应用于FMCW雷达系统的频率源设计

摘要

微波毫米波信号由于具有波长较短、频带较宽等特性，已广泛应用于制导、电子对抗、微波通信等领域，连续波雷达采用频率调制的高频电磁载波，具有测量精度高、发射波形简单、输出功率低和数字信号处理高效可靠等诸多优点，正逐步取代现有超声波和红外防撞系统，成为短距离防撞雷达的首选。频率源作为雷达系统的关键组成部分，它的性能指标将直接影响整个雷达系统的性能，所以研制高性能的频率源具有十分重要的意义。
　　随着电子系统对频率合成器的指标越来越高，频率合成技术也在不断地发展，大致可以分为三个阶段：直接模拟频率合成（DAFS）、间接频率合成（IS）和直接数字频率合成（DDS）。传统的FMCW信号是由DSP和DAC等数字器件产生线性电压来控制VCO产生的，但是这种方式产生的信号精度和分辨率都很低，且线性度也很差，这个设计方法几乎被抛弃。DDS因其输出信号分辨率高、变频速度快、线性度高、体积小、功耗低等特点广泛应用在FMCW雷达体制中。
　　本文依托于项目“E波段车载防撞雷达”和“Ka波段安防雷达”，在综合比较DDS和PLL的特点，及其不同组合结构的优缺点，作者选择了“PLL环内混频加DDS环外混频结构”作为设计的主要方案。该方案的重点是PLL环内混频是产生一个超低相位噪声的X波段单频点信号，因为信号既作为后级混频器的本振，也作为DDS的参考时钟（四分频之后）。在精确计算系统主要参数后，合理选用主要器件，设计了一款X波段FMCW雷达频率源。主要工作内容如下：
　　1、总结近年来国内外车载防撞雷达系统的研究现状，并介绍了FMCW雷达的测距测速原理。
　　2、比较传统连续波雷达的实现方案，经过参数计算最终选择了PLL与DDS混合的环内混频加环外混频的结构设计。
　　3、设计研制整个频率源的硬件电路系统，并组合安装和完成频率源整体性能调试，分析调试过程中的诸多问题及解决方案。

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第一章 引言

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究工作及文章结构

第二章 调频连续波雷达及频率合成技术理论基础

2.1 调频连续波雷达原理

2.2 频率合成技术概述

2.3 频率合成的主要技术指标

2.4 PLL的基本理论

2.5 DDS的基本理论

2.6 PLL+DDS的常用结构方案

第三章 本课题系统方案及电路设计

3.1 系统设计指标及雷达系统方案介绍

3.2 PLL环内混频加DDS环外混频结构方案

3.3 基于HMC834和ADF4106的环内混频电路设计

3.4 基于AD9914的DDS电路设计

3.5 其他相关电路设计

3.6 PCB设计注意事项

第四章 系统调试及结果分析

4.1 环内混频参考信号测试

4.2 VCO输出特性曲线测试

4.3 ADF4106锁相环电路测试

4.4 DDS输出信号测试

4.5 X波段LFMCW信号测试

4.6 调试辅助测试

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 下一步工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果