线性调频连续波雷达前端系统设计及相关集成技术研究

摘要

近些年来,雷达系统大量应用于各个领域,在战场侦察、气象观测、精密制导和防撞预警等方面发挥着越来越重要的作用。现代车载雷达探测器多数使用毫米波雷达,主要是因为其具有分辨率高及尺寸小等优点。相对于其他雷达,线性调频连续波(LFMCW)雷达具有发射波形简单、测量精度高和数字信号处理高效可靠等优点。在毫米波FMCW系统中,接收本振信号直接由发射信号提供,降低了系统复杂度,具有结构简单、成本低等优点,正逐步成为防撞雷达的首选。
　　本论文依托工程项目“Ka波段FMCW车载防撞雷达”,围绕毫米波车载雷达的毫米波前端部分展开研究。毫米波前端作为毫米波雷达的关键组成部分,主要实现雷达系统的变频以及功率放大。对于毫米波前端系统,如何实现各器件以及整体系统的功能是一大难点;另外,对于车载防撞雷达,如何缩小尺寸也是毫米波前端设计与实现的一个难点。通过解决这两个难点,本文较好的实现了系统对毫米波前端的指标要求,主要内容如下:
　　1、基于LFMCW防撞雷达的指标要求,分析了毫米波前端系统涉及到的各项指标,并确定了毫米波前端系统的技术指标;根据这些技术指标,通过对比常见的雷达结构,设计了毫米波前端系统方案,并利用系统仿真软件ADS完成了系统仿真,仿真结果表明该方案能满足设计需求;
　　2、根据系统要求,设计及实现了毫米波前端系统各单元电路,这些单元电路既能实现各器件的功能又能满足系统的预算需求,为后期整个毫米波系统的实现奠定了基础;
　　3、完成了毫米波前端系统的设计,分析了调试过程中遇到的电磁兼容问题,并提出了解决方法;最终给出了毫米波前端系统的测试结果;
　　4、基于液晶高分子聚合物(LCP)材料,设计了几款多层结构无源器件,既满足系统对各无源器件性能指标的要求,又缩小了无源器件的尺寸,部分研究成果已在2013 International Conference on Computational Problem-Solving(ICCP2013)发表,部分研究成果已投Microwave and Optical Technology Letters(MOTL);设计了几种多层集成系统需要用到的过渡结构,为毫米波前端小型化集成奠定了基础;
　　5、为了进一步提高毫米波前端系统的性能以及实现小型化设计,基于LCP材料完成了微波毫米波前端系统的改进设计,并给出了测试结果,测试结果表明该设计达到了LFMCW雷达系统所要求的毫米波前端技术指标。

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第一章 绪论

1.1课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3前端系统的集成技术及其新进展

1.4本文的主要内容及结构

第二章 LFMCW防撞雷达前端系统方案设计

2.1 LFMCW雷达原理

2.2 LFMCW防撞雷达系统技术指标

2.3 LFMCW雷达毫米波前端指标分析

2.4 毫米波前端系统设计

2.5 毫米波前端系统仿真

2.6 本章小结

第三章 毫米波前端系统中单元电路设计

3.1 混频器单元电路设计

3.2 倍频器单元电路设计

3.3 放大器单元电路及模块设计

3.4 倍频链模块设计

3.5 无源器件设计

3.6 本章小结

第四章 微波毫米波前端系统实现与测试

4.1 毫米波装配工艺

4.2 电源设计

4.3 毫米波前端腔体设计

4.4 发射支路测试

4.5 接收支路测试

4.6 本章小结

第五章 基于LCP基片的多层集成前端的仿真与设计

5.1 LCP材料简介及其微波性能研究

5.2 基于LCP的多层滤波器设计

5.3 基于LCP的多层功分器的设计

5.4 多层集成结构中的过渡结构仿真

5.5 前端系统的两版对比

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果