毫米波 (millimeter wave )波长为1~10毫米的电磁波称毫米波,它坐落微波与远红外波相交叠的波长规模,因此兼有两种波谱的特色。
它具有以下首要特色:
•极宽的带宽:一般以为毫米波频率规模为26.5~300GHz,带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波悉数带宽的10倍。即便考虑大气吸收,在大气中传达时只能运用四个首要窗口,但这四个窗口的总带宽也可达135GHz,为微波以下各波段带宽之和的5 倍。这在频率资源严重的今日无疑极具吸引力。
•波束窄:在相同天线尺度下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12cm的天线,在9.4GHz时波束宽度为18度,而94GHz时波速宽度仅1.8度。因此能够分辩相距更近的小方针或许更为明晰地调查方针的细节。
•与激光比较:毫米波的传达受气候的影响要小得多,能够以为具有全天候特性。
•和微波比较:毫米波元器件的尺度要小得多。因此毫米波体系更简略小型化。
为此,它们在通讯、雷达、制导、遥感技能、射电天文学和波谱学方面都有严重的含义。运用大气窗口的毫米波频率可完成大容量的卫星-地上通讯或地上中继通讯。运用毫米波天线的窄波束和低旁瓣功用可完成低仰角精细盯梢雷达和成像雷达。在长途导弹或航天器重返大气层时,需选用能顺畅穿透等离子体的毫米波完成通讯和制导。高分辩率的毫米波辐射计适用于气候参数的遥感。用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜勘探宇宙空间的辐射波谱能够揣度星际物质的成分。
毫米波雷达(Millimeter Wave Radar)的运用
表面上看来毫米波体系和微波体系的运用规模大致是相同的。但实践上两者的功用有很大的差异,优缺陷正好相反。因此毫米波体系常常和微波体系一同组成功用互补的体系。下面分述各种运用的开展状况。毫米波雷达的长处是角分辩率高、频带宽因此有利于选用脉冲紧缩技能、多普勒颇移大和体系的体积小。缺陷是因为大气吸收较大,当需求大效果间隔时所需的发射功率及天线增益都比微波体系高。下面是一些典型的运用实例。
空间方针辨认雷达:它们的特色是运用大型天线以得到成像所需的角分辩率和足够高的天线增益,运用大功率发射机以确保效果间隔。例如一部作业于35GHz的空间方针辨认雷达其天线直径达36m。用行波管供给10kw的发射功率,能够拍照远在16,000km处的卫星的相片。一部作业于94GHz的空间方针辨认雷达的天线直径为13.5m。当用回波管供给20kw的发射功率时,能够对14400km远处的方针进行高分辩率摄像。
轿车防撞雷达: 因其效果间隔不需求很远,故发射机的输出功率不需求很高,但要求有很高的间隔分辩率(抵达米级),一起要能测速,且雷达的体积要尽或许小。所以选用以固态振荡器作为发射机的毫米波脉冲多普勒雷达。选用脉冲紧缩技能将脉宽紧缩到纳秒级,大大进步了间隔分辩率。运用毫米波多普勒颇移大的特色得到精确的速度值。
直升飞机防控雷达: 现代直升飞机的空难事端中,飞机与高压架空电缆相撞形成的事端占了适当高的比率。因此直升飞机防控雷达有必要能发现线径较细的高压架空电缆,需求选用分辩率较高的短波长雷达,实践多用3mm雷达。
精细盯梢雷达: 实践的精细盯梢雷达多是双频体系,即一部雷达可一起作业于微波频段(效果间隔远而盯梢精度较差)和毫米波频段(盯梢精度高而效果间隔较短),两者互补获得较好的效果。例如美国海军研发的双频精细盯梢雷达即有一部9GHz、300kw的发射机和一部35GHz、13kw的发射机及相应的接纳体系,共用2.4m抛物面天线,已成功地盯梢了距水面30m高的方针,效果间隔可达27km。双额还带来了一个附加的优点:毫米波频率可作为荫蔽频率运用,进步雷达的抗搅扰才能。
轿车自动防磕碰的作业原理
轿车防磕碰体系对进步轿车行进安全性十分重要,该体系的研讨一向倍受注重。从1971年开端,相继呈现过超声波、激光、红外、微波等多种方法的自动轿车防磕碰体系,可是以上体系均存在一些缺乏,未能在轿车上很多推广运用。跟着各国高速公路网的快速开展,恶性交通事端不断添加,为削减事端,先后选用行进安全带、安全气囊等保护措施,但这些技能均为被迫防护,不能从根本上解决问题。毫米波RF带广大,分辩率高,天线部件尺度小,能习惯恶劣环境,所以毫米波雷达体系具有重量轻、体积小和全天候等特色,“自动轿车毫米波防磕碰雷达体系”成为近年来国际上研讨与开发的热门,并已有产品开端投入市场,远景十分看好。
自动轿车防磕碰是以雷达测距、测速为根底的。防撞雷达体系实时监测车辆的前方,当有风险方针(如行进前方中止或慢行的车辆)呈现,雷达体系提早向司机宣告报警,使司机及时作出反应,一起雷达输出信号抵达轿车控制体系,依据状况进行自动刹车或减速。
毫米波防撞雷达体系有调频接连波(FMCW)雷达和脉冲雷达两种。关于脉冲雷达体系,当方针间隔很近时,发射脉冲和接纳脉冲之间的时间差十分小,这就要求体系选用高速信号处理技能,近间隔脉冲雷达体系就变的十分复杂,本钱也大幅上升。因此轿车毫米波雷达防撞体系常选用结构简略、本钱较低、适合做近间隔勘探的调频接连波雷达体系。
射频收发前端是雷达体系的核心部件。国内外现已对前端进行了很多深入研讨,并获得了长足的开展。现已研宣告各种结构的前端,首要包含波导结构前端,微带结构前端以及前端的单片集成。国内研发的射频前端首要是波导结构前端。一个典型的射频前端首要包含线性VCO、环行器和平衡混频器三部分。前端混频输出的中频信号经过中频扩展送至后级数据处理部分。数据处理部分的根本方针是消除不必要信号(如杂波)和搅扰信号,并对经过中频扩展的混频信号进行处理,从信号频谱中提取方针间隔和速度等信息。
毫米波FMCW雷达测距、测速原理
雷达体系经过天线向外发射一列接连调频毫米波,并接纳方针的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规则改变。一般调制信号为三角波信号。反射波与发射波的形状相同,只是在时间上有一个推迟,发射信号与反射信号在某一时间的频率差即为混频输出的中频信号频率,且方针间隔与前端输出的中频频率成正比。假如反射信号来自一个相对运动的方针,则反射信号中包含一个由方针的相对运动所引起的多谱勒频移。依据多谱勒原理就能够计算出方针间隔和方针相对运动速度。
已开发的车用自动防磕碰毫米波雷达
博世最近宣告了选用SiGe技能的毫米波雷达LRR(Long Range Rader)3。此次开发的毫米波雷达由77GHz频带的MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits)芯片组、4根贴片天线以及专用ASIC构成。芯片组由发送和接纳用的两个芯片组成,两芯片均运用了SiGe技能。毫米波雷达的可检测间隔为0.5m~250m。检测视点规模在30m远处为30度。
博世表明经过选用SiGe技能,能够比以往选用的MMIC技能降低本钱。将来有望在车辆上配备两个毫米波雷达,并可追加功用。该公司在车辆前方配备了两个毫米波雷达,并发布了车辆实验成果——检测视点规模在30m远处扩展到了60度。
与只配备一个毫米波雷达比较,配备两个毫米波雷达进步了急转弯时的检测精度,能够愈加精确地捕捉到前方车辆及路旁边的护栏等。实车实验中,在曲率半径为35m的道路上也可精确地辨认前方车辆。该公司表明,该配备能够进步低速追寻的ACC(Adaptive Cruise Control System)的精确度等。别的,将来还能够添加各种功用,比方经过检测路旁的护栏等来辨认弯道的形状,与车辆的横摆力矩合作以避免侧滑等。
日立制作所最近开宣告两种体积更小的车载毫米波雷达,运用76GHz频带,检测间隔最长达200m。
用于进行长间隔检测的(检测规模1m-127m)毫米波雷达,尺度为横100mm×纵80mm×厚30mm。与本来的机型比较,模块的厚度和体积大约别离减至以来的1/3和1/4。别的,用于进行短间隔检测的毫米波雷达(检测规模0.1m—25m)首要经过改善天线,将检测视点从长间隔检测雷达的±15度扩展到了±35度。
毫米波雷达首要由天线、高频电路及信号处理部分组成。日立制作所为了减小毫米波雷达的厚度,改善了高频电路及信号处理部分,经过将MMIC芯片封装在多层印刷线路板上,减小了体积,与本来运用单层印刷线路板的雷达比较,大幅进步了高频部件的封装密度。在进步微处理器功用的一起,经过添加混载内存的存储容量,将悉数处理均会集在了1个微处理器上。因为削减了微处理器,所以信号处理部分出产的内部热量也随之削减,然后进步了部件的封装密度,这也为信号处理部分的小型化做出了奉献。
电装宣告开宣告了体积比原款减小一半、本钱大幅削减的毫米波雷达。运用高功用信号处理技能,经过削减天线的接纳信道数,完成了天线和收发元件的小型化。经过衔接天线和收发元件,将传送电波的导波管和收发天线融为一体,完成了产品的小型化和低本钱化。