word版可編輯-ghz車載雷達(dá)原理與設(shè)計(jì)大報(bào)告精心整理docxdocx(編輯修改稿)
2025-08-11 11:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通過(guò)功放后輸出功率約為20dBm，在功放正常輸出功率范圍內(nèi)，同時(shí)考慮到后級(jí)通過(guò)3dB功分器，因此進(jìn)入混頻器的本振信號(hào)功率約為17dBm，也滿足混頻器所需的15dBm本振信號(hào)的要求。因此，該款功放能夠滿足該課題的要求。 ，對(duì)HMC442LC3B測(cè)試板進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試所需儀器包括：雙路電源，信號(hào)源，頻譜儀，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。圖34為HMC442LC3B測(cè)試板實(shí)物圖。圖34 功放測(cè)試板實(shí)物圖上電時(shí)，先上柵壓，再上漏壓，通過(guò)微調(diào)柵壓，使得芯片的工作電流在84mA左右。然后利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)功放的增益和輸入輸出反射系數(shù)進(jìn)行測(cè)試。圖35了S參數(shù)測(cè)試結(jié)果。可以看出，，500MHz帶寬內(nèi)增益平坦度約為1dB，與芯片手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)與小信號(hào)S參數(shù)仿真結(jié)果相比，增益及輸入反射系數(shù)的測(cè)試性能有所下降。通過(guò)分析，考慮可能由以下幾點(diǎn)原因?qū)е拢海?）在測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)芯片的接地對(duì)性能起到重要的影響，尤其在高頻情況下，一旦芯片的接地較差，很容易產(chǎn)生自激。（2）高頻下很容易受到測(cè)試環(huán)境的輻射干擾，可以為測(cè)試板單獨(dú)做一個(gè)封閉的盒子以減少輻射產(chǎn)生的影響。（3）輸入輸出微帶線周圍的地孔與傳輸線距離較近，形成共面波導(dǎo)，從而與設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算的線寬有差異，從而影響輸入輸出反射系數(shù)。圖35 功放S參數(shù)測(cè)試結(jié)果，功率0dBm，通過(guò)功放在頻譜儀上測(cè)試功放輸出功率。通過(guò)逐步增加信號(hào)源輸出信號(hào)功率，對(duì)功放的1dB壓縮點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。圖36為功放1dB壓縮點(diǎn)測(cè)試曲線。圖36 功放1dB壓縮點(diǎn)測(cè)試從測(cè)試結(jié)果可以看出，與芯片手冊(cè)所提供的22dBm典型值吻合。 功率分配器的設(shè)計(jì) 功率分配器是用于功率分配的無(wú)源微波器件。在功率分配中，一個(gè)輸入信號(hào)被功分器分成兩個(gè)或多個(gè)較小的功率信號(hào)。常見(jiàn)的功率分配器有：T型結(jié)功率分配器和威爾金森功率分配器。其中T型結(jié)分配器又包括無(wú)耗分配器和電阻性分配器。無(wú)耗T型結(jié)功分器不能在全部端口匹配，且輸出端口之間沒(méi)有隔離：電阻性功分器雖然可以在全部端口匹配，但不是無(wú)耗的，且輸出端口之間同樣達(dá)不到隔離。威爾金森功分器的特點(diǎn)是：在輸出端口都匹配時(shí)，仍具有無(wú)耗的有用特性，只耗散反射功率。 論文采用3dB威爾金森功分器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。，首先在ADS LineCalc工具中計(jì)算出50歐匹配傳輸線的寬度和70．7歐四分之一波長(zhǎng)微帶線的長(zhǎng)寬。然后利用HFSS對(duì)3dB威爾金森功分器進(jìn)行建模，如圖3—7所示。其中用于平衡兩個(gè)輸出端口，吸收反射功率的隔離電阻采用Lump RLC模型。通過(guò)微調(diào)傳輸線長(zhǎng)度、四分之一波長(zhǎng)微帶線的間距、圓弧角度和隔離電阻的位置等參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化仿真，最終得到中心頻率24．5GHz，帶寬1GHz下的S參數(shù)仿真結(jié)果，如圖3—8所示。圖37 3dB威爾金森功率分配器的HFSS建模圖38 3dB威爾金森功分器仿真結(jié)果從圖38可以看出，功分器兩路輸出達(dá)到平衡，輸入反射系數(shù)約在15dB左右，端口2和端口3的隔離度大約20dB。利用Agilent公司生產(chǎn)的E8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)試。圖3—9給出了測(cè)試板的實(shí)物圖。圖39 3dB威爾金森功分器測(cè)試板實(shí)物圖圖310給出了3dB威爾金森功分器測(cè)試結(jié)果。圖310 3dB威爾金森功分器測(cè)試結(jié)果與圖3—8所示的仿真結(jié)果相比較，3dB威爾金森功分器實(shí)測(cè)性能在反射系數(shù)、隔離度、插入損耗等方面都差了一些。其中，輸入反射系數(shù)只有7dB左右，兩個(gè)輸出端口的反射系數(shù)均在10dB以下，隔離度接近20dB。分析原因，一方面與設(shè)計(jì)本身有關(guān)系，另一方面可能受到測(cè)試環(huán)境和測(cè)試方法的影響：考慮到測(cè)試時(shí)輸入1端口通過(guò)SMA接頭連接，而輸出3端口通過(guò)高頻夾具連接，可能由于SMA接頭在高頻時(shí)的損耗和失配導(dǎo)致輸入反射和插入損耗性能的惡化。4 接收組件設(shè)計(jì) 雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)接收機(jī)的功能是經(jīng)過(guò)放大器、濾波器、下變頻器數(shù)字化回波信號(hào)，以最大限度的區(qū)分需要的回波信號(hào)和不需要的干擾。 雷達(dá)性能通常用所能檢測(cè)到的給定散射界面目標(biāo)的最大作用距離來(lái)表征。雷達(dá)方程的基本形式可表示為：Rmax4=PtGtGrλ2σT(4π)3Smin (41)其中，Rmax是最大探測(cè)距離；Pt是發(fā)射信號(hào)功率；Gt是發(fā)射天線增益；Gr是接收天線增益；λ為發(fā)射電磁能量的波長(zhǎng)；σT為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面；Smin為接收機(jī)最小可檢測(cè)的信號(hào)。24GHz車載雷達(dá)系統(tǒng)需要體積小成本低的接收機(jī)，目前的接收機(jī)種類主要有：超外差接收機(jī)、零中頻接收機(jī)和數(shù)字中頻接收機(jī)等等。超外差式接收機(jī)具有較高的靈敏度指標(biāo)，但是其中頻結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；數(shù)字中頻接收機(jī)則對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的性能具有較高的要求；相對(duì)而言零中頻接收機(jī)更加符合應(yīng)用要求。 零中頻接收機(jī)（ ZeroIF architecture） 。 該系統(tǒng)包括鎖相環(huán)（ Phase Locked Loop， PLL）、接收機(jī)信號(hào)強(qiáng)度指示器（ Received Signal Strength Indicator， RSSI）和濾波器。 這種接收機(jī)的下變頻不經(jīng)過(guò)中頻直接轉(zhuǎn)化成兩路相互正交（ I/Q） 的基帶信號(hào)。由于鏡像干擾信號(hào)的功率電平等于或者小于所需的信號(hào)，且只有一個(gè)本振用于下變頻， 所以該結(jié)構(gòu)的鏡像干擾問(wèn)題較低，并且鏡像干擾濾波器在集成芯片片內(nèi)完成， 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于24GHz車載雷達(dá)體系，易于接收機(jī)的小型化，其低成本、功耗小，具有顯著優(yōu)勢(shì)。圖 41 零中頻接收機(jī)系統(tǒng)框圖但是零中頻接收機(jī)不可避免的存在一些問(wèn)題。首先，本振信號(hào)與載波信號(hào)相同，寄生的本振信號(hào)會(huì)從接收機(jī)泄漏到天線，這會(huì)干擾其他同樣頻率的接收機(jī)，即通常所說(shuō)的本振泄露；其次，偶數(shù)階形變會(huì)進(jìn)入基帶并且不可被抵消，即有偶次失真干擾；最后，接近直流信號(hào)的來(lái)自有源設(shè)備的閃爍噪聲接近直流信號(hào)，這會(huì)惡化信噪比，即存在直流偏差。這些問(wèn)題在設(shè)計(jì)零中頻接收機(jī)中都需要加以考慮，通常采用加大射頻端口間的隔離度、采用差分結(jié)構(gòu)等等加以解決，使其適應(yīng)工作需要。 雷達(dá)接收組件主要技術(shù)參數(shù) 噪聲噪聲系數(shù)是接收機(jī)輸入與輸出信噪比的比值，其表達(dá)式為：Fo=Si/NiSo/No (42)其中，Si為輸入額定信號(hào)的功率；Ni為輸入額定噪聲的功率（ Ni=kT0Bn， Bn 為接收機(jī)的噪聲帶寬）； Si為輸出額定信號(hào)的功率；Ni為輸出額定噪聲的功率。噪聲系數(shù)表征接收機(jī)內(nèi)的噪聲狀況，有確定的物理含義：它表示因?yàn)榻邮諜C(jī)內(nèi)部噪聲的影響， 接收機(jī)輸出端的信噪比相對(duì)于輸入端的信噪比變差的倍數(shù)。當(dāng)F0=1 時(shí)達(dá)到最小噪聲，即接收機(jī)內(nèi)部沒(méi)有噪聲，顯然這是理想狀況。噪聲系數(shù)只適用于接收機(jī)檢波部分以前的部分，此部分電路為線性電路或準(zhǔn)線性電路。接收機(jī)通常由多級(jí)有源電路組成，這就需要考慮多個(gè)單元級(jí)聯(lián)的情況， 所示。圖 噪聲級(jí)聯(lián)n 級(jí)電路級(jí)聯(lián)是接收機(jī)的總噪聲系數(shù)為： F0=F1+F21G1+F31G1G2+…+Fn1G1G2…Gn1 (43)式中，F(xiàn)n指第 n 級(jí)的噪聲系數(shù)，Gn指 n 級(jí)的放大增益。由上式可知，各級(jí)的噪聲系數(shù)小，額定增益高便能保證系統(tǒng)具有低的總噪聲系數(shù)。各級(jí)內(nèi)部的噪聲對(duì)總噪聲的影響并不相同， 主要取決于最前面幾級(jí)，這使得低噪放在接收電路中具有很大的作用，通常采用高增益的低噪放并保證低噪放前級(jí)的無(wú)源電路插損盡量小。 靈敏度接收機(jī)的靈敏度表征其接收信號(hào)的能力，接收機(jī)有
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