X波段LFMCW雷达系统关键部件研究

摘要

线性频率调制连续波（Linear Frequency Modulation Continue Wave，LFMCW）雷达以其具有的较高距离分辨力、无距离盲区、结构简单、尺寸小、重量轻、功耗小、成本低等优点，而广受关注并应用于各领域中。LFMCW雷达的发射和接收同时进行，发射载波的相位噪声幅度及收发两个支路的隔离度严重影响雷达的整机性能。其中，相位噪声降低了雷达发射信号中载波的有效功率，从而影响了雷达的最大测距范围，另外，发射信号相位噪声泄露至接收机将很容易淹没目标回波信号；而收发两个支路的隔离度则影响雷达接收机的动态范围、降低接收机灵敏度，严重时甚至会造成接收机饱和。基于上述背景，本文对LFMCW雷达系统中发射载波调频锁相信号源的相位噪声和收发天线隔离度两个关键问题与相关部件进行了研究分析、设计与实验验证。
　　论文具体完成以下工作：
　　1.LFMCW雷达系统中PLL源相位噪声和收发天线隔离度对系统整机性能的影响分析；
　　2.PLL电路相位噪声研究，设计并制作了一款混频式PLL电路，该PLL电路通过降低锁相环内分频比来改善环路相位噪声。该电路设计通过了实验验证。工作表明，通过合理设计锁相环环路带宽，能够有效降低相位噪声。
　　3.收发天线隔离度研究，提出了提高收发天线隔离度的阶梯状金属扼流槽平面新结构。该新结构使LFMCW系统收发天线变得简单，避免了传统立体挡板式结构带来的系统大尺寸问题；另外，与未采用隔离措施的收发天线相比，隔离度提高了18dB。研究工作还包括仿真、设计、实验验证了一副新结构下的四单元微带阵列收发天线。实验测试结果表明：平面阶梯状金属扼流槽设计方法对提高隔离度是有效的。
　　本文研究工作在完成噪声和收发天线隔离度对LFMCW雷达整机性能影响分析的基础上，设计完成了2.325~2.35GHz低相噪PLL源设计，提出了X波段高隔离收发天线新结构。这些工作对于X波段及其他波段的LFMCW雷达工程设计具有参考意义。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景

1.2 LFMCW雷达相噪和收发隔离技术历史与现状

1.3本文的主要内容与意义

第二章 LFMCW雷达系统与关键问题

2.1 LFMCW雷达工作原理

2.2 LFMCW雷达系统存在问题

2.3 LFMCW雷达系统锁相环对发射信号相位噪声影响分析

2.4 LFMCW雷达系统隔离度对系统性能的影响分析

2.5本章小结

第三章 LFMCW雷达低相噪PLL源设计

3.1 环内混频锁相环结构及其相位噪声

3.2 环内混频锁相环设计

3.3 混频式锁相环电路测试

3.4 本章小结

第四章 LFMCW雷达收发天线高隔离研究

4.1 距离对收发天线隔离度的影响

4.2挡板对收发天线隔离度的影响

4.3 扼流槽对收发天线隔离度影响

4.4本章小结

第五章 全文总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果