FMCW射频系统关键电路与技术研究

作     者：卢文正 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋开军

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：FMCW雷达系统 小型化功分器 生命体征检测 

摘      要：随着毫米波技术的快速发展,微波雷达电路的尺寸得以缩减,成本得以降低,另一方面随着雷达系统的深入研究,雷达的种类也不断丰富,这使得雷达的应用领域越来越广。其中FMCW雷达系统通常具有成本低、系统简单、体积小、可测得目标信息多、近距离的测量盲区小等优点,近年来得到了广泛的研究与应用。FMCW雷达通过发射并接收频率调制后的连续波,探测目标的运动信息,其主要的应用领域包括汽车雷达、现场救援、智能家居、医疗保健、手势识别等。本文对FMCW雷达系统中的关键技术进行研究,设计并制作了一个工作在5.8GHz的FMCW雷达前端,随后在PC端对雷达信号进行处理,实现了距离检测、生命体征检测的功能。雷达系统主要模块包括锯齿波发生电路、压控振荡器、功率分配器、低噪声放大器、IQ解调器、自动增益放大器。雷达系统可以工作于锯齿波调频模式和多普勒模式。本文的具体工作包括:首先介绍了FMCW雷达与多普勒雷达的系统结构,接收发射波形以及探测原理。列出了生命体征检测涉及到的理论基础,以供系统设计时参考。然后对雷达系统的方案进行讨论,确定收发链路与芯片选型,使雷达系统的指标达到应用需求。对各模块电路进行实现。在功分器电路的设计中,提出了一种小型化的功分器,它在威尔金斯功分器原型的基础上结合了耦合线,在性能几乎不变的情况下缩减了电路的尺寸。最后对雷达信号进行处理,从基带信号中提取出主目标的距离信息,探讨FMCW雷达进行生命体征检测的可行性,并且尝试了傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换算法进行心率提取。经过测试本文的雷达系统工作稳定,成功实现了距离测试与心率测试的功能,具有较好的精度。