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调频连续波雷达系统的研究与实现

调频连续波雷达系统的研究与实现

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作者：卢钰上海大学

学位级别：硕士

随着雷达在诸多民用领域的应用逐渐深入,调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达因其高分辨率、低功耗等优点得到广泛的应用。本论文基于FMCW雷达的工作原理和测量原理,针对目前H类车载雷达通用设备和物位传感器的需... 详细信息

随着雷达在诸多民用领域的应用逐渐深入,调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达因其高分辨率、低功耗等优点得到广泛的应用。本论文基于FMCW雷达的工作原理和测量原理,针对目前H类车载雷达通用设备和物位传感器的需求,设计并实现了工作频段为24～24.25 GHz、测量距离为100 m、距离分辨率为1 m的FMCW雷达收发系统。本论文的工作主要分为以下两个部分:首先,本论文提出将FMCW雷达系统发射链路中具有高隔离度的接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide,GCPW)功分器与频率合成器相集成,以便实现高灵敏度探测,同时减少传输损耗和避免引入不必要的噪声。其中,频率合成器的设计采用锁相环(Phase Locked Loop,PLL)频率合成技术,从PLL的工作原理出发,以环路滤波器的设计理论为核心,围绕着锁相环芯片ADF4159,结合外置的晶振、有源环路滤波器、压控振荡器模块,设计并实现了24～24.25 GHz的三角波调制信号,调制带宽为250 MHz,调制周期为2 ms,频率抖动为-160～130k Hz,相位噪声低于-75 d Bc/Hz@100 k Hz。实验过程中,采用微控制处理器(Microcontroller Unit,MCU)MSP430,利用上位机软件Code Composer Studio,同时借助仿真器对ADF4159的寄存器进行斜坡控制,验证了设计的有效性。GCPW功分器的设计以Wilkinson功分器原理为设计机理,将GCPW传输线与耦合GCPW传输线相结合,插入损耗为4 d B,隔离度为47 d B,实现了系统所需的高隔离度与低损耗的无源功分器,并将其与频率合成器相集成进行了测试,测试结果与仿真结果基本吻合。然后,在频率合成器和功分器设计完成并且集成的基础上,本论文针对所提出的FMCW雷达的系统指标,完成了FMCW雷达射频前端中的其他模块的设计,包括功率放大器、低噪声放大器、混频器、中频放大器。其中功率放大器和低噪声放大器分别实现了19 d B和20 d B的放大增益,混频器的变频损耗为13.5d B,中频放大器实现了40 d B的增益。将上述模块与收发天线相级联,本论文搭建了FMCW雷达收发系统并设计了距离测量实验和距离分辨率测试实验,最终该系统实现了1m的距离分辨率,距离的测量误差小于1 m。

关键词：调频连续波 K波段频率合成器接地共面波导功分器

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