八毫米波集成一体化防撞雷达前端研制

摘要

如今随着信息化社会的发展，以及各种各样的交通工具的产能的不断提高，交通安全逐渐成为公众关注的焦点，而碰撞又是众多地面和空中交通事故的主要原因，因此，防撞系统对于当今的交通安全和飞行器安全至关重要，于是本课题着眼于当今即将万物互联时代的大背景下，研制了一款八毫米波集成一体化防撞雷达前端系统。 本文详细介绍了整个八毫米波防撞雷达前端系统的研制过程，从整体方案开始布局，选择了防撞雷达的中心频率为35GHz，确定了八毫米波防撞雷达的工作体制为FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)，然后对整个前端的总体指标进行了规划，并在这个指标要求下对整个八毫米波集成一体化防撞雷达前端的总体方案进行设计。 在对T/R组件的研究和研制过程中，首先是对八毫米波段无源器件的研究和研制过程，选择了一款用于34-36GHz的环行器，插入损耗小于0.18dB，隔离度优于27dB，本课题重点研究了基片集成波导滤波器，在分析了各个参数的影响之后，设计仿真了几种类型的八毫米波基片集成波导滤波器，进行了综合对比分析，最终研制了一款八毫米波基片集成波导滤波器，经测试中心频率为34.95GHz，带宽为1.45GHz，同时研制了一种波导微带转换结构，插入损耗小于0.1dB，回波损耗优于15dB，用于连接环行器和集成一体化的八毫米波微带电路，对八毫米波功分器也进行了研究和研制，仿真了两种分配比的功分器。对于T/R组件中的非线性器件，放大器的影响着总体核心指标，低噪声放大器（Low Noise Amplifer,LNA）和功率放大器（Power Amplifer,PA）均选择了GaAs材料的MMIC，在分析了放大器理论的基础上研制了一款应用于八毫米波的低噪声放大器，经测试噪声系数小于2.72dB，增益大于20.0dB，同时仿真了一款可用于八毫米波段的功率放大器，增益大于25dB，回波损耗优于25dB，混频器MMIC的选择是一款小型化的无源双平衡混频器，在接收支路中混频器的IF输出集成了一款集总参数的LC低通滤波器，通带范围有1.45GHz。 在各部件研制成功且达到指标要求的基础上，对整个系统中所有的分离器件进行了集成一体化，并集成一体化在一个63mm×58mm×23mm的屏蔽盒当中，完成了部分核心指标的测试，其中噪声系数小于3.45dB，发射功率大于15.5dBm，工作带宽为1.45GHz，为下一步研制高性能的机载毫米波防撞雷达打下了夯实的基础。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 毫米波防撞雷达前端的国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本论文的结构安排

第二章 八毫米波防撞雷达前端总体方案设计

2.1 八毫米波防撞雷达前端工作频率

2.2 毫米波防撞雷达工作体制

2.2.1 线性调频连续波雷达工作原理

2.2.2 八毫米波防撞雷达工作体制的选择

2.3 八毫米波防撞雷达前端指标规划

2.4 八毫米波防撞雷达前端总体方案设计

2.5 系统级联仿真

2.6 接收支路预算仿真

2.7 发射支路预算仿真

2.8 本章小结

第三章 八毫米波无源固态电路设计

3.1 八毫米波铁氧体环行器

3.1.1 毫米波铁氧体环行器概述

3.1.2 毫米波铁氧体结环行器工作原理

3.1.3 八毫米波铁氧体结环行器的选取

3.2 波导—微带转换过渡装置的研制

3.2.1 波导—微带转换过渡装置的理论分析

3.2.2 波导微带转换装置的仿真设计

3.2.3 波导微带转换装置的加工测试

3.3 滤波器的研制

3.3.1 滤波器的理论和结构

3.3.2 基片集成波导滤波器的原理

3.3.3 八毫米波基片集成波导滤波器的设计和测试

3.3.4 LC低通滤波器的设计

3.4 八毫米波功分器的研制

3.4.1 功分器的原理

3.4.2 八毫米波功分器的设计和加工

3.5 本章小结

第四章 八毫米波有源固态器件的研制

4.1 放大器

4.1.1 八毫米波低噪声放大器的研制

4.1.2 八毫米波功率放大器

4.2 八毫米混频器

4.2.1 混频器特性

4.2.2 混频器的选型分析

4.3 八毫米倍频器的选择及封装电路设计

4.4 本章小结

第五章 八毫米波防撞雷达前端的集成一体化设计与实现

5.1 八毫米集成一体化防撞雷达前端系统装配

5.2 八毫米波集成一体化防撞雷达前端系统测试和分析

5.2.1 八毫米波集成一体化防撞雷达前端驻波系数测试

5.2.2 八毫米波集成一体化防撞雷达前端发射功率测试

5.2.3 八毫米波集成一体化防撞雷达前端噪声系数测试

5.2.4 八毫米波集成一体化防撞雷达前端接收灵敏度测试

5.3 八毫米波集成一体化防撞雷达前端指标实测对比分析

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果