专利名称：一种物位多点测量的收发天线系统的制作方法
技术领域：
本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种用于物位多点测量雷达的收发天线系统，是一种低成本收发天线组合，可应用于多点物位测量雷达，实现非接触式测量。
背景技术：
某些特殊行业在生产中需要提供准确、可靠、快捷的物位信息，测量对象包括固体、液体，环境包括闻温、闻压、闻真空、闻粘度、易结晶、强腐蚀、剧毒、溶融、粉尘悬浮等复杂情况，测量较为困难。恶劣环境下的物位测量，最有效的途径是采用非接触式测量方法，已经在工程实际中得到应用的主要有超声波物位仪、同位素物位仪、雷达物位仪。以上各种物位测量方法都使用单点测量技术，在进行固体物料的测量时，使用效果很不理想，因为被测物料的表面一般都不平整，呈不规则的起伏，物料的最高点和最低点之间的落差较大，而单点测量设备只能测量物料的单点信息，该点究竟是其物料的最高点、最低点，还是其中间值，都无法确定，所以测量精度较差，无法满足实际应用的需求。要提供物位测量的精度，必须开发多点物位测量设备。传统阵列接收天线的每个阵元均独自拥有接收通道，所有阵元同时接收信号，但是设备量大，成本高。
发明内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种物位多点测量的收发天线系统，提供一种可用于实现多点物位测量的雷达物位仪的低成本收发天线组合，由发射天线发射宽波束信号，使电磁波完整覆盖测量的范围，用阵列接收天线接收回波信号，可以满足多点测量的要求。技术方案一种物位多点测量的收发天线系统，其特征在于包括发射天线和发射通道、nXn阵列接收天线、开关馈线网络和接收通道；发射天线和发射通道为独立设置的发射宽波束电磁信号的单元，所发射的信号为线性调频连续波信号；阵列接收天线的所有阵元共用一路接收通道，由开关馈线网络控制各个阵元按顺序进行分时选通，每个周期只有一个阵元完成信号接收。在发射天线和阵列接收天线之间设有楔形金属隔离带3，并在双面涂覆隔离吸波材料。所述发射天线的发射信号的波段为毫米波波段。所述阵列接收天线的阵型为二维方形阵列。所述开关馈线网络包括η+1个馈线开关；每个行阵列采用一个馈线开关，前η个馈线开关分别对nXn接收天线阵列的η个行阵列的阵元实施控制，第η+1个馈线开关控制前η个馈线开关，并控制接收天线阵列与接收通道的连通；所述前η个馈线开关各自包括m位TTL控制电平，均以数字O η-1对应的η个m位的二进制码作为行阵列内η个阵元的选通电平；所述第η+1个馈线开关也包括m位TTL控制电平，以数字O n_l对应的η个m位的二进制码作为前η个馈线开关的选通电平；所述m为满足2m彡η的最小整数。有益效果本发明提出的一种物位多点测量的收发天线系统，发射天线为单个天线，发射宽波束电磁信号，使电磁波能够完整覆盖测量范围。发射信号为宽带调频连续波信号。电磁波经物料表面反射后，形成携带物料距离信息的回波信号；由二维方形阵列接收天线实现回波信号接收。接收天线采用阵列接收形式，利用馈线开关控制各个阵元进行分时选通，每个周期只有一个阵元完成信号接收。所有阵元共用一路接收通道，分时复用。本发明中通过对接收阵元进行分时选通，分时接收，使所有接收阵元共用一路接收通道，大大降低了硬件成本，同时利于减小设备体积。本发明的用于物位多点测量雷达的收发天线系统，可应用于多点物位测量雷达，实现非接触式测量，可以工作在高温、高压、高真空、高粘度、轻质粉末等复杂环境下，特别适用于监测储存于容器或露天场所的散状固体物料，应用环境和场合非常广泛。
图1为本发明的中发射与接收天线结构示意图；图2为本发明中发射天线和接收天线的波束覆盖示意图；图3为本发明的馈线开关控制电平示意图；图4为本发明中馈线开关控制结构示意图5为本发明实施例中发射波形和接收天线阵元切换时序图；图6为本发明实施例中物位雷达的收发天线系统及辅助部分原理框图；1-发射天线，2-ηΧη阵列接收天线,3_楔形金属隔离带。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:参照图1和图6，收发天线组合主要包括:发射天线，阵列接收天线，开关馈线网络。在具体应用到物位雷达中，一般还应包括频率综合器、信号处理器等辅助部分。参照图1和图6，频率综合器产生锯齿波线性调频信号，信号带宽为600MHz，中心频率为90GHz，信号重复周期为2毫秒，经发射通道送到发射天线进行发射；频率综合器同时提供接收通道混频所需的本振信号。信号处理器主要负责对回波信号进行处理。参照图1，本实施例中采用发射天线I和接收天线2分置的形式。发射天线为独立单元，发射波束宽(参见图2)，保证测量范围内的物料堆均被信号覆盖，发射信号由频率综合器提供。接收天线2为8X8阵列接收天线，阵元间距为1.6厘米。由于连续波雷达存在严重的发射信号泄露现象，发射天线2的泄漏信号有可能导致接收机饱和；同时落到接收机带宽内的泄漏信号噪声边带可以导致接收机敏度下降。因此要保证系统的正常工作必须尽可能的提高收发隔离度。本实施例在采用双天线的基础上，在收发天线之间增加了楔形金属隔离带3，并涂覆隔离吸波材料，以提高天线隔离度。电磁信号经物料反射后，形成回波信号，由接收天线进行接收。在本实施例中，接收天线采用8X8阵列接收形式，并对昂贵的接收通道进行分时复用，使接收天线阵列的64个阵元共用一路接收通道，以降低成本，各阵元通过馈线开关控制，使其分时与接收通道相连。参见图1，以行为单位，将接收天线阵列的64个阵元分为8组。每组行阵列由一个馈线开关进行控制。参见图3，每个馈线开关由3个的TTL电平(1110，1'111，1'112)控制，实现对8个单元的切换控制，例如控制电平为000时，I号单元选通，控制电平为001时，2号单元选通，依次类推。参见图4，编号为① ⑧的8个馈线开关实现对8组天线行阵列的独立控制，第⑨号馈线开关与接收通道相连，并实施对前8个馈线开关的控制，同样，控制电平为000时，①号开关选通，控制电平为001时，②号开关选通，依次类推。所以共包含9组I选8馈线开关，实现对对8X8接收天线阵元的控制、切换。馈线开关的具体控制字见表I。表I馈线开关控制字
权利要求1.一种物位多点测量的收发天线系统，其特征在于包括发射天线和发射通道、nXn阵列接收天线、开关馈线网络和接收通道；发射天线和发射通道为独立设置的发射宽波束电磁信号的单元，所发射的信号为线性调频连续波信号；阵列接收天线的所有阵元共用一路接收通道，由开关馈线网络控制各个阵元按顺序进行分时选通，每个周期只有一个阵元完成信号接收。
2.根据权利要求1所述物位多点测量的收发天线系统，其特征在于:在发射天线和阵列接收天线之间设有楔形金属隔离带3，并在双面涂覆隔离吸波材料。
3.根据权利要求1所述物位多点测量的收发天线系统，其特征在于:所述发射天线的发射信号的波段为毫米波波段。
4.根据权利要求1所述物位多点测量的收发天线系统，其特征在于:所述阵列接收天线的阵型为二维方形阵列。
5.根据权利要求1所述物位多点测量的收发天线系统，其特征在于:所述开关馈线网络包括η+1个馈线开关；每个行阵列采用一个馈线开关，前η个馈线开关分别对nXn接收天线阵列的η个行阵列的阵元实施控制，第η+1个馈线开关控制前η个馈线开关，并控制接收天线阵列与接收通道的连通；所述前η个馈线开关各自包括m位TTL控制电平，均以数字O η-1对应的η个m位的二进制码作为行阵列内η个阵元的选通电平；所述第η+1个馈线开关也包括m位TTL控制电平，以数字O η-1对应的η个m位的二进制码作为前η个馈线开关的选 通电平；所述m为满足2m彡η的最小整数。
专利摘要本实用新型涉及一种物位多点测量的收发天线系统，发射天线为单个天线，发射宽波束电磁信号，使电磁波能够完整覆盖测量范围。发射信号为宽带调频连续波信号。电磁波经物料表面反射后，形成携带物料距离信息的回波信号；由二维方形阵列接收天线实现回波信号接收。接收天线采用阵列接收形式，利用馈线开关控制各个阵元进行分时选通，每个周期只有一个阵元完成信号接收。所有阵元共用一路接收通道，分时复用。本实用新型中通过对接收阵元进行分时选通，分时接收，使所有接收阵元共用一路接收通道，大大降低了硬件成本，同时利于减小设备体积。
文档编号G01F23/284GK202997058SQ201220673158
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者李斌, 王毅, 李慧敏, 王仁涛, 马可 申请人:西安电子工程研究所
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