宽带LFM相控阵雷达、通信一体化射频前端设计

摘要

随着雷达技术的发展，雷达的应用领域越来越广泛，对雷达的要求已经不仅仅局限于目标的探测，还要给出目标的属性和目标的细微特征。宽带相控阵雷达结合宽带雷达和相控阵雷达的优点，可以满足波束控制灵活、干扰抑制能力强以及分辨率高等众多要求。与此同时，雷达技术与无线通信技术的相似性使得雷达和通信系统的一体化成为可能。
　　本课题研究的是宽带LFM相控阵雷达、通信一体化射频前端。根据本课题的应用背景和对常见收发链路方案的分析比较，本文选用了零中频结构，射频频率为2.2-2.7GHz，带宽500MHz。根据应用场景确定系统指标，选择合理的设计方案，并对收发前端进行链路仿真，确定各模块的指标分配并根据分配指标选择合适的器件。然后，本文对收发链路的各关键模块进行了硬件设计，包括正交调制模块、正交解调模块、低噪声放大器模块、功率放大器模块以及3dB定向耦合器等。
　　最后，本文分别对发射链路和接收链路的整体性能进行了测试。发射链路的最大输出功率为17dBm左右，500MHz带宽内的增益平坦度为1.2dB;射频输出的相位受基带输入控制，且基带信号给固定权值时，射频输出信号的移相偏差在3°以内;当基带信号给动态权值时，波束扫描指向不会随频率变化而改变，且当波束扫描指向0°时，其副瓣电平为-14dB左右，波束扫描指向在±30°以内时，其副瓣电平维持在-10dB以下，和理论值基本一致;系统输入20Msps的16QAM调制信号，发射链路在输出10dBm功率时的EVM为2.8763％。接收链路的测试结果为:基带I/Q输出信号的幅度不平衡度在0.3dB以内，相位不平衡在2.4°以内;接收机整体噪声系数为5dB左右;20Msps、16QAM调制信号下测得的接收链路的EVM为1.681％。以上测试结果表明，该一体化射频收发前端既能实现波束形成和波束扫描控制，又能满足基本的通信性能需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外发展状况

1．3 雷达、通信系统一体化的可行性分析

1．3．1 雷达和通信系统的相似处

1．3．2 雷达和通信系统的差异性

1．3．3 雷达通信一体化的优点

1．4 论文的主要工作及章节安排

第二章 收发前端的结构分析

2．1 发射机射频前端常用结构

2．1．1 超外差式发射机

2．1．2 直接上变频发射机

2．2 接收机射频前端常用结构

2．2．1 超外差接收机

2．2．2 零中频接收机

2．2．3 二次变频宽中频接收机

2．2．4 二次变频低中频接收机

2．2．5 镜像抑制接收机

2．3 收发射频前端的方案对比与选择

第三章 相控阵雷达、通信一体化射频前端的方案设计

3．1 收发前端的方案设计以及指标分配

3．1．1 收发前端的常见指标

3．1．2 雷达、通信一体化射频前端的方案设计

3．1．3 具体的指标分配

3．2 整体链路的仿真与分析

3．2．1 发射机前端的链路仿真

3．2．2 接收机前端的链路仿真

3．3 本章小节

第四章 射频前端各模块的硬件设计

4．1 频率源模块的设计

4．1．1 DDS技术的基本原理

4．1．2 DDS的工作特性

4．1．3 本课题频率源的设计与实现

4．2 正交调制模块的设计

4．2．1 正交调制原理

4．2．2 芯片选择

4．2．3 电路原理图设计

4．3 正交解调模块的设计

4．3．1 零中频正交解调原理

4．3．2 芯片选择

4．3．3 解调器原理图设计

4．4 低噪放和功率放大器模块的设计

4．4．1 低噪声放大器的设计与实现

4．4．2 功率放大器的设计与实现

4．5 定向耦合器和滤波器的设计

4．5．1 定向耦合器的概念及基本原理

4．5．2 定向耦合器的设计与仿真分析

4．5．3 接收机中频滤波器的设计与仿真结果

4．6 本章小结

第五章 一体化射频前端的整体性能测试

5．1 实物与整机测试场景

5．2 发射链路的测试结果

5．2．1 输出功率及增益平坦度测试

5．2．2 基带移相功能测试

5．2．3 发射波束合成效果测试

5．2．4 1dB压缩点(P1dB)测试

5．2．5 三阶截断点IP3测试

5．2．6 调制精度测试

5．3 接收链路的测试结果

5．3．1 增益平坦度测试

5．3．2 基带I／Q输出信号的幅相不平衡测试

5．3．3 噪声系数测试

5．3．4 1dB压缩点测试

5．3．5 解调精度测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 后续工作展望

致谢

参考文献

作者简介