[发明专利]基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计

权利要求书

1.一种基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，包括：

电子学单元，设置于待测液位的容器外，用于产生发射信号；

同轴电缆，与所述电子学单元连接，用于将所述发射信号传输至设置于待测液位的容器内的同轴导波杆；所述同轴导波杆基于频域反射原理产生回波信号返回至所述电子学单元，进而获得待测液位的高度信息；

所述电子学单元包括：

发射模块，用于产生两路调频连续波信号；

开关模块，包括：

发射选通开关，用于对一路调频连续波信号进行幅度调制；

接收选通开关，与所述发射选通开关处于相反的开关状态，用于间隙性接收所述回波信号；以及

收发切换开关，同时与所述发射选通开关和接收选通开关相连，对应所述发射选通开关和接收选通开关的开关状态使电子学单元处于信号发射态或信号接收态；

接收模块，用于接收另一路调频连续波信号作为本振信号，进而将所述回波信号处理为数字回波信号；以及

信号处理模块，用于发出控制信号控制所述发射模块和开关模块工作，并对数字回波信号进行处理得到液位高度信息；

远端较弱的液位回波信号处于系统响应较大位置时，开关模块门控信号时宽T_p满足其中，c为电磁波在真空中的传播速度，L_l为电子学单元与导波杆间同轴电缆的物理长度，v_p为电缆中信号的传输速率，L_a为同轴导波杆长度。

2.根据权利要求1所述的基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，所述发射模块包括：基带线性调频信号产生模块、锁相环、功分器、以及放大器，其中，所述基带线性调频信号产生模块在信号处理模块的控制下产生20～40MHz线性调频信号并输出到所述锁相环的参考端；所述锁相环将参考端接收的参考信号倍频到频率为1～2GHz的调频连续波信号，并输入功分器；所述的功分器将调频连续波信号分为两路。

3.根据权利要求1所述的基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，所述接收模块包括：混频器、高通滤波器、放大器、低通滤波器、以及ADC；其中，所述混频器用于接收另一路调频连续波信号作为本振信号，使得所述回波信号经接收模块处理后数字化为数字回波信号。

4.根据权利要求1所述的基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，发射信号间隙，发射选通开关导通，收发切换开关处于发射状态，接收选通开关关闭，提高发射时隙内的收发隔离度。

5.根据权利要求1所述的基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，接收信号间隙，发射选通开关关闭，收发切换开关处于接收状态，接收选通开关导通，提高接收时隙内的收发隔离度。

6.根据权利要求1所述的基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，所述电子学单元工作在1～2GHz频段；所述发射模块产生扫频时宽为4ms的两路调频连续波信号。

7.根据权利要求1所述的基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，接收模块中低通滤波器将脉冲形式的门控回波滤波成连续信号，其截止频率f_c远小于开关模块的门控信号频率，即：

f_c＜＜1/T_p；

接收模块的混频器后引入高通滤波器，能够有效抑制直达波信号，防止后级放大器饱和。

8.根据权利要求7所述的基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计，使用补偿函数与回波信号频谱相乘，消除门控产生的雷达系统响应对回波信号幅度的影响，补偿函数H_c(f)表示如下：

其中，B为雷达系统带宽，为液位回波信号时频变换后得到的信号频率，T_s为发射信号扫频时宽。