毫米波调频连续波汽车防撞雷达收发组件研究与特性分析

摘要

在未来智能交通系统(ITS)中，防撞雷达是汽车控制与安全系统的关键系统之一。与红外线雷达系统相比，毫米波雷达系统在恶劣天气条件下正常工作能力更强;与微波雷达相比，其分辨率更高，本课题中的调频连续波(FMCW)汽车防撞雷达的典型工作频率为76GHz-77GHz。
　　 本文首先阐述了调频连续波汽车防撞雷达研究的背景、发展现状以及未来的发展趋势，讨论了汽车防撞雷达的总体设计，包括汽车防撞雷达的性能要求、探测方式、工作频段、雷达信号等问题。在综述各种汽车防撞雷达方案的基础上，根据目前的器件和技术水平，阐述了一种77GHzFMCW雷达系统射频收发模块方案。在无源电路部分，我们仿真分析并设计了12.75GHz的微带谐振器，将作为芯片CHU2242外置高Q值的无源谐振器，通过二倍频芯片之后接上定向耦合器，以及后续优化的悬置微带线带通滤波器，中频输出采用切比雪夫型LC低通滤波器，从仿真结果可以看出，得到的参数都比较良好，达到了设计的要求。
　　 在有源电路和多芯片组件(MCM)技术部分，首先介绍了压控振荡器和介质振荡器相关理论和仿真分析与设计，选用低相位噪声HEMT管作为有源器件，利用ADS对VCO进行小信号仿真，初步确定电路参数，接着采用谐波平衡法进一步优化电路性能，仿真了共栅结构的Ku波段振荡器。该振荡器的工作频率为15.5GHz，输出功率7.50dBm。另外文中还设计了X波段并联反馈介质振荡器，优化得到该振荡器的S参数，S11=-24.88dB，S21=-2.55dB，输出频率为11.75GHz，功率为12.3dBm，相位噪声为-129dBc@100kHz。接着阐述了倍频器、混频器以及多芯片组件(MCM)集成技术的有关理论，基于射频模块前端集成方案要求，我们选定了适合该方案的T/R组件的倍频和混频芯片。具体步骤如下，首先通过功能级仿真确定各功能子电路的指标要求，再通过器件级仿真确定各功能电路的结构和具体参数，然后对各功能电路进行分别仿真设计，综合以上的设计框图以及构架，采用MCM的结构分析设计出了毫米波调频连续波汽车防撞雷达收发机组件系统，仿真结果符合系统的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文所做的工作与安排

第二章 毫米波调频连续波汽车防撞雷达的初步参数确定

2．1 毫米波汽车防撞雷达频率选择

2．2 毫米波防撞雷达的工作体制

2．3 三角波调制周期的选择

2．4 调频带宽的选择

2．5 中频信号带宽的选择

2．6 雷达作用距离

第三章 77GHz T/R组件研究

3．1 T/R 组件概述

3．2 77GHz T/R 组件方案设计

3．2．1 77GHz T/R 组件技术指标

3．2．2 77GHz 波段 T/RT 组件技术框图及设计方案

第四章 无源电路的设计

4．1 滤波器

4．1．1 低通滤波器设计与仿真

4．1．2 悬置带线带通滤波器仿真与设计

4．2 定向耦合器

4．3 微带谐振器

4．4 介质基板的选择

第五章 有源电路的设计与MCM技术

5．1 压控振荡器

5．1．1 压控振荡器的主要性能指标

5．1．2 二端口负阻振荡器设计

5．1．3 振荡条件

5．1．4 双口负阻振荡器的输出功率

5．1．5 用S参数设计二端口振荡器的步骤

5．2 Ku波段振荡器设计

5．3 X波段介质谐振器的设计

5．4 毫米波雷达前端的多芯片组件(MCM)技术

5．5 倍频器

5．5．1 倍频器简单原理

5．5．2 倍频器主要技术指标

5．5．3 倍频器选择

5．6 混频器

5．6．1 混频器主要技术指标

5．6．2 混频器基本原理

5．6．3 混频器基本电路

5．6．4 混频器的选择

5．7 加工版图设计

第六章 结论

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献

致谢