一种脉冲信号收发装置的制作方法

本实用新型涉及射频技术领域，具体涉及一种脉冲信号收发装置。

背景技术：

液体种类检测设备的原理是采用微波自由空间反射理论，微波在传输过程中遇到介电常数不同的液体，液体吸收微波的能力和液体的介电常数成正比，可利用微波反射的能量大小来判断液体的介电常数大小，从而判断出属于何种液体。具体通过发射天线发射高频宽带窄脉冲波，然后利用接收天线接收液体介质层所反射的回波信号；由于电磁波在介质中传播过程中，波的传播特性随着所通过介质的性质及几何形状的变化而变化，而接收到的回波包括液体介质层的反射波、空气散射波以及经过某一路径到达接收天线的透射波，根据接收回波的旅行时间、振幅、波形和相位等信息，通过对回波信号的分析与处理，就可以推断出液体的介电常数范围。现有技术中当不同回波信号被接收电路接收时，其信号强度不一致，导致接收电路的稳定性和可靠性较差，而且液体种类检测设备的发射电路和接收电路结构复杂。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种脉冲信号收发装置，具有稳定性和可靠性高，同时精简收发的结构的和降低成本。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种脉冲信号收发装置，包括：脉冲信号发送单元和脉冲信号接收单元；

所述脉冲信号发送单元包括：

微控制器，用于产生方波信号；

推挽放大电路，用于将方波信号转换生成尖峰脉冲信号；

发射电路，用于将尖峰脉冲信号转换生成超宽带脉冲信号并通过发射天线向外发射超宽带脉冲信号；

所述微控制器的输出端与所述推挽放大电路的输入端相连接，所述推挽放大电路的输出端与所述发射电路的输入端相连接；

所述脉冲信号接收单元，用于接收反射的超宽带脉冲信号。

其中，所述脉冲信号接收单元，包括：

取样电路，用于生成取样脉冲信号并根据取样脉冲信号对接收的超宽带脉冲信号进行取样，获得取样信号；

滤波放大电路，用于将取样信号进行滤波处理和放大处理；

处理电路，用于接收滤波处理和放大处理后的取样信号；

所述取样电路的输出端与所述滤波放大电路的输入端相连接，所述滤波放大电路的输出端与所述处理电路的输入端相连接。

其中，所述发射电路，包括：

整形电路子单元，用于将接收的尖峰脉冲信号转换为方波信号；

三极管，用于接收方波信号并触发三极管的雪崩击穿，生成超宽带脉冲信号；

发射天线，用于向外发射超宽带脉冲信号；

所述整形电路子单元的输入端与所述推挽放大电路的输出端相连接，所述整形电路子单元的输出端与所述三极管的基级相连接，所述三极管的集电极连接基准电源，所述三极管的发射极与所述发射天线的输入端相连接。

其中，所述取样电路，包括：

取样脉冲信号子单元，用于生成取样脉冲信号；

接收天线，用于接收超宽带脉冲信号；

采样电路子单元，用于根据取样脉冲信号对超宽带脉冲信号进行取样，获取取样信号；

所述取样脉冲信号子单元输出端与所述接收天线的输出端均与所述采样电路子单元的输入端相连接，所述采样电路子单元的输出端与所述滤波放大电路的输入端相连接。

其中，所述取样脉冲信号子单元，包括：

快斜波发生器，用于将接收的方波信号转换为快斜波信号；

慢谐波发生器，用于将接收的方波信号转换为慢斜波信号；

比较器，用于根据快斜波信号和慢斜波信号产生步进延时脉冲；

微分电容，用于根据进延时脉冲生成取样脉冲信号；

所述快斜波发生器的输出端与所述慢斜波发生器的输出端均与所述比较器的输入端相连接，所述比较器的输出端与所述微分电容的一端相连接，所述微分电容的另一端与所述采样电路子单元的输入端相连接。

其中，所述发射天线和所述接收天线均采用碟形天线。

由上述技术方案可知，本实用新型所述的一种脉冲信号收发装置，通过将方波信号转换为超宽带脉冲信号，保证了输出和接收超宽带脉冲信号时信号强度不变，提高可靠性且电压适应范围宽；并且脉冲信号发送单元的电路结构简单、成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中冲信号发送单元的结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中发射电路的结构示意图；

图4是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中脉冲信号接收单元的结构示意图；

图5是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中取样脉冲信号和超宽带脉冲信号的时序图；

图6是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中取样脉冲信号和超宽带脉冲信号的调节示意图

图7是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中取样电路的结构示意图；

图8是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中取样脉冲信号子单元的结构示意图；

图9是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中形成取样脉冲信号的时序图；

图10是本实用新型提供的一种脉冲信号收发装置中碟形天线的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供的一种脉冲信号收发装置，参见图1，具体包括：

冲信号发送单元10，用于发射脉超宽带脉冲信号；

脉冲信号接收单元20，用于接收反射的超宽带脉冲信号。

其中，脉冲信号发送单元10：包括：

微控制器101，用于产生方波信号；

推挽放大电路102，用于将方波信号转换生成尖峰脉冲信号；

发射电路103，用于将尖峰脉冲信号转换生成超宽带脉冲信号并通过发射天线向外发射超宽带脉冲信号；

所述微控制器101的输出端与所述推挽放大电路102的输入端相连接，所述推挽放大电路102的输出端与所述发射电路103的输入端相连接。

在具体实施时，参见图2由微控制器101产生基础的方波信号，该方波信号的占空比为50％。方波信号经过推挽放大电路102后生成尖峰脉冲信号，尖峰脉冲信号具有陡峭的上升沿，上升的时间为ns级。所生成的尖峰脉冲信号经发射电路103向外发射超宽带脉冲信号，即超宽带电磁波。参见图3，为发射电路103的结构示意图，该发射电路103具体包括：

整形电路子单元，用于将接收的尖峰脉冲信号转换为方波信号；

三极管，用于接收方波信号并触发三极管的雪崩击穿，生成超宽带脉冲信号；

发射天线，用于向外发射超宽带脉冲信号；

所述整形电路子单元的输入端与所述推挽放大电路的输出端相连接，所述整形电路子单元的输出端与所述三极管的基级相连接，所述三极管的集电极连接基准电源，所述三极管的发射极与所述发射天线的输入端相连接。

在具体实施时，整形电路子单元将尖峰脉冲信号转换为方波信号，该方波信号加到三极管的基级上，使三极管发生雪崩击穿，产生超宽带脉冲信号并通过天线发射出去。

其中，脉冲信号接收单元的具体实现方式，参见图4，该脉冲信号接收单元，包括：

取样电路201，用于生成取样脉冲信号并根据取样脉冲信号对接收的超宽带脉冲信号进行取样，获得取样信号；

滤波放大电路202，用于将取样信号进行滤波处理和放大处理；

处理电路203，用于接收滤波处理和放大处理后的取样信号；

所述取样电路201的输出端与所述滤波放大电路202的输入端相连接，所述滤波放大电路202的输出端与所述处理电路203的输入端相连接。

在具体实施时，取样电路201根据基础的方波信号生成取样脉冲信号，取样电路201还接收反射的超宽带脉冲信号；其中，取样电路201中基础的方波信号为脉冲信号发送单元10中微控制器10产生的方波信号；因此，脉冲信号发送单元10发射的超宽带脉冲信号的相位和取样脉冲信号的相位在重合的时候，才能进行有效取样，同时一定范围内的相位差决定了最终输出波形的个数。其中，参见图5和图6，取样脉冲信号和超宽带脉冲信号都有叠加的尖峰显示出来，通过调节使得小脉冲族和尖峰重合，此时两者的相位重合。

在获取到取样信号后，参见图7，通过滤波放大电路202对该取样信号进行滤波处理和放大处理，并发送至处理电路203，实现对超宽带脉冲信号的发送和接收。

其中，该取样电路201具体包括：

取样脉冲信号子单元，用于生成取样脉冲信号；

接收天线，用于接收超宽带脉冲信号；

采样电路子单元，用于根据取样脉冲信号对超宽带脉冲信号进行取样，获取取样信号；

所述取样脉冲信号子单元输出端与所述接收天线的输出端均与所述采样电路子单元的输入端相连接，所述采样电路子单元的输出端与所述滤波放大电路的输入端相连接。

在具体实施时，取样脉冲信号子单元生成取样脉冲信号，参见图7，该取样脉冲信号经过由阶跃恢复二极管构成的相位检测器后产生两路对称极窄的正取样信号和负取样信号，该正取样信号和负取样信号分别通过两路采样电路子单元对取样电路201中接收天线接收的超宽带脉冲信号进行取样，获得取样信号。参见图8，取样脉冲信号子单元通过对取样电路201获取的基础的方波信号进行处理，获得取样脉冲信号，其中，取样脉冲信号子单元，包括：

快斜波发生器，用于将接收的方波信号转换为快斜波信号；

慢谐波发生器，用于将接收的方波信号转换为慢斜波信号；

比较器，用于根据快斜波信号和慢斜波信号产生步进延时脉冲；

微分电容，用于根据进延时脉冲生成取样脉冲信号；

所述快斜波发生器的输出端与所述慢斜波发生器的输出端均与所述比较器的输入端相连接，所述比较器的输出端与所述微分电容的一端相连接，所述微分电容的另一端与所述采样电路子单元的输入端相连接。

在具体实施时，基础的方波信号一路经过该快斜波发生器之后产生快斜波，另一路经过慢谐波发生器之后产生慢斜波；参见图9的时序图，快斜波和慢斜波经过比较器进行比较后生成步进延时脉冲，经过微分电容形成取样脉冲信号。

从上述描述可知，本实施例提供的脉冲信号收发装置，通过将方波信号转换为超宽带脉冲信号，保证了输出和接收超宽带脉冲信号时信号强度不变，提高可靠性且电压适应范围宽；并且脉冲信号发送单元的电路结构简单、成本低廉。

进一步的，在上述实施例中，所述发射天线和所述接收天线均采用碟形天线。

由于信号的频域超宽，对发射天线和接受天线的工作频段要求很宽，因此采用了碟形天线。参见图10，本碟形天线为圆锥天线简化变形，该碟形天线属于超宽带天线，采用分布式加载技术使得超宽带天线的工作频率范围内天线增益比较一致，并且结构简单，分析方便准确容易实现。

天线基板采用的罗杰斯板材，介质损耗小，介电常数低，适用于天线设计制作。发射天线和接收天线辐射单元位于同一天线基板上，天线辐射单元通过金属腐蚀到罗杰斯板材上，罗杰斯板材上有天线辐射单元以及圆形加载环和发射单元和接受单元之间的金属隔离带。

碟形天线具有小型化结构并含有反射腔体，有效的降低了天线的后瓣电平，用于将天线辐射能量集中于目标物的一侧，减小天线投射到目标物的后向辐射能量，避免了来自一侧的干扰。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实用新型并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本实用新型的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。