【正文】 （） 中間級(jí)放大電路 c 后級(jí)放大電路 由于通道一輸入信號(hào)的幅度和頻率很低，因此輸出級(jí)增加一級(jí)放大電路，有利于對(duì)微弱低頻信號(hào)的放大。 后級(jí)放大電路 濾波電路的設(shè)計(jì)與分析濾波電路在接收前端電路中起著很重要的作用，它決定了信號(hào)的通頻帶，同時(shí)也起濾除干擾的作用。如果能夠干凈地除去混入噪聲的成分，只保留信號(hào)頻率成分，就可以高精度地處理所獲得的信號(hào)。從選擇頻率成分的角度分類(lèi)，濾波器主要有以下四種：（1）低通濾波器（LPF）——允許截止頻率以下的成分通過(guò)；（2）高通濾波器（HPF）——允許截止頻率以上的成分通過(guò)；（3）帶通濾波器（BPF）——允許特定的頻率成分（頻帶）通過(guò)；（4）帶阻濾波器（ＢＥF）——只除去特定的頻率成分（頻帶）。a LPF電路 本濾波電路主要濾除干擾信號(hào)，并且要求幅頻特性中有最大的平坦區(qū)，為此選用四階壓控電壓源巴特沃斯型濾波器。壓控電壓源型電路結(jié)構(gòu)的濾波器特點(diǎn)是使用元件少，對(duì)放大器要求不高。 LPF電路10Hz、 。 lOHz， LPF電路的元件值名 稱(chēng)R9R10R11R12C5C3C6C410Hz285K1uF1uF443K197K523K1uF1uF、。 10Hz巴特沃斯型低通濾波器、它們都具有平坦的3dB通頻帶。 b HPF電路 。 HPF電路 c BPF電路 50 Hz帶阻濾波器在電路中起著很重要的作用。在檢測(cè)過(guò)程中，直流電源、周?chē)h(huán)境中的輸電線路等，都會(huì)對(duì)接收電路產(chǎn)生50 Hz的工頻干擾。因此，在電路中加入50Hz帶阻濾波器濾除由其他電路耦合進(jìn)來(lái)的50Hz干擾信號(hào)是非常必要的。50Hz帶阻濾波器的設(shè)計(jì)要求為：Hz；Hz；電路采用50Hz帶通濾波器和加法電路組成，一路經(jīng)10K電阻進(jìn)入加法器輸入端，一路經(jīng)增益為1的50Hz帶通濾波器，經(jīng)10K電阻耦合進(jìn)入加法器輸入端。兩路信號(hào)相加，得到50Hz BEF。 50Hz BEF電路 50Hz陷波器 本章小結(jié)本章首先介紹了微功率沖擊雷達(dá)接收電路的原理及其構(gòu)成，然后分別對(duì)取樣積分電路、延時(shí)電路和回波預(yù)處理電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。其中取樣電路重點(diǎn)介紹了橋式取樣門(mén)電路，對(duì)其橋式取樣門(mén)的主要參數(shù)加以分析從而完成設(shè)計(jì)；延時(shí)電路重點(diǎn)分析了數(shù)字可編程延時(shí)芯片AD9501，根據(jù)AD9501的特性完了此部分的設(shè)計(jì)；最后是回波預(yù)處理電路，根據(jù)人體生命信息的特征，完成放大濾波電路的設(shè)計(jì)。5 硬件電路的調(diào)試與PCB設(shè)計(jì)完成微功率沖擊雷達(dá)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅只是設(shè)計(jì)硬件電路及制作電路板，更重要的是對(duì)電路板的調(diào)試。通過(guò)對(duì)電路板的調(diào)試可以確定電路的可行性，也會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題并進(jìn)行改正，實(shí)現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而可以使電路更好的應(yīng)用到實(shí)際生活中。調(diào)試電路時(shí)，首先做好準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備一些常用的測(cè)量?jī)x器，導(dǎo)線，電源等。其次對(duì)電路采用逐級(jí)測(cè)試的方法，對(duì)電路一級(jí)一級(jí)進(jìn)行檢測(cè)。如有問(wèn)題先切斷電源，再次檢測(cè)電路是否完好；元器件是否可以正常工作；根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷問(wèn)題所在，改變電路后再次調(diào)試。如無(wú)問(wèn)題則記錄其檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行下一級(jí)的檢測(cè)。最后當(dāng)檢測(cè)完成后記錄檢測(cè)結(jié)果，并切斷電源，收好電路板。 微功率沖擊雷達(dá)發(fā)射電路的調(diào)試 微功率沖擊雷達(dá)發(fā)射電路是采用雪崩三極管的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生雙極性超寬帶脈沖，其發(fā)射部分包括脈沖發(fā)生器、脈沖整形電路、窄脈沖產(chǎn)生。根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為三部分進(jìn)行檢測(cè)，其中窄脈沖產(chǎn)生電路由兩級(jí)雪崩三極管級(jí)聯(lián)成，故需要一級(jí)一級(jí)檢測(cè)。檢查電路連接都規(guī)范后，連接電路與示波器后檢查一切無(wú)誤后，打開(kāi)電源。極窄脈沖的形成脈沖的整形器脈沖的發(fā)生器 發(fā)射電路的原理框圖檢測(cè)結(jié)果及報(bào)告如下：a 脈沖發(fā)生器的檢測(cè) 脈沖發(fā)生器采用有源晶振產(chǎn)生5V，占空比為10%，重復(fù)頻率為10M的方波。 脈沖發(fā)生器檢測(cè)結(jié)果 b 脈沖整形電路檢測(cè) 脈沖整形電路包括了加速電路、肖特基二極管、微分整形電路。 脈沖整形電路檢測(cè)結(jié)果c 極窄脈沖的形成 本文微功率沖擊雷達(dá)產(chǎn)生的是雙極性超寬帶脈沖，其電路由兩個(gè)雪崩三級(jí)管聯(lián)級(jí)聯(lián)電路形成。在測(cè)試過(guò)程中，首先檢測(cè)三級(jí)管是不是可以正常工作，然后先測(cè)其負(fù)極性脈沖產(chǎn)生電路。 微功率沖擊雷達(dá)接收電路的測(cè)試微功率沖擊雷達(dá)采用橋式取樣二級(jí)管對(duì)反射的回波進(jìn)行采樣，利用脈沖振蕩對(duì)取樣門(mén)進(jìn)行控制，并通過(guò)放大濾波電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步處理。其原理框圖如圖。放大、濾波微控制單元取樣積分可變延遲脈沖振蕩器 接收電路的測(cè)試分為四個(gè)部分： a 可變延遲芯片AD9501的檢測(cè) 首先采用單片機(jī)C8051F020的P0端連接延遲芯片AD9501的數(shù)據(jù)端。電路中的脈沖振蕩器為其延遲芯片提供晶振觸發(fā)，通過(guò)采用計(jì)算機(jī)編程延遲程序?qū)ρ舆t芯片進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)延時(shí)芯片的調(diào)試。 b 與發(fā)射端相同的負(fù)極性脈沖電路的檢測(cè) 檢測(cè)方法與上節(jié)相同，在此電路的后級(jí)連接的變壓器，將兩個(gè)輸出端口分別接上示波器，看其結(jié)果是否將負(fù)極性脈沖分壓。 c 橋式二極管電路的檢測(cè) 利用上面延遲經(jīng)負(fù)極性脈沖電路通過(guò)分壓產(chǎn)生的脈沖信號(hào)控制二極管的開(kāi)關(guān)，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生人體生命信號(hào)輸入橋式二極管，檢測(cè)其二極管是否導(dǎo)通。 d 放大濾波電路的檢測(cè) 帶通及放大濾波電路是采用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)具體的信號(hào)代替生命信號(hào)，通過(guò)濾波電路在結(jié)果處檢測(cè)出信號(hào)可以順利通過(guò)，且放大倍數(shù)同理仿真計(jì)算值相同。其檢測(cè)過(guò)程也是一級(jí)一級(jí)檢測(cè)，由其注意電路連接的正確性、芯片是否正常工作等。 PCB板設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)本電路設(shè)計(jì)目標(biāo)是先在固定距離之內(nèi)檢測(cè)出人體生命信號(hào)，再考慮具體的后續(xù)控制和改進(jìn)。電路設(shè)計(jì)中用到的主要器件在前面章節(jié)中都已提及，現(xiàn)在要補(bǔ)充說(shuō)明的是電源部分、天線部分和接收后端接口電路部分。電源部分選用現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源，所選用的開(kāi)關(guān)電源可以提供＋24V和177。12V三種直流電源，而設(shè)計(jì)要用到24V、5V和177。12V四種電源，＋5V的電源通過(guò)穩(wěn)壓電源L7805經(jīng)＋12V得到。天線采用收發(fā)分離形式，電路板上只需設(shè)計(jì)相關(guān)接口電路。本文設(shè)計(jì)的電路是在一塊電路板中實(shí)現(xiàn)的，該電路板中沒(méi)有包含接收后端電路，但設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了用C8051F020 單片機(jī)作為接收后端的處理電路，因此留下了相應(yīng)接口電路，以待后續(xù)設(shè)計(jì)研究，總體PCB圖可參見(jiàn)附錄圖B。 PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 本文所設(shè)計(jì)UWB生命探測(cè)雷達(dá)在進(jìn)行發(fā)射和接收取樣電路部分設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)樗a(chǎn)生的UWB脈沖持續(xù)時(shí)間極短，頻譜分布在約200 MHz很寬的頻帶內(nèi)，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該用高速電路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，布局時(shí)要考慮電磁兼容等問(wèn)題，布線時(shí)盡量采用首尾相連的方法。本文采用Protel 99 SE進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)主要包括手動(dòng)布局和布線兩個(gè)方面。整個(gè)電路中既有高頻也有低頻，這里所說(shuō)的注意事項(xiàng)以高頻設(shè)計(jì)為主從整體考慮。電路系統(tǒng)的布線包括系統(tǒng)中印制電路板的設(shè)計(jì)及走線，以及電路中各元器件的位置排列等。設(shè)計(jì)合理的布線有兩方面的含義：一方面首先是從抗干擾的角度，盡量減少電路中的分布電容和電感，另一方面是合理布置電路的回路途徑和環(huán)路面積，使之控制在要求的范圍內(nèi)。本章主要完成了所設(shè)計(jì)的超寬帶雷達(dá)的驗(yàn)證電路，通過(guò)對(duì)發(fā)射和接受電路的一級(jí)一級(jí)檢測(cè)，完成了微功率沖擊雷達(dá)檢測(cè)生命信號(hào)的功能。PCB的設(shè)計(jì)和注意事項(xiàng)。6 總結(jié)與展望 本文主要研究成果UWB生命探測(cè)雷達(dá)是近年來(lái)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的新發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)UWB生命探測(cè)雷達(dá)技術(shù)的研究剛剛起步，目前，它仍是一個(gè)比較新的富有挑戰(zhàn)性的研究課題。這一探測(cè)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)具有重要的軍事和民用價(jià)值，將在大規(guī)模城區(qū)巷戰(zhàn)、城市環(huán)境的反恐斗爭(zhēng)和廢墟中的人員搜索與救援等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。本文的主要研究工作和成果可概括為以下幾個(gè)方面:1）仔細(xì)研究了UWB生命探測(cè)雷達(dá)的整體構(gòu)成并確定了整體設(shè)計(jì)方案。2）分析了UWB生命探測(cè)雷達(dá)的回波模型特性和回波時(shí)延的特點(diǎn)；根據(jù)相關(guān)接收的理論和在無(wú)線信道傳輸信號(hào)的特點(diǎn)確定了UWB信號(hào)最佳形式。3）分析對(duì)比了UWB脈沖的各種產(chǎn)生方案及實(shí)現(xiàn)情況，確定了用射頻三極管MRF5812的雪崩特性來(lái)產(chǎn)生UWB雙極性脈沖，寬度為1342ps的超短、快速前沿的雙極性UWB脈沖。4）分析對(duì)比了幾種取樣積分電路方案，確定了橋式取樣積分電路作為最終的取樣門(mén)電路，并完成了取樣積分電路；初步完成延時(shí)電路設(shè)計(jì)。研究對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行取樣積分后的后續(xù)處理方案，完成相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，包括帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器、放大和低通濾波器。1） 6）對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了仿真分析，對(duì)脈沖的產(chǎn)生、脈沖的整形、脈沖的產(chǎn)生電路連接示波器進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)延時(shí)電路、取樣積分電路、放大濾波電路進(jìn)行一級(jí)一級(jí)的檢測(cè)。詳細(xì)分析了每個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)思路及方案，并仿真得出結(jié)果。完成整體電路設(shè)計(jì)并完成PCB版設(shè)計(jì)。 后續(xù)研究工作的展望本文針對(duì)UWB生命探測(cè)雷達(dá)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的、比較全面和深入的研究。綜合目前國(guó)內(nèi)外在UWB生命探測(cè)雷達(dá)電路設(shè)計(jì)上的各種方案，提出了較為適用的一種設(shè)計(jì)方案，并完成了對(duì)應(yīng)電路的設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)整體考慮，還有許多不完善的地方和沒(méi)有做的工作：1）天線部分只是采用現(xiàn)成的桿狀天線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。2）接收后端部分只初步制定了設(shè)計(jì)方案，電路板還需要設(shè)計(jì)和制作出來(lái)。3）系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要軟件編程來(lái)配合實(shí)現(xiàn)，特別是延時(shí)電路的步長(zhǎng)和延時(shí)控制，還有大量工作來(lái)做。4）電路板的設(shè)計(jì)過(guò)程中盡管考慮到了電磁兼容等因素，但由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，需要在調(diào)試中進(jìn)一步改進(jìn)和完善。參考文獻(xiàn)[1] Droitcour A D,Lubecke V M and Lin J,et Microwave Radio for Doppler Radar Sensing of Vital Signs［C］.2001 IEEE MITS International Microwave Symposium. 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