正交自我注入锁定雷达制造技术

一种正交自我注入锁定雷达通过相位位移器的调整让振荡讯号操作于两个相位模态，再搭配频率解调器的频率解调及讯号处理器的讯号处理，可消除自我注入锁定现象所造成的非线性失真，使该正交自我注入锁定雷达可用于侦测任意大小的位移变化，令自我注入锁定雷达的应用更加地广泛。

Orthogonal self injection locked radar

A kind of orthogonal self-injection locking radar can eliminate the nonlinear distortion caused by self-injection locking by adjusting the phase shifter so that the oscillatory signal can be operated in two phase modes and then combined with frequency demodulation of the frequency demodulator and signal processing of the signal processor. Measuring the displacement changes of any size makes the application of self injection locking radar more extensive.

【技术实现步骤摘要】
正交自我注入锁定雷达
本专利技术是关于一种自我注入锁定雷达，特别是关于一种正交自我注入锁定雷达。先前技术在先前技术中，自我注入锁定雷达被用于侦测生物体重要的生理讯号，如呼吸、心跳等，其原理是通过发射射频讯号至物体，该射频讯号被该物体反射后再注入自我注入锁定雷达，使自我注入锁定雷达进入自我注入锁定状态(Self-injection-locked)而产生自我注入锁定讯号，由于射频讯号的频率会受到该物体位移的影响而产生都普勒效应，将使得该自我注入锁定讯号中含有该物体位移造成的都普勒成分，因此，理论上对该自我注入锁定雷达的该自我注入锁定讯号分析后即可得到该物体的位移信息。但由于自我注入锁定的特性使然，当该物体的位移振幅超过1/10操作波长时，将会造成输出波形的失真而无法准确判断频率信息，因此，无论该物体的运动范围或大或小，已知的自我注入锁定雷达皆无法由波形中的变化得知该物体的位移信息，使得传统的自我注入锁定雷达只能在该物体进小范围运动时测得其振动频率，而仅能适用于感测该物体呼吸、心跳等微弱振动的频率，而若该物体进行大范围运动时，更是连振动频率都无法测得，导致自我注入锁定雷达的应用范围受限。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供正交自我注入锁定雷达，通过相位位移器使振荡讯号操作于两种相位模态，在该正交自我注入锁定雷达处于自我注入锁定状态时产生具有相位差的两个自我注入锁定讯号，而可通过频率解调及讯号处理的方式消除波形的失真，使得自我注入锁定雷达可用侦测物体的位移信息。本专利技术的一种正交自我注入锁定雷达包含自我注入锁定路径、频率解调器及讯号处理器，该自我注入锁定路径具有压控振荡器、相位位移器及传接天线，该压控振荡器用以输出振荡讯号，该相位位移器用以调整该振荡讯号的相位，使该振荡讯号操作于两种相位模态，该传接天线用以将该振荡讯号发射至物体，该传接天线接收该物体反射的该振荡讯号并传送至该压控振荡器，使该压控振荡器处在自我注入锁定状态而产生第一自我注入锁定讯号及第二自我注入锁定讯号，该频率解调器接收该第一自我注入锁定讯号及该第二自我注入锁定讯号，该频率解调器对该第一自我注入锁定讯号及该第二自我注入锁定讯号进行频率解调以得到第一频率解调讯号及第二频率解调讯号，该讯号处理器接收该第一频率解调讯号及该第二频率解调讯号并进行运算，以得到该物体的位移讯号。本专利技术通过该相位位移器的相位位移，使该振荡讯号操作于两个相位模态，而在自我注入锁定中产生该第一自我注入锁定讯号及该第二自我注入锁定讯号，由此可通过讯号处理的方式消除波型失真，使该正交自我注入锁定雷达位移感测范围更加广泛。附图简单说明图1：依据本专利技术的第一实施例，正交自我注入锁定雷达的功能方块图。图2：依据本专利技术的第一实施例，该正交自我注入锁定雷达的电路图。图3至6：本专利技术的第一实施例的实测数据。图7：依据本专利技术的第二实施例，正交自我注入锁定雷达的功能方块图。图8：依据本专利技术的第三实施例，正交自我注入锁定雷达的功能方块图。实施方式请参阅图1，为本专利技术的第一实施例，一种正交自我注入锁定雷达100的功能方块图，该正交自我注入锁定雷达100包含自我注入锁定路径L、频率解调器200及讯号处理器300，该自我注入锁定路径L具有压控振荡器110、相位位移器120及传接天线130。在本实施例中，该压控振荡器110具有讯号输出端口111、讯号注入端口112及电压控制端口113，该传接天线130具有传送天线131及接收天线132，其中该讯号输出端口111电性连接频率解调器200及该传送天线131，该讯号注入端口112电性连接该相位位移器120，该电压控制端口113电性连接该讯号处理器300，使该压控振荡器110受该讯号处理器300的控制并由该讯号输出端口111输出振荡讯号Sout(t)，该振荡讯号Sout(t)传送至该传送天线131，该传送天线131将该振荡讯号Sout(t)发射至物体S，该物体S反射该振荡讯号Sout(t)，该接收天线132接收该物体S反射的该振荡讯号Sout(t)，且反射的该振荡讯号Sout(t)经由该相位位移器120相位位移后注入该压控振荡器110的该讯号注入端口112，使该压控振荡器110处在该自我注入锁定状态(self-injection-lockedstate)。该相位位移器120受该讯号处理器300的控制而调整该振荡讯号Sout(t)的相位，使该振荡讯号Sout(t)操作于两种相位模态，在本实施例中，该相位位移器120于一相位模态中将该振荡讯号Sout(t)相位位移90度，于另一相位模态中将该振荡讯号Sout(t)相位位移0度，使注入该压控振荡器110的该振荡讯号Sout(t)在两个相位模态之间相差90度，而能在后续的讯号处理过程中消除波形的失真。通过上述的该自我注入锁定路径L可使该压控振荡器110处在该自我注入锁定状态而产生自我注入锁定讯号，由于该物体S反射的该振荡讯号Sout(t)中含有了该物体S位移造成的都普勒成分，对该自我注入锁定讯号进行分析后即可得到该物体S的位移信息。此外，由于该振荡讯号Sout(t)被该相位位移器120相位调整在两个相位模态，因此，本专利技术的该压控振荡器110于该自我注入锁定状态中会产生第一自我注入锁定讯号SIL1及第二自我注入锁定讯号SIL2的相位成分。请参阅图1，该频率解调器200由该自我注入锁定路径L接收该第一自我注入锁定讯号SIL1及该第二自我注入锁定讯号SIL2，且该频率解调器200对该第一自我注入锁定讯号SIL1及该第二自我注入锁定讯号SIL2进行频率解调以得到第一频率解调讯号SBB,0(t)及第二频率解调讯号SBB,90(t)。该讯号处理器300接收该第一频率解调讯号SBB,0(t)及该第二频率解调讯号SBB,90(t)并进行运算，即可得到该物体S的位移讯号αd(t)。在本实施例中，讯号处理器300对该第一频率解调讯号SBB,0(t)及该第二频率解调讯号SBB,90(t)进行反正切解调(arctangentdemodulation)而得到解调讯号Sdemod(t)，该反正切解调的计算式为：其中，Sdemod(t)为该解调讯号，SBB，0(t)为该第一频率解调讯号，SBB，90(t)为该第二频率解调讯号，αd(t)为该物体S的位移所造成的相位变化，c为光速，d0为该物体与该传接天线130间的初始距离，x(t)为该物体的位移振幅，ωosc为振荡器的初始振荡频率。本专利技术在该自我注入锁定路径L中通过该相位位移器120使该振荡讯号Sout(t)操作于两个具有相位差的相位模态，而能根本地解决自我注入锁定现象(self-injection-lockedphenomenon)所产生的非线性失真，从而消除了自我注入锁定雷达仅可用于侦测微弱振动的限制，而可进行更广泛地应用。请参阅图2，为本专利技术的第一实施例的电路图，其中该自我注入锁定路径L另具有放大器140及第一功率分配器150(powersplitter)，在本实施例中，该放大器140电性连接该压控振荡器110的该讯号输出端口111，用以将该振荡讯号Sout(t)放大。该第一功率分配器150电性连接该放大器140，以分别将讯号传送至该频率解调器200及该传送天线131，可避免后端的该频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正交自我注入锁定雷达，其包含：自我注入锁定路径，其具有压控振荡器、相位位移器及传接天线，该压控振荡器用以输出振荡讯号，该相位位移器用以调整该振荡讯号的相位，使该振荡讯号操作于两种相位模态，该传接天线用以将该振荡讯号发射至物体，该传接天线接收该物体反射的该振荡讯号并传送至该压控振荡器，使该压控振荡器处在自我注入锁定状态而产生第一自我注入锁定讯号及第二自我注入锁定讯号；频率解调器，接收该第一自我注入锁定讯号及该第二自我注入锁定讯号，该频率解调器对该第一自我注入锁定讯号及该第二自我注入锁定讯号进行频率解调以得到第一频率解调讯号及第二频率解调讯号；以及讯号处理器，接收该第一频率解调讯号及该第二频率解调讯号并进行运算，以得到该物体的位移讯号。

【技术特征摘要】
2017.02.07 TW 1061038811.一种正交自我注入锁定雷达，其包含：自我注入锁定路径，其具有压控振荡器、相位位移器及传接天线，该压控振荡器用以输出振荡讯号，该相位位移器用以调整该振荡讯号的相位，使该振荡讯号操作于两种相位模态，该传接天线用以将该振荡讯号发射至物体，该传接天线接收该物体反射的该振荡讯号并传送至该压控振荡器，使该压控振荡器处在自我注入锁定状态而产生第一自我注入锁定讯号及第二自我注入锁定讯号；频率解调器，接收该第一自我注入锁定讯号及该第二自我注入锁定讯号，该频率解调器对该第一自我注入锁定讯号及该第二自我注入锁定讯号进行频率解调以得到第一频率解调讯号及第二频率解调讯号；以及讯号处理器，接收该第一频率解调讯号及该第二频率解调讯号并进行运算，以得到该物体的位移讯号。2.根据权利要求1所述的正交自我注入锁定雷达，其中该压控振荡器具有讯号输出端口及讯号注入端口，该传接天线具有传送天线及接收天线，该讯号输出端口电性连接该频率解调器及该传送天线，该讯号注入端口电性连接该相位位移器，该相位位移器电性连接该接收天线，其中该接收天线接收的反射的该振荡讯号经由该相位位移器相位位移后传送至该压控振荡器的该讯号注入端口，使该压控振荡器处在该自我注入锁定状态。3.根据权利要求1所述的正交自我注入锁定雷达，其中该压控振荡器具有讯号输出端口及讯号注入端口，该传接天线具有传送天线及接收天线，该讯号输出端口电性连接该频率解调器及该相位位移器，该讯号注入端口电性连接该接收天线，其中该压控振荡器输出的该振荡讯号经由该相位位移器相位位移后传送至该传送天线。4.根据权利要求2或3所述的正交自我注入锁定雷达，其中该相位位移器于一相位模态中将该振荡讯号相位位移90度，于另一相位模态中将该振荡讯号相位位移0度，使该振荡讯号在两个相位模态之间相差90度。5.根据权利要求1所述的正交自我注入锁定雷达，其中该压控振荡器具有讯号输出端口及讯号输出/注入端口，该讯号输出端口电性连接该频率解调器，该讯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王复康，洪子圣，唐牧群，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71