一种3mm波段小型探测器前端的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及毫米波探测技术领域，特别是涉及一种3mm波段小型探测器前端，运 用于短距离探测与运动目标速度检测。
【背景技术】
[0002] 3mm波段作为毫米波大气窗口，具有较小的传播衰减和较短的波长，特别适合于全 天候分辨小目标或者清晰地观察目标的细节，可用于高分辨率防碰撞雷达以及防入侵传感 系统等。3_波段探测器前端作为毫米波系统的重要组成部分，产生和发射3_波段探测信 号，并接收探测目标的回波信号，将3mm波段回波信号下变频至中频信号给后端进行信号 处理，根据探测过程中由时间延迟效应和多普勒效应产生的频率差来测量运动目标的瞬时 速度和距离。通过后端数字信号处理部分获取和提取信息，从而做出相应的决策。3mm波段 探测器前端可广泛运用于交通监测、测速，防碰撞、防控系统等领域。
[0003] 现有的3mm波段探测器前端，包括3mm接收机、3mm信号源等采用波导结构，存在成 本高、集成度低、体积大等缺点，无法满足毫米波系统小型化、低成本的运用需求。因此，急 需一种低成本具有良好性能、结构紧凑3mm波段单片集成的探测器前端。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种3_波段小型探测器前端，解决现有波导结构3_波段探测器前 端成本高、集成度低、体积大的问题。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种3mm波段小型探测器前 端，包括3_小型化双天线、发射支路、接收支路、微带功率分配器和本振源倍频链路，所述 3mm小型化双天线包括发射天线和接收天线；所述本振源倍频链路用于提供可调频的本振 信号；所述微带功率分配器将所述本振信号分成两路，一路馈给所述发射支路提供振荡信 号，另一路馈给所述接收支路提供本振输入；所述发射支路用于将所述微带功率分配器输 出的一路信号再次进行倍频和放大，得到3mm波段射频信号送至所述发射天线进行发射； 所述接收支路用于将所述接收天线收到的3mm波段回波信号放大，再与所述本振输入信号 进行二次谐波有源混频得到中频输出信号。
[0006] 所述接收天线和发射天线均为石英介质微带天线。
[0007] 所述石英介质微带天线采用低损耗石英作为介质基片，利用半导体微细加工技术 制作高精度微小尺寸的微带线和金属贴片。
[0008] 所述本振源倍频链路包括级联的K波段压控振荡器和U波段宽带有源倍频器，所 述K波段压控振荡器用于产生可调频的微波振荡信号；所述U波段宽带有源倍频器用于将 所述微波振荡信号进行倍频和放大。
[0009] 所述K波段压控振荡器和U波段宽带有源倍频器之间的级联方式为微带线平面连 接或射频绝缘子连接。
[0010] 所述微带功率分配器为U波段宽带Wilkinson功分器，采用低损耗的高频PCB板 设计实现，连接于U波段宽带有源倍频器的输出端。
[0011] 所述发射支路由W波段宽带有源倍频器单片集成电路构成，连接于微带功率分配 器一个输出端口；所述接收支路由W波段宽接收机单片集成电路构成，连接于微带功率分 配器另一个输出端口。
[0012] 所述的3_波段小型探测器前端还包括电源供电模块，所述电源供电模块通过直 流穿芯电容向所述本振源倍频链路、发射支路和接收支路提供直流偏置电压。
[0013] 所述U波段宽带有源倍频器、W波段宽带有源倍频器和W波段宽接收机通过金丝 或金带键合与高频PCB板上微带线互连封装于金属屏蔽盒内；所述K波段压控振荡器直接 表面贴装于高频PCB板上。
[0014] 所述的3_波段小型探测器前端还包括由聚四氟乙烯介质薄板构成的平面天线 罩，所述平面天线罩用于保护各部件。
[0015] 有益效果
[0016] 由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果：
[0017] 本发明的3_波段小型探测器前端由单片集成电路和石英介质微带天线集成，而 非采用波导器件集成或芯片波导器件的混和集成。四块毫米波功能芯片集成在高频PCB板 上，并与石英介质微带双天线、微带功率分配器等一体化集成。因此，所述3_波段小型探 测器前端具有结构紧凑、体积小、成本低的优点，更利于大规模生产，降低成本，提高产品性 能一致性。
[0018] 本发明的3mm波段小型探测器前端由四块毫米波功能芯片实现3mm波段信号产 生、发射和接收，前端系统集成度较高，消耗直流功耗低，具有低功耗的特点。
[0019] 本发明的3_波段小型探测器前端在体制上发射和接收采用同一低频段（K波段） 压控振荡源，通过有源倍频的方式产生U波段的本振信号，3mm波段发射信号通过再次有源 二倍频的方式产生，而接收信号则通过二次谐波有源混频的方式得到中频输出信号。与采 用3_波段的振荡源直接提供发射和基波本振相比，实现难度和成本大大降低，且有效的 抑制带内杂波。
[0020] 本发明的3_波段小型探测器前端在天线上采用了石英介质微带天线，而非采用 波导天线。石英介质微带天线用半导体微细加工技术制作保证了微带线的精度，具有体积 小、性能好、参数一致，便于与毫米波收/发芯片集成的优点。
[0021] 本发明的3mm波段小型探测器前端比其它低频段的毫米波探测器具有较高的分 辨率和抗干扰能力，可用于短距离探测与运动目标速度检测。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明的原理框图图；
[0023] 图2是本发明一体化封装结构正面示意图；
[0024] 图3是本发明一体化封装结构背面示意图；
[0025] 图4是本发明中电源供电模块结构示意图；
[0026] 图5是本发明中平面天线罩和金属屏蔽壳立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0028] 本发明采用K波段振荡源，通过有源二倍频的方式产生U波段本振信号；经过 Wilkinson功分器将U波段本振信号分成两路，一路再次通过有源二倍频的方式产生3_波 段发射信号，经发射天线发射出去；另一路则进入W波段宽带接收机，与接收天线收到回波 信号经过放大、二次谐波有源混频得到中频输出信号。中频输出信号中携带有探测目标的 距离信息和瞬时速度信息，提供给后端的信号处理部分进行提取处理。
[0029] 如图1所示，一种3mm波段小型探测器前端，包括3mm小型化双天线1、发射支路 2、接收支路3、微带功率分配器4、本振源倍频链路5以及金属屏蔽盒。所述3_小型化双 天线1包括发射天线11和接收天线12,分别用于发射和接收3mm波段射频信号；所述本振 源倍频链路5由K波段压控振荡器51和U波段宽带有源倍频器52两块单片集成电路级联 组成，提供可调频的本振信号，其中，K波段压控振荡器芯片51提供达到U波段宽带有源倍 频器芯片52要求最小工作功率要求的可调振荡信号，U波段宽带有源倍频器芯片52将所 述可调振荡信号进行二倍频以及放大，以满足发射支路和接收支路所需最小的本振信号功 率要求；所述微带功率分配器4,用于将所述本振信号分成两路，一路馈给发射支路2提供 振荡信号，另一路馈给接收支路3提供本振输入；所述发射支路2由W波段宽带有源倍频 器21单片集成电路构成，用于将所述微带功率分配器4输出的一路信号再次进行倍频和放 大，得到功率放大的3mm波段发射信号，经过发射天线11发射出去；所述接收支路3由W波 段宽接收机31单片集成电路构成，用于将所述3mm接收天线12收到的回波信号先放大，再 与所述本振输入信号进行二次谐波有源混频，得到中频输出信号，提供给后端进行中频放 大和信号处理。
[0030] 如图2所示，3mm波段小型探测器前端一体化封装结构正面示意图。所述微带功 率分配器4为U波段宽带Wilkinson功分器，采用低损耗的高频PCB板设计实现，其中100 欧姆高频片状电阻41贴装于两支路间，起到隔离作用。所述高频PCB板上还包括有直流布 线、去耦电容、50欧姆微带线等，封装于金属屏蔽盒内。所述微带功率分配器4输入端连接 于U波段宽