相位可调全匹配功率合成雷达物位计的制作方法

1.本公开涉及微波技术领域，本公开尤其涉及一种相位可调全匹配功率合成雷达物位计。


背景技术：

2.由于目前工业雷达物位计使用的测量环境或被测物情况复杂，所以往往对雷达物位计的能量要求很高，更高的能量意味着测量能力更强和信号输出更可靠。
3.目前一些雷达物位计已经使用了具有多路产生多路接收的雷达芯片作为微波信号的收发器件，但是大多数只采用其中的一路产生信号和一路接收信号，或采用两路产生信号结合四端口具有隔离端耦合器的方案，但这些方案因为雷达芯片产生的微波信号初始角度很难一致，会造成信号不易匹配，测量不可靠，且隔离端会泄露较多能量，导致信号能量的浪费。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种相位可调全匹配功率合成的雷达物位计。
5.本公开的相位可调全匹配功率合成的雷达物位计，包括：
6.信号产生模块，所述信号产生模块具有多个产生信号的端口，用于产生多个微波初始信号；
7.相位调整模块，所述相位调整模块用于调整多个微波初始信号的相位；
8.微波合成结构，所述微波合成结构具有多个输入端口和一个输出端口，且所述微波合成结构无隔离端口，所述微波合成结构接收经所述相位调整模块调整后多个微波初始信号并进行功率/能量合成生成微波发射信号；
9.信号接收模块，所述信号接收模块用于接收微波发射信号经发射出去后遇待测物表面后形成的回波信号；
10.其中，多个微波初始信号具有同源性。
11.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，还包括压控振荡器，所述压控振荡器连接所述模块并作为信号源以使多个所述微波初始信号具有同源性。
12.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述信号发生模块为具有多通道微波信号产生端口的雷达芯片或多个级联在一起的雷达芯片组，用于产生多个微波初始信号。
13.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，通过所述相位调整模块调节多个所述微波初始信号的相位，通过调整所述微波初始信号的相位从而改变所述微波合成结构各个输入端口所接收到的微波信号的相位，使得所述微波发射信号能量/功率最大。
14.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述微波合成结构包括功率分配器或功率合成器，所述功率分配器或功率合成器将多个所述微波初始信号进行功率/能量合成，所述功率分配器或功率合成器连接在电路板上。
15.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述微波合成结构为具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器或具有三个/四个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器。
16.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述微波合成结构通过多个具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器通过级联组成，或通过多个具有三个/四个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器级联组成。
17.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述输出端口由波导结构构成，所述输入端口由激励结构构成。
18.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计相位可调全匹配功率合成雷达物位计，多个所述微波初始信号经所述激励结构引入至所述波导结构中，所述波导结构为多个所述微波初始信号所共用，在所述波导结构中进行功率/能量合成以形成微波发射信号，所述波导结构为中空腔体结构。
19.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，还包括喇叭天线，所述波导结构的第一端部开口并与所述喇叭天线相连，所述微波发射信号由所述喇叭天线汇聚后射出。
20.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述激励结构包含多个激励端子，各个所述激励端子的至少部分结构处于所述波导结构的中空腔体结构中，各个所述激励端子与所述波导结构第二端部的距离相同，且所述波导结构的第二端部为封闭的金属材质结构。
21.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，各个所述激励端子分别接收一个所述微波初始信号，与所述波导结构的第二端部激励形成多个激励信号，所述波导结构将多个所述激励信号合成以形成所述微波发射信号。
22.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述激励端子为金属导线。
23.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述输出端口由透镜天线结构构成，所述输入端口由微带天线结构构成。
24.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，多个所述微波初始信号经所述微带天线结构引入至所述透镜天线结构中，所述透镜天线结构被多个所述微波初始信号所共用，由所述透镜天线结构进行功率/能量合成以形成所述微波发射信号。
25.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述微带天线结构具有多个微带天线，多个微带天线被所述透镜天线结构完全覆盖。
26.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，多个所述微带天线处于同一水平面高度，且各个所述微带天线至所述透镜天线结构的距离相同。
27.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，各个所述
微带天线分别接收一个所述微波初始信号，各个所述微波初始信号经所述透镜天线汇聚后合成以形成微波发射信号。
28.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，所述微波发射信号经所述喇叭天线汇聚后形成窄波束角度的微波信号并射出，所述波束角度小于3
°
。
29.根据本公开至少一个实施方式的相位可调全匹配功率合成雷达物位计，经所述透镜天线汇聚后合成以形成的微波发射信号为窄波束角度的微波信号，所述波束角度小于3
°
。
附图说明
30.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
31.图1是本公开一个实施方式的相位可调全匹配功率合成的雷达物位计的结构示意图。
32.图2是本公开的一个实施方式的具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器的微波合成结构的示意图。
33.图3是本公开一个实施方式的具有三个/四个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器的微波合成结构的示意图。
34.图4是本公开一个实施方式的通过功率分配器/功率合成器级联组成的微波合成结构的示意图。
35.图5是本公开一个实施方式的微波合成结构的示意图。
36.图6是本公开一个实施方式的微波合成结构的示意图。
37.图7是本公开一个实施方式的微波合成结构的截面示意图。
38.图8是本公开一个实施方式的微带天线结构的示意图。
39.图9是本公开又一个实施方式的具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器的微波合成结构的示意图。
40.附图标记说明
41.1000 雷达物位计
42.1001 相位调整模块
43.1002 微波合成结构
44.1003 压控振荡器
45.1004 电源模块
46.1005 通讯模块
47.1006 主控制器
48.1007 显示模块
49.1008 发射天线
50.1009 接收天线
51.1010 信号产生模块
52.1011 信号接收模块
53.1018 激励端子
54.1019 波导结构
55.10081 喇叭天线
56.10082 透镜天线结构
57.10101 第一端部
58.10102 第二端部
59.10121 微带天线。
具体实施方式
60.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
61.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
62.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
63.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
64.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
65.本文使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
66.图1是本公开的一个实施方式的相位可调全匹配功率合成的雷达物位计1000的结构示意图。
67.如图1所示，本实施方式的相位可调全匹配功率合成的雷达物位计1000包括以下组成部分：
68.信号产生模块1010，信号产生模块1010具有多个产生信号的端口，以产生多个微波初始信号；优选地，信号产生模块1010为具有多通道微波信号产生端口的雷达芯片或多个级联在一起的雷达芯片组，用于产生多个微波初始信号。
69.相位调整模块1001，相位调整模块1001用于调整多个微波初始信号的相位。
70.微波合成结构1002，微波合成结构1002具有多个输入端口和一个输出端口，且微波合成结构1002无隔离端口，微波合成结构1002接收经相位调整模块1001调整相位后的多个微波初始信号并进行功率/能量合成以形成微波发射信号，从而提高微波信号的能量/功率。
71.信号接收模块1011，信号接收模块1011用于接收微波发射信号经发射出去后遇待测物表面后经反射形成的回波信号。
72.本公开的相位可调全匹配功率合成的雷达物位计1000还包括一个共用的压控振荡器(vco)1003，压控振荡器1003连接信号产生模块1010并作为信号源被信号产生模块1010所共用，以使多个微波初始信号具有同源性。
73.压控振荡器1003的控制电压可以有不同的输入方式，例如用直流电压作为压控振荡器1003的控制电压，压控振荡器1003为频率调节方便的信号源；用正弦电压作为压控振荡器1003的控制电压，压控振荡器1003为调频振荡器；用锯齿电压作为压控振荡器1003的控制电压，压控振荡器1003为扫频振荡器，主控制器1006产生压控振荡器1003的控制电压类型与幅度，从而控制压控振荡器1003输出的信号。
74.在本公开的一些实施方式中，本公开的相位可调全匹配功率合成的雷达物位计1000还包括：
75.电源模块1004，电源模块1004接收外部供电后转化为雷达物位计1000所需要的电压，为整个雷达物位计1000供电。
76.通讯模块1005，通过通讯模块1005，雷达物位计1000的各个模块之间进行通信。
77.显示模块1007，显示模块1007优选为能够进行人机交互的液晶屏，用于显示回波波形、回波幅度、物位信息等相关参数。同时，可通过显示模块1007对雷达物位计1000进行调试、设置(例如通过显示模块1007输入调制控制信号、修改参数等)。
78.主控制器1006，主控制器1006接收信号接收模块1011所传输的回波信号，分析处理后经通讯模块1005传递至显示模块1007。
79.发射天线1008，微波发射信号通过发射天线1008发射出去，微波发射信号遇到待测物表面后经反射后生成回波信号。发射天线1008的类型包括透镜天线结构10082和喇叭天线10081。
80.接收天线1009，回波信号经接收天线1009所接收并传递至信号接收模块1011。
81.其中，微波合成结构1002可以为功率分配器或功率合成器，功率分配器或功率合成器将多个微波初始信号进行功率/能量合成，功率分配器或功率合成器连接在电路板上。
82.在本公开的一些实施方式中，微波合成结构1002优选为以下两种结构之一：
83.第一、微波合成结构1002为具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器或具有三个/四个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器；
84.第二、微波合成结构1002通过多个具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器通过级联组成，或通过多个具有三个/四个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器级联组成。
85.图2是本公开的一个实施方式的具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器的微波合成结构的示意图。图9是本公开又一个实施方式的具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器的微波合成结构的示意图。
86.图3是本公开的一个实施方式的具有三个/四个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器的微波合成结构的示意图。图4是本公开的一个实施方式的通过功率分配器/功率合成器级联组成的微波合成结构的示意图。
87.其中，图4中第一个图(左图)为通过具有两个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器级联组成的微波合成结构1002；图4中第二个图(中间图)为通过具有三个输入端口和一个输出端口、二个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器级联组成的微波合成结构1002；图4中第三个图(右图)为通过具有四个输入端口和一个输出端口、三个输入端口和一个输出端口的功率分配器/功率合成器级联组成的微波合成结构1002。
88.本领域技术人员应当理解，输入端口也可以多于4个，也可以是多个级联方式组成微波合成结构1002，在此不在赘述。
89.微波合成结构1002还优选为以下两种组合方式组成：
90.第一、输出端口由波导结构1019构成，输入端口由激励结构构成；
91.第二、输出端口由透镜天线结构构成，输入端口由微带天线结构构成。
92.在第一种组合方式中，微波合成结构1002的输出端口由波导结构1019构成，微波合成结构1002的输入端口由激励结构构成的组成，如图5、图6所示。
93.图5是本公开的一个实施方式的微波合成结构的示意图。图6是本公开的又一个实施方式的微波合成结构的示意图。
94.信号产生模块1010产生的多个微波初始信号经相位调整模块1001调整相位后由电路板上的射频走线传输到激励结构，由激励结构引入至共同的波导结构1019中，在波导结构1019中合成并形成微波发射信号，波导结构1019为中空腔体结构，在本实施方式中，波导结构1019作为微波合成结构1002的单输出端口，将合成的微波信号形成微波发射信号发射出去。
95.本实施方式的雷达物位计1000，发射天线1008为喇叭天线10081，波导结构1019的第一端部10101开口并与喇叭天线10081相连，波导结构1019合成的微波发射信号经喇叭天线10081汇聚后射出。
96.在本公开的一些实施方式中，微波发射信号经喇叭天线10081汇聚后形成窄波束角度的微波信号并射出，波束角度小于3
°
。
97.在本公开的一些实施方式中，激励结构包含多个激励端子1018，各个激励端子1018的至少部分结构处于波导结构1019的中空腔体结构中，各个激励端子1018与波导结构1019的第二端部10102的距离相同，且波导结构1019的第二端部10102为封闭的金属材质。
各个激励端子1018分别接收一个微波初始信号，与波导结构1019的第二端部10102激励形成多个激励信号，波导结构1019将多个激励信号合成微波发射信号。优选地，激励端子1018为金属导线。
98.本领域技术人员应当理解，激励端子的数量为多个，不仅限于图5、图6所示的数量与排布方式，本领域技术人员对激励端子数量或排布方式进行更改均落入本公开的保护范围之内。
99.在第二种组合方式中，微波合成结构1002的输出端口由透镜天线结构10082构成，微波合成结构1002的输入端口由微带天线结构构成的组成，如图7、图8所示。
100.图7是本公开的一个实施方式的微波合成结构的截面示意图。图8是本公开的一个实施方式的微带天线结构的示意图。
101.如图7和图8所示，信号产生模块1010产生的多个微波初始信号经相位调整模块1001调整相位后由电路板上的射频走线传输到达微带天线结构，由微带天线结构引入至共同的透镜天线结构10082中，在透镜天线结构10082中合成并形成微波发射信号。可见，在本实施方式中，将多个微波初始信号经由微带天线结构合成到同一个透镜天线结构10082中，透镜天线结构10082作为微波合成结构1002的单输出端口，合成以形成微波发射信号。
102.在本公开的一些实施方式中，微波发射信号经透镜天线结构10082汇聚后形成窄波束角度的微波信号并射出，波束角度小于3
°
。
103.其中，微带天线结构具有多个微带天线10121，多个微带天线10121被透镜天线结构10082完全覆盖。多个微带天线10121处于同一水平面高度，且各个微带天线10121至透镜天线结构10082的距离相同。各个微带天线10121分别接收一个微波初始信号，各个微波初始信号经透镜天线结构10082汇聚后合成以形成微波发射信号并发射出去。
104.如图8所示，在本公开的一些实施方式中，微带天线10121具有接地板101211、介质基板101212和微带线101213。
105.在本公开的一些实施方式中，接地板101211优选为全区域全面金属导体，例如全面敷铜。
106.在本公开的一些实施方式中，介质基板101212可以是电路板的绝缘介质层材质。
107.在本公开的一些实施方式中，微带线101213为导体薄片，可以是不规则形状的面积单元，如矩形、圆形或圆环形导体薄片等，也可以是窄长条形的导体薄片。微带线的形状不做限定，还可以是上述举例之外的其他形状。
108.各个微带线101213与电路板上的射频走线相连，信号产生模块1010产生的各个微波初始信号经相位调整模块1001调整相位后通过射频走线被多个微带线101213接收后均与接地板101211产生激励形成多个激励信号，多个激励信号经透镜天线结构10082汇聚后合成形成微波发射信号并发射出去。相位调整模块1001产生的多个微波初始信号经电路板上的射频走线传输到达微带天线结构，经共同的透镜天线结构汇聚合成以形成微波发射信号。
109.透镜天线结构10082的汇聚可使合成的微波发射信号成为窄波束角的微波信号，其中窄波束信号的波束角度可小于3
°
。
110.在本公开的一些实施方式中，微带天线10121的形状可以是长方形、正方形、圆形或椭圆形等。微带天线10121的形状不限于上述列举的形状，还可以是其他任意形状。
111.此外，在以上实施方式下，信号产生模块1010共用一个压控振荡器(vco)1003，压控振荡器1003作为信号源控制信号产生模块1010产生多个微波初始信号，即多个微波初始信号是由同一个压控振荡器1003控制产生，从而确保多个微波初始信号具有同源性，多个具有同源性的微波初始信号经相位调整模块调节各个微波初始信号的相位，使得产生的多个微波初始信号的相位可调，通过调整微波初始信号的相位从而改变微波合成结构1002各个输入端口所接收到的微波信号的相位，使得微波发射信号能量/功率随着微波初始信号的相位调整而变化，从而调整微波发射信号的能量/功率，使微波发射信号的能量/功率最大。
112.本公开采用一个具有多通道微波信号产生端口的雷达芯片或多个级联在一起的雷达芯片组，受同一压控振荡器控制，从而产生多个具有同源性的微波初始信号，将多个微波初始信号通过射频走线连接微波合成结构，直接由微波合成结构把多个产生微波信号端口产生的多个微波初始信号进行能量/功率合成至一个输出端口，无需隔离端，提升了输出的微波发射信号的能量/功率。
113.此外，具有微波信号相位可调的功能，通过调整多个微波初始信号的相位，优化合成的微波发射信号的能量/功率，使其能量/功率达到最大，从而增加雷达物位计的测量能力，提高输出信号的可靠性。
114.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式/方式”、“一些实施方式/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须的是相同的实施方式/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式/方式或示例以及不同实施方式/方式或示例的特征进行结合和组合。
115.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
116.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。