度[5]。针对零点问题，先后有人提出正交混频的接收机结构[6]和基于发射双边带的频率调节技术[7]。与正交混频解调结构相比，基于双边带的频率调节技术无需产生正交的本振信号，也无需镜像抑制滤波器和中频滤波器[8]，这会降低多普勒雷达结构的复杂度和实现成本。但是双边带多普勒雷达结构依然存在缺点，即当雷达与被测物之间的距离发生改变时，需要调节中频本振的频率，而调节该本振的频率在硬件实现上比较复杂，成本较高。

基于现有技术中的不足，有必要提出一种改进型的双边带多普勒雷达结构，以解决现有双边带雷达结构的缺点。

【参考文献】

[1]linjc.microwavesensingofphysiologicalmovementandvolumechange:areview.[j].bioelectromagnetics,1992,13(6):557-565.

[2]chenkm,huangy,zhangj,etal.microwavelife-detectionsystemsforsearchinghumansubjectsunderearthquakerubbleorbehindbarrier[j].biomedicalengineeringieeetransactionson,2000,47(1):105-114.

[3]droitcoura,lubeckev,linj,etal.amicrowaveradiofordopplerradarsensingofvitalsigns[c].microwavesymposiumdigest,2001ieeemtt-sinternational.ieee,2001:175-178vol.1.

[4]xiaoy,linj,boric-lubeckeo,etal.aka-bandlowpowerdopplerradarsystemforremotedetectionofcardiopulmonarymotion[j].2005,7:7151-7154.

[5]droitcourad,boric-lubeckeo,lubeckevm,etal.rangecorrelationeffectonismbandi/qcmosradarfornon-contactvitalsignssensing[c].microwavesym-posiumdigest,2003ieeemtt-sinternational.ieee,2003:1945-1948vol.3.

[6]droitcourad,boric-lubeckeo,lubeckevm,etal.rangecorrelationandi/qper-formancebenefitsinsingle-chipsilicondopplerradarsfornoncontactcardiopulmo-narymonitoring[j].microwavetheory&techniquesieeetransactionson,2004,52(3):838-848.

[7]lic,linj,xiaoy.robustovernightmonitoringofhumanvitalsignbyanon-contactrespirationandheartbeatdetector[j].2006,1:2235-2238.

[8]xiaoy,linj,boric-lubeckeo,etal.frequency-tuningtechniqueforremotedetec-tionofheartbeatandrespirationusinglow-powerdouble-sidebandtransmissionintheka-band[j].ieeetransactionsonmicrowavetheory&techniques,2006,54(5):2023-2032.

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种在本振输出端添加移相器的双边带多普勒雷达结构，当雷达与被测物之间的距离发生变化时，无需再调节本振的频率，从而降低双边带多普勒雷达的复杂度及实现成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的在本振输出端添加移相器的双边带多普勒雷达结构，包括接收天线和发射天线，所述接收天线依次串联有低噪声放大器、二号接收机混频器和一号接收机混频器；所述发射天线连接有发射机混频器，所述发射机混频器输入端和二号接收机混频器输入端之间连接有二号功分器，所述发射机混频器输入端和一号接收机混频器输入端之间连接有一号功分器和移相器，所述二号功分器输入端连接有二号压控振荡器，所述一号功分器输入端连接有一号压控振荡器。

所述一号功分器输出端分为两路，其中一路经移相器连接一号接收机混频器输入端，另一路连接发射机混频器输入端；所述二号功分器输出端分为两路，其中一路连接二号接收机混频器输入端，另一路连接发射机混频器输入端。

利用一号压控振荡器产生频率为f1的射频信号l1(t)，该信号经过一号功分器分成两路，一路用作发射信号，另外一路经过移相器后用作本振信号；之后利用二号压控振荡器产生频率为f2的射频信号l2(t)，该信号经过二号功分器分成两路，一路用作本振信号，另外一路用作发射信号，该发射信号与一号压控振荡器产生的发射信号在发射机混频器中进行混频；混频后的信号通过发射天线发射出去；在接收端，天线接收到经过身体调制的信号后，先经过低噪声放大器放大，然后与二号压控振荡器产生的本振信号l2(t)在二号接收机混频器中进行混频，最后与一号压控振荡器产生的本振信号l1(t)在一号接收机混频器中进行混频，得到基带信号。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明简化了双边带多普勒雷达的操作方法，当雷达与被测物之间的距离发生改变时，只需要改变移相器的移相值即可，这要比调节本振的频率操作更加简单。

(2)本发明不再需要改变本振的频率值，简化了本振的设计，降低了整体雷达结构的复杂度，也使雷达的实现成本更低。

附图说明

图1是本发明在本振输出端添加移相器的双边带多普勒雷达结构原理图。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。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。

本发明的在本振输出端添加移相器的双边带多普勒雷达结构，如图1所示，包括接收天线和发射天线，所述接收天线依次串联有低噪声放大器、二号接收机混频器和一号接收机混频器。所述发射天线连接有发射机混频器，所述发射机混频器输入端和二号接收机混频器输入端之间连接有二号功分器，所述发射机混频器输入端和二号接收机混频器输入端之间连接有一号功分器和移相器，所述二号功分器输入端连接有二号压控振荡器，所述一号功分器输入端连接有一号压控振荡器。

具体地，一号功分器输出端分为两路，其中一路经移相器连接一号接收机混频器输入端，另一路连接发射机混频器输入端。二号功分器输出端分为两路，其中一路连接二号接收机混频器输入端，另一路连接发射机混频器输入端。

利用一号压控振荡器产生频率为f1的射频信号l1(t)，该信号经过一号功分器分成两路，一路用作发射信号，另外一路经过移相器后用作本振信号；之后利用二号压控振荡器产生频率为f2的射频信号l2(t)，该信号经过二号功分器分成两路，一路用作本振信号，另外一路用作发射信号，该发射信号与一号压控振荡器产生的发射信号在发射机混频器中进行混频；混频后的信号通过发射天线发射出去。在接收端，天线接收到经过身体调制的信号后，先经过低噪声放大器放大，然后与二号压控振荡器产生的本振信号l2(t)在二号接收机混频器中进行混频，最后与一号压控振荡器产生的本振信号l1(t)在一号接收机混频器中进行混频，得到需要的基带信号。为了尽量减小混频后基带信号的残余相位噪声，两个本振芯片(一号压控振荡器和二号压控振荡器)使用同一块晶振驱动。

设一号压控振荡器产生的本振信号l1(t)的频率为f1，如公式(1)所示：

l1(t)＝cos(2πf1t)(1)

其中，t为时间。

设二号压控振荡器产生的本振信号l2(t)的频率为f2，如公式(2)所示：

l2(t)＝cos(2πf2t)(2)

在发射机部分，两个本振产生的本振信号进行混频，得到的混频信号l(t)的频率分别为f2-f1和f2+f1，如公式(3)所示：

令fh＝f2+f1，fl＝f2-f1，λh＝c/fh，λl＝c/fl，其中c为信号的传播速度。在接收机部分，经过第一次下变频后，接收信号r1(t)如式(4)所示：

在式(4)中，d0为雷达与被测物之间的距离，x(t)为人体的胸腔运动。对r1(t)进行第二次下变频，由于在第一个本振的输出端添加了一个移相器，设移相值为φ，因此第二次下变频的输出的基带信号b(t)如式(5)所示：

根据文献[8]，令可得如下的分析结果如式(6)所示：

当...时，(6)

当θh-θl等于式(6)的结果时，测量结果在最优点的位置，即测量结果最准确。当θh-θl的值不等于式(6)的结果时，可以通过调节移相器的移相值φ而使相比于之前调节本振的频率，直接调节移相器的移相值φ操作更加简单，成本也更低。

实施例：

本发明中具体使用元器件的型号如下描述：一号压控振荡器和二号压控振荡器均采用analogdevices公司的ltc6948iufd，利用一号压控振荡器产生的频率f1为1.2ghz，利用二号压控振荡器产生的频率f2为2.14ghz；一号功分器和二号功分器均采用anaren公司的pd0409j7575s2hf；低噪声放大器采用analogdevices公司的hmc374etr；一号接收机混频器、二号接收机混频器和发射机混频器均采用analogdevices公司的lt5522euf#pbf；移相器采用analogdevices公司的hmc936a。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。