毫米波FMCW雷達(dá)反射功率對消系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、毫米波調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)具有發(fā)射功率低、體積小、距離分辨率高、抗干擾能力強、截獲率低等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于目標(biāo)探測、測速、測距等領(lǐng)域。對于單天線FMCW雷達(dá)，由于環(huán)行器收發(fā)隔離度不足及天線輸入端反射而導(dǎo)致的信號泄漏問題在很多場合將嚴(yán)重影響雷達(dá)功能的正常發(fā)揮。采用反射功率對消器(RPC)和環(huán)行器相結(jié)合的方法，可以有效提高單天線FMCW雷達(dá)的收發(fā)隔離度。本文針對Ka頻段毫米波反射功率對消系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，對影響對消效果

2、的主要因素進行了詳細(xì)分析，研制了Ka波段正交基波混頻器、矢量調(diào)制器以及延遲線、對消與檢測模塊等構(gòu)成對消系統(tǒng)的關(guān)鍵電路模塊，并分別進行了調(diào)試與測試。在此基礎(chǔ)上，將各個功能模塊集成起來研制完成了一套反射功率對消系統(tǒng)原理樣機。本文的主要研究進展包括以下四個方面:
　　1、根據(jù)對消系統(tǒng)總體指標(biāo)要求，采用Schottky二極管和單平衡混頻器混合集成電路形式，研制了Ka波段低變頻損耗VQ基波混頻器。首先利用HFSS軟件對分支線正交耦合器、Wi

3、lkinson功分器以及3dB混合環(huán)等構(gòu)成I/Q混頻器的無源電路進行了全波仿真分析與優(yōu)化設(shè)計，提取了各個電路的S參數(shù)。接著利用ADS軟件建立I/Q混頻器的整體仿真分析模型，重點優(yōu)化了二極管輸入輸出端匹配電路參數(shù)。根據(jù)仿真結(jié)果進行了微帶電路及腔體結(jié)構(gòu)件的實物加工，并完成了電路的組裝與優(yōu)化調(diào)試，最終硬件實物性能測試結(jié)果為:在34～37GHz頻率范圍內(nèi)，I/Q兩路中頻輸出信號的變頻損耗典型值11dB，且一致性良好，在100MHz處的兩路中頻信

4、號的相位差為95°左右。
　　2、矢量調(diào)制器是RPC系統(tǒng)中用來產(chǎn)生對消信號的核心部件，本文采用混合集成電路形式研制了Ka波段對稱式雙相調(diào)制器及平衡式矢量調(diào)制器。在雙相調(diào)制器設(shè)計中，使用冷狀態(tài)PHEMT管的漏源阻抗作為正交耦合器的可變負(fù)載電阻，通過調(diào)節(jié)其柵壓實現(xiàn)傳輸信號的幅度調(diào)節(jié)和相位轉(zhuǎn)換功能。采用推挽式對稱結(jié)構(gòu)，有效消除高頻時PHEMT管寄生參數(shù)所引起的幅度誤差和相位誤差。利用HFSS軟件對推挽式雙相調(diào)制器、寬帶耦合器和同相功率合

5、成器進行仿真分析與優(yōu)化設(shè)計，使用運算放大器OP37設(shè)計平衡式矢量調(diào)制器的互補電壓控制電路。完成了Ka波段矢量調(diào)制器模塊的硬件研制，并對其各項性能指標(biāo)進行了考察。實測結(jié)果表明:在33～36GHz頻率范圍內(nèi)，該矢量調(diào)制器的最小插入損耗約為7dB，具有10dB～42dB的全相可調(diào)范圍，輸入回波損耗大于15dB。
　　3、建立了模擬式閉環(huán)對消系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析了環(huán)路相位及各路徑延時與系統(tǒng)對消性能之間的關(guān)系。利用HFSS軟件仿真設(shè)計了對消

6、系統(tǒng)中的耦合延遲模塊和對消與檢測模塊，保證本振支路與饋通支路的延時相同。采用一階環(huán)路濾波器和運算放大器OP37設(shè)計了控制環(huán)路，合理分配環(huán)路增益，保證對消系統(tǒng)穩(wěn)定工作。在此基礎(chǔ)上，完成了各個模塊的加工、調(diào)試與測試工作。
　　4、考慮對消系統(tǒng)的緊湊性、可靠性和實用性，合理設(shè)計了系統(tǒng)中各個模塊的布局與連接方案，將研制完成的耦合延遲模塊、矢量調(diào)制器、I/Q基波混頻器、控制環(huán)路和對消與檢測模塊以及相關(guān)的電源模塊裝配集成起來，構(gòu)成了Ka波段反