专利名称：有源零拍雷达系统的制作方法
雷达系统越来越多地投入民用领域，例如在工业测量技术(例如物位测量)，在通信电子学(距离报警，对地速度测量)以及在消费领域(移动报警器，开门装置)等使用情况下，取决于技术上投入是否降低到最小程度，尤其要看价格。特别适合于这类应用的雷达系统使用一种有源结构，其天线既可用于发射也可用于接收。这样一种雷达系统称为有源雷达系统，它与发射天线和接收天线分开的双分雷达系统正好相反。在传统雷达技术中持续发射雷达系统的一般结构情况下，振荡器产生的高频信号经天线发射不仅用作发射信号，也按照零拍原理应用，在混频器里接收信号转变为低得多的中频(两信号的差频)。为此目的振荡器给出的一部分功率藉助于发射信号的定向耦合器分流并输送到混频器，这样一种系统描绘在图3内，振荡器1提供高频信号，从定向耦合器11的高频信号中分出一部分并传送到混频器3。通过循环器12实现在天线上分离发射信号和接收信号。各按系统的应用不同，高频信号的频率或者保持不变(例如在多普勒雷达)，或者通过外调制信号4改变(例如频调连续波雷达，脉冲频调雷达)。图3还绘入了为外调制信号馈送配置的接头4和为中频引出头配置的接头5。
在这种装置中应用的循环器12成为制造简单、低成本雷达系统的基本障碍。没有这种循环器也行的结构可以通过应用发射和接收分开的两根天线最简单地实现(即双分雷达)。在这种情况下首先主要由天线决定的外部尺寸的增大是不利的。还有，由于天线的空间位置偏移尤其在近区的方向特性曲线不能准确一致。在有源雷达系统情况下，如选择图4的结构，也能放弃循环器。在这种结构，方向耦合器14也可用于把从天线来的接收信号传送到混频器13的高频输入端上。根据方向耦合器14的插入衰减的大小，与具有循环器的结构不同，接收信号的功率并不完全传送到混频器。因此造成的接收机的低接收灵敏度考虑到在本文一开始所述应用的小传播距离(最大为200米)多半可以容忍。
在上述结构中假设混频器对本机振荡器信号和高频接收信号具有分开的输入端。在微波技术中喜欢用的带平衡混频器的结构就是这种情况。在非平衡混频器(例如二极管混频器)情况下两种待混频的高频信号通过一个共同的接头输入。以T分路取代方向耦合器方式在应用这种混频器时，对图4所示系统的进一步简化是可能的。这种改进方案的基本缺点在于因在非平衡混频器内的振荡器解调振幅噪声而损害了灵敏度。这种解决方案似乎只适合于传播范围只有几米的探测设备。
本发明的任务在于提出一种简化雷达系统，它在紧凑结构尺寸情况下只需少量元件。
这个任务由具有下列特征的雷达系统解决有源零拍雷达系统a)配备有振荡器(1)以产生高频信号，b)配备具有二输入门和一输出门的平衡混频器(2)和c)配备天线(3)，d)这时，混频器的一输入门与振荡器相连，一输入门与天线相连，e)这时，混频器包括具有在耦合臂之间90°相位差的方向耦合器(6)，f)这时，这种方向耦合器具有组成混频器输入门的两输入端(P1，P2)和两输出端(P3，P4)，以及g)这时，这种输出端以这样的阻抗接在其一端，其产生的反射系数至少是如此之大，以至于实现了由振荡器在混频器输入门之间提供的功率足够为规定的发射功率用的过临界耦合。
进一步发展由从属权利要求项给出。
在根据发明所述的雷达系统，它涉及(例如)能用于等幅振荡运行的有源零拍雷达系统。在这种雷达系统有为产生高频信号的振荡器以及有用于发射和接收的天线。这种振荡器和天线常常各自接到混频器的输入门，此外混频器备有输出门。混频器是包括一方向耦合器和二非线性结构元件的平衡混频器。方向耦合器的二耦合臂之间的相位差为90°。混频器是这样设计的，耦合臂以具有如此明显超过零的反射系数的负载阻抗接在其一端，以至于振荡器准备的功率中的足够的份额过临界耦合到混频器的另一输入门，以供发射支配。通过振荡器信号和接收信号的混频产生的中频可以在混频器的输出门上抽头。
以下依靠
图1和图2详尽说明根据发明所述的系统。
图1用图的形式给出根据发明所述的装置结构安排。
图2给出了在图1的结构中使用的混频器的图解结构。
图1描绘了由振荡器1、混频器2和天线3组成的结构。而振荡器产生的高频信号的外调制是通过接头4实现的。混频器提供的中频在混频器的输出门接头5上供使用支配。借助于弯曲虚线所示箭头表示振荡器提供的功率部分地对天线接头过临界耦合。混频器2的本机振荡器输入(LO输入)直接与振荡器1相连，而混频器的高频输入(RF输入)直接与天线3相连。在一般结构形式的平衡混频器情况下，这时例如应用了本文一开始所述图3和图4的结构，目的是使所有三门(二输入门、一输出门)尽可能充分去耦。假若在图1结构情况下这会造成这样结果，通过天线没有发射，因为从振荡器到混频器输入门全部功率在混频器内被吸收。因此，根据本发明所述应用的平衡混频器是这样调制的，由振荡器提供的高频信号功率的确定部分过临界耦合到混频器的另一输入门，且到达通向天线3的通路上。
图2描绘了用肖特基二极管的平衡混频器原理线路图。这种混频器包括定向耦合器6、变换网络7、8(TN)，二极管9、1 0以及具有接头5(混频器输出门)的CLC元件。二极管9、10彼此反向安置，因此在输出接头5上得到所希望的平衡效应。通向方向耦合器的输入端P1、P2的信号的线性组合到达方向耦合器6的输出端P3、P4。二极管由于其非线性特性曲线在差频时附带地产生信号，差频在通过由CLC元件组成的低通滤波器以中频信号到达接头5。变换网络7，8是这样变换二极管9、10的阻抗的，在方向耦合器的输出端P3，P4上产生具有正反射系数的相同负载阻抗。如果二极管的阻抗已经直接导致所希望的反射系数或者例如在二极管上加以合适的直流电压可以导致这种反射系数，那么这种变换网络也可以取消。在平衡结构内可以应用其它具有非线性特性曲线的半导体结构元件，例如晶体管来取代二极管。首先调整反射系数要明显地高于零；优选值处于高于0.3的范围内。虽然具有非衰减的反射系数，基于耦合臂之间选择的90°相位差，混频器的输入门理想匹配。去耦合被抵消，在输入门之间的功率衰减为1/|R|2。假如(例如)选择|R|＝2-1/2，则馈送给输入门的功率有一半移交给另一输入门。
权利要求
1.有源零拍雷达系统a)配备有振荡器(1)以产生高频信号，b)配备具有二输入门和一输出门的平衡混频器(2)和c)配备天线(3)，d)这时，混频器的一输入门与振荡器相连，一输入门与天线相连，e)这时，混频器包括具有在耦合臂之间90°相位差的方向耦合器(6)，f)这时，这种方向耦合器具有组成混频器输入门的两输入端(P1，P2)和两输出端(P3，P4)，以及g)这时，这种输出端以这样的阻抗接在其一端，其产生的反射系数至少是如此之大，以至于实现了由振荡器在混频器输入门之间提供的功率足够为规定的发射功率用的过临界耦合。
2.根据权利要求项1所述的雷达系统，其特征在于，具有反射系数至少为0.3。
3.根据权利要求项1或2所述的雷达系统，其特征在于，混频器包含两个变换网络(7，8)，每一变换网络以其一输入端分别连接到方向耦合器的一输出端(P3，P4)上，而以其一输出端分别连接到非线性电路元件上，并且这种变换网络在方向耦合器上产生预定的反射系数。
4.根据权利要求项1或2所述的雷达系统，其特征在于，混频器包含可以直接连接到方向耦合器的输出端(P3，P4)上的非线性元件，而且这种非线性电路元件是这样安排和布线的，使其产生预期的反射系数。
5.根据权利要求项1到4之一所述的雷达系统，其高频信号被调制。
全文摘要
特别为等幅振荡用的有源零拍雷达系统，在这种系统中平衡混频器(2)以一输入门连接到振荡器(1)，而以另一输入门连接到天线(3)。混频器具有耦合臂之间相位差为90°的方向耦合器。耦合臂的负载阻抗具有大于0.3的反射系数，因而实现了足够为发射用的由振荡器提供功率对天线的过临界耦合。
文档编号G01S7/00GK1163407SQ9710306
公开日1997年10月29日 申请日期1997年3月19日 优先权日1997年3月19日
发明者H·J·西沃尔斯 申请人:西门子公司