雷达系统的制作方法

文档序号:9732307
雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001]这个发明涉及雷达系统、用于此类系统的雷达头和适合于此类系统中使用的波导。具体而言,但不限于,本发明涉及FMCW雷达,具体而言,其可以是毫米波雷达。
【背景技术】
[0002]众所周知,在雷达系统中,期望有效地使用由无线电波的源生成的信号,以有效地将回波信号(return signal)引导至接收机,并且尝试和确保信号泄露不会污染回波信号。
[0003]一些雷达系统已经运用四分之一波长分束器(quarter-wave beam splitter),可是此类雷达的实现方式已经在设计上出现问题,该问题已经导致由无线电波的源生成的信号和回波信号其中之一或二者的损耗。

【发明内容】

[0004]根据本发明的第一方面,提供了一种用于在雷达中使用的波导组件,该波导组件由介电材料制成并且包括直立圆柱,该直立圆柱具有基本上沿着直立圆柱(rightcylinder)的中线(centreline)的四分之一波长气隙(quarter wave air gap)。
[0005]该波导组件通常可被认为是双工器(diplexer)。
[0006]优选地,所述四分之一波长气隙以操作频率为中心而不考虑它多少。
[0007]优选地,该雷达为FMCW(频率调制连续波)雷达。可替换地,该雷达可为脉冲雷达或FMICW(频率调制中断连续波)雷达。
[0008]以这种方式使用直立圆柱的实施方式被认为是具有优势的,因为它们利用直立圆柱更好的模态结构(modal structure),针对大多数实践应用给出充足的模间间隔(spacing between modes)。
[0009]有利地,所述波导组件包括四个端口。通常,这些端口包括发射输入,被布置为接收来自源的信号;接收输出,被布置为将回波信号引导至接收机;输出端口;和负载端口。
[0010]实施方式可在至少一些端口上设置匹配变压器。至少一些匹配变压器的尾部可与分束器的尾部成互补形状,这是为了辅助二者之间的信号传送。在一些实施方式中,至少一些匹配变压器的尾部可为凹形的。此类实施方式,其中匹配变压器的尾部与直立圆柱成互补形状,该类实施方式被认为是具有优势的,是由于它们为波导组件和/或其中安置有波导组件的任何雷达或雷达头提供组装的便利性;所述波导组件可被认作是自对准的(self-aligning)。
[0011]因此,在端口上应用匹配变压器的实施方式中,从该端口至分束器的平面(S卩,所述四分之一波长气隙)可能没有待补偿的介电介质转变(dielectric media transit1n)。通常,该端口被布置为通过将变压器内的相速(phase velocity)与外部模式的相速进行匹配,使来自变压器表面的外部辐射最小化,从而通过具有校正的锥度的锥形结构的方法而产生抵消(cancellat1n)。
[0012 ]有利地,从发射输入端口至输出端口的路径长度与从输出端口至接收输出端口的路径长度具有基本上相同的长度。这种实施方式是有利的,因为它们可提供良好的热稳定性。
[0013]匹配材料可被用于至少一些匹配变压器与分束器之间。该匹配材料可为液体,例如硅脂或其介电常数与直立圆柱和波导组件的其他部件的介电常数相匹配的任何合适的稳定材料。
[0014]实施方式可提供在形状上基本上为锥形和/或在横截面上基本上为圆形的匹配变压器。
[0015]可提供诸如E面分体式波导框架(frame)的框架用于固定波导组件。
[0016]该框架的一个或多个部分可布置为收纳匹配变压器的尾部。所述框架的该部分或各个部分可被布置为使第一形状的通道转变至第二形状的通道。该第一形状可基本上为圆形。该第二形状可基本上为矩形。这种实施方式允许提供从TE10波导至TE11模式匹配变压器的转变。
[0017]负载可与分束器的负载端口相关联。
[0018]该负载可由另外的匹配变压器进行馈电。这种另外的匹配变压器可具有邻近分束器的基本上为平面的尾部,该实施方式便于允许匹配变压器和/或与其相关联的部件(例如所述负载)的旋转和位移。
[0019]在其他实施方式中,另外的匹配变压器可邻近分束器而设置有与分束器的正面(face)成互补形状的正面,例如,凹面。在这种实施方式中,可由负载或至少部分负载的移动和旋转或由电气装置生成复合匹配(complex match)。
[0020]因此,调整机构可被设置用于调整其负载,从而允许负载的复阻抗发生改变。在一些实施方式中,该调整机构可由机械机构提供,该机械机构被布置为使另外的匹配变压器相对于分束器移动。因而,该调整装置可提供可被认作是可调整负载的装置。
[0021]在其他实施方式中,该调整装置可以是电气装置,该电气装置被布置为改变负载的电气参数。在此类实施方式中,该调整装置可包括PIN二极管。
[0022]输出透镜或其他准光学元件可被设置为与分束器的输出端口相关联。
[0023]进一步地,实施方式可提供与分束器的输出端口相关联的天线。
[0024]该天线可具有馈送件(feed),该馈送件基本上与离开分束器输出端口的波束的波束路径同轴。该波束路径可由离开分束器的输出波和从天线被输入分束器的回波信号共享。
[0025]根据本发明的第二方面,提供了一种雷达头,该雷达头通常为毫米波雷达头,其至少包括以下元件中的一些:
[0026]无线电波的源,耦合至介电波导,该介电波导被布置为将由该源生成的无线电波经由分束器引导至天线以生成输出信号,该分束器包括基本上沿着直立圆柱的中线的四分之一波长气隙;
[0027]该分束器被布置使得无线电波沿着第一路径从源传导至天线;
[0028]该天线还被布置为接收回波信号和被布置为经由分束器将该回波信号引导至接收机,使得回波信号沿着不同于第一路径的第二路径通过分束器而从天线传导至接收机;
[0029]其中,在分束器与天线之间的部分第一和第二路径在路径之间被共享,并且该第一和第二路径由基本上连续的介电材料提供;并且
[0030]其中,该天线被布置为旋转,使得天线的旋转轴基本上与第一路径和第二路径的共享部分同轴。
[0031]所述雷达头可为FMCW毫米波雷达头,本领域的技术人员将理解的是其可以是其他雷达类型。
[0032]因而,本发明的至少一些实施方式提供处于一个介电介质中的完全的二级准光学系统(complete secondary quas1-optical system),并且具有至主透镜或反射镜的单一的空中接口。
[0033]根据本发明的第三方面,提供一种整合根据本发明的第一或第二方面的波导组件和/或雷达头的雷达。
[0034]通常,该雷达的频率调制被布置为扫过基本上达到发射频率的2%的频域。
[0035]有利地,该雷达为FMCW雷达,技术人员将会理解的是其可以是其他雷达类型。
[0036]有利地,提供在分束器的端口上具有负载的实施方式,该负载被布置为能够在至少在那个范围内保持基本上恒定的信噪比性能。通常,该负载是可变的。
[0037]此类雷达的至少一些实施方式被认为是具有优势的,因为另外的准光学元件可被整合至波束路径中,而在整个工作带宽的整体回波损耗中没有或具有很低的劣化风险,该劣化风险是由于在波束承载部件
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