毫米波雷達前端系統(tǒng)設計

　　1 引 言

　　毫米波的工作頻率介于微波和光之間，20世紀90年代第二階段的微波毫米波集成電路規(guī)劃取得重大突破后，大功率毫米波功率源、介質(zhì)天線、集成天線、低噪聲接收機芯片等相繼問世，使毫米波雷達發(fā)生了更新?lián)Q代的變革，并且大大拓寬了它的應用領域。

　　2 毫米波雷達前端系統(tǒng)設計原理

　　利用偽隨機編碼信號良好的自相關特性，低距離副瓣，獲得高的測量精度和距離分辨率。同時利用正弦波調(diào)頻信號體制的回波信號功率為距離函數(shù)的特點來有效地抑制近區(qū)雜波干擾。圖1為采用偽隨機編碼調(diào)相和正弦波調(diào)頻這兩種連續(xù)波信號的復合調(diào)制體制框圖。

　　16 GHz高頻振蕩器產(chǎn)生16 GHz±10 MHz微波振蕩信號，經(jīng)正弦調(diào)制后信號送到調(diào)相器，進行隨機編碼調(diào)相。調(diào)相后的信號通過功分器，一部分放大后由發(fā)射天線輻射出去，另一部分泄漏信號加到信號混頻器。經(jīng)天線輻射出去的射頻信號照射到目標后，目標反射的回波信號由天線接收，回波信號送到信號混頻器與泄漏信號混頻并濾除高頻信號，得到視頻信號。視頻信號放大后經(jīng)過數(shù)字信號處理就可以送到耳機從而直接監(jiān)聽目標運動情況、速度和狀態(tài)。

　　如圖1所示，雷達前端系統(tǒng)的主要組成部分有振蕩器、0/π調(diào)相器、功率放大器以及混頻器。

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　　2.1 介質(zhì)振蕩器

　　介質(zhì)振蕩器采用如圖2所示的GaAs場效應管介質(zhì)反饋型振蕩器。GaAs場效應管介質(zhì)反饋型振蕩器可以采用漏極輸出或源極輸出兩種方式，為了獲得盡可能大的輸出功率，選用漏極輸出、源極直接接地的形式。

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　　通常選用的介質(zhì)振蕩器模式有TE01δ模、TM01δ模和HE11δ模，但在與微帶耦合時一般選用TE01δ模，因為其電磁場是圓對稱的，與微帶耦合非常方便，而且振蕩模式穩(wěn)定。本文選用圓柱形介質(zhì)諧振器，其直徑D=3.423 mm，高度h=2.28 mm。參數(shù)為：f=16 GHz，εr=40。實際電路中，在諧振器與微帶基片之間墊入一低介電常數(shù)、低損耗的介質(zhì)片，用來減少微帶基片和金屬接地板對諧振器Q值和溫度性能的影響。

　　2.2 0/π調(diào)相器

　　0/π 調(diào)相器采用開關線調(diào)相器。開關線調(diào)相器的電原理圖如圖3所示。L1，L2是兩條長度不同的微帶傳輸線(或者是其他任意微波傳輸線)，D1，D2，D3，D4是4只性能一致的PIN二極管。當兩邊二極管互補偏置時，二極管D1，D2導通時，D3，D4處在截止狀態(tài)，載頻信號經(jīng)L1 傳輸。反之，D1，D2截止時，D3，D4處在導通狀態(tài)，載頻信號經(jīng)L2傳輸。很顯然，由于L1和L2長度不同，因而引起相移作用。

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　　設較短的路徑為L1，較長的路徑為L2。則調(diào)相相位為：

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