FMCW探测系统射频电路设计与分析
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摘要
调频连续波雷达具有低截获特性，在距离分辨力方面比普通的脉冲雷达具有较大优势，一直是雷达探测系统、汽车测距等研究领域的一个重要课题。对锯齿波调频连续波信号进行理论分析和锯齿波调频连续波探测系统的工程实现是本文研究的主要内容。
本文首先介绍了锯齿波调频连续波信号的基本特点和测距的工作原理，并对锯齿波调频连续波信号的模糊函数及其差频信号进行了分析，在此基础上分析了锯齿波调频连续波探测系统的参数选择及由此产生的测距误差。
根据以上理论分析，本文采用锯齿波调频连续波信号，完成了“FMCW探测系统射频电路设计与分析”课题的研制。结合微带线有关理论，利用射频设计软件ADS对系统电路各部分进行了仿真设计，结果表明，借助ADS工具能降低设计成本、实现设计指标，可以有效地应用于射频电路设计之中。。
最后，对各部分电路进行调试，并与仿真的结果进行对比分析，提出偏差产生的原因及改进措施。
FMCW radar, with its a very low probability of intercept(LPI)characteristic and greater advantage over mono-pulse radar in the rangeresolution, has always been an important topic in the research fields ofradar detection system and automobile range finder. The theoretic analysisand industrial implementation of sawtooth FMCW detection system form the majorcontent of thesis.
In the first part of thesis, an overview on the basic characteristic ofFMCW single and principle of work in FMCW range acquisition is presented. Theambiguity function of sawtooth FMCW single is discussed. And difference offundamental frequencies between local oscillation signal and echoed signalis analyzed. Then the preferences and the range error of sawtooth FMCWdetection system are analyzed.
Based on the above-mentioned analysis, thesis accomplishes thedevelopment of application technology in the RF circuit design and analysisof sawtooth FMCW detection system. Combining micro-strip theoretics, usingRE design software ADS, each part circuit of FMCW detection system is simulated.The fact remains that this software not only reduce the research anddevelopment (R&D) cost, but also easily realize the design goal. So it is akind of effectual tool in designing RF circuits.
At the end of thesis, by debugging the circuit, systematic deviationbetween experiment results and simulated data is probed into. Some improvementmethods are proposed.
本文首先介绍了锯齿波调频连续波信号的基本特点和测距的工作原理，并对锯齿波调频连续波信号的模糊函数及其差频信号进行了分析，在此基础上分析了锯齿波调频连续波探测系统的参数选择及由此产生的测距误差。
根据以上理论分析，本文采用锯齿波调频连续波信号，完成了“FMCW探测系统射频电路设计与分析”课题的研制。结合微带线有关理论，利用射频设计软件ADS对系统电路各部分进行了仿真设计，结果表明，借助ADS工具能降低设计成本、实现设计指标，可以有效地应用于射频电路设计之中。。
最后，对各部分电路进行调试，并与仿真的结果进行对比分析，提出偏差产生的原因及改进措施。
FMCW radar, with its a very low probability of intercept(LPI)characteristic and greater advantage over mono-pulse radar in the rangeresolution, has always been an important topic in the research fields ofradar detection system and automobile range finder. The theoretic analysisand industrial implementation of sawtooth FMCW detection system form the majorcontent of thesis.
In the first part of thesis, an overview on the basic characteristic ofFMCW single and principle of work in FMCW range acquisition is presented. Theambiguity function of sawtooth FMCW single is discussed. And difference offundamental frequencies between local oscillation signal and echoed signalis analyzed. Then the preferences and the range error of sawtooth FMCWdetection system are analyzed.
Based on the above-mentioned analysis, thesis accomplishes thedevelopment of application technology in the RF circuit design and analysisof sawtooth FMCW detection system. Combining micro-strip theoretics, usingRE design software ADS, each part circuit of FMCW detection system is simulated.The fact remains that this software not only reduce the research anddevelopment (R&D) cost, but also easily realize the design goal. So it is akind of effectual tool in designing RF circuits.
At the end of thesis, by debugging the circuit, systematic deviationbetween experiment results and simulated data is probed into. Some improvementmethods are proposed.
引文
1、孙明甫．FMCW雷达的发展及技术进步．电光系统．1995年第1期1—11页
2、王军，林强，米慈中等译．Skolnik M I．Radar handbook[M]．2nd Ed．北京：电子工业出版社，2003．537—538
3、许建中．无线电探测系统．南京理工大学．2000年9月PP：75-94页
4、Freedman A, Levanon N. Properties of the pedodic ambiguity fimction[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems 1994, 30(3): 938-941
5、周新刚，赵惠昌等．连续波线性调频引信中多普勒频率抑制研究．探测与控制学报．2007(4)
6、费元春等．微波固态频率源理论、设计、应用[M]．北京：国防工业出版社，1994
7、清华大学《微带电路》编写组，《微带电路》，人民邮电出版社
8、S.L. March, "Analyzing lossy radial-line stubs," IEEE Trans Microwave TheoryTech, vol, MTT-33, pp. 269-271, mar, 1985
9、王惠功，尹书明．电阻性混频器的理论与设计．北京，人民邮电出版社．1995年
10、杨建宇．FMCW雷达信号模糊函数分析．信号处理．2002年2月，第1期，第18卷
11、郑建英．试论单级低频放大器的设置及测试．实用测试技术．1996年11月第6期pp：35-37
12、林嘉锐，孙庆有编著．《晶体管电路基础》．科学技术文献贬出版社．1991．08 pp：82-86
13、Du Yunzing, Yang Jianyu & Xiong Jintao.Journal of Systems Engineering and Electronics, Vol. 17, No.1, 2006, pp. 91—95
14、Rohling, H. Meinecke, M.-M. Waveform design principles for automotive radar systems. Radar, 2001 CIE International Conference on, Proceedings 15-18 Oct. 2001 Page(s):1-4
15、Beasley, P.D.L.; Stove, A.G.; "Pilot-an example of advanced FMCW techniques", High Time-Bandwidth Product Waveforms in Radar and Sonar, IEE Colloquium on, 1 May 1991 Page(s):10/1-10/5
16、Piper, S.O. Homodyne FMCW radar range resolution effects with sinusoidal nonlinearities in the frequency sweep. Radar Conference, 1995, Record of the IEEE 1995 International 8-11 May 1995 Page(s):563-567
17、胡翔，阮文杰．LFMCW雷达的调频非线性对距离分辨率的影响．现代雷达．1999年10月，第5期第21卷，PP：26-30
18、黄仁欣．LFMCW系统测距精度及补偿方法研究．《微计算机信息》(测控自动化)．2005年第1期第21卷，PP．77-78
19, A. G. Stove. Linear FMCW Radar Techniques. IEE Proceedings F (Radar and Signal Processing), vol. 139, pp. 343-350. Oct. 1992
20、陈祝明，丁义元，向敬成．采用Chirp-Z变换提高LFMCW雷达的测距离精度．信号处理．2002 年4月，第18卷第2期，pp．110-116
21、李政，张容权，杨建宇，熊金涛．利用频域增采样内插方法提高LFMCW雷达测距精度．电讯技术，2005年第5期，pp．77-80
22、林茂庸，柯有安．雷达信号理论[M]．北京：国防工业出版社，1985．104-183
23、孙明甫．FMCW雷达的新概念和新发展．电子部27所．电子工程第3期，20-26
24、孙明甫．FMCW雷达的发展及技术进步．电光系统，1995，No．1(总第59期)，1-11
25、向敬成，汪学刚等．3mm FMCW雷达及信号处理技术．火控雷达技术．1995．09．第24卷．15-19
26、Qi Guoqing, Jia Xinle. Improvement of measurement accuracy of FMCW level radar. Radar, 2001CIE International Conference on, Proceedings. 15-18 Oct. 2001 Page(s):567-570
27、Wojtkiewicz, A.;Rytel-Andrianik, R. Optimal detection and estimation in FMCW radar. Volume 3,20-22 May 2002,pp:778-781
28、田丽．影响印刷电路板(PCB)的特性阻抗因素及对策．自动化与仪器仪表，2003年第2期(总第106期)，48-49
29、云振新．压控振荡器技术的回顾与展望．半导体技术，2004．7，第29卷第7期，6-9
30、刘贤刚，王玫．一种2.3GHz低相位噪声BJT振荡设计．桂林电子工业学院学报，2005年2月，第25卷，第1期，31-34
31、[美]D．K．巴顿著，陈方林译．雷达系统分析．国防工业出版社．1985，PP：547-548
32、[美]．JOSEPH J．CARR著．Secrets of RF Circuit Design(Third Edition)．北京电子工业出版社2001，pp463-475
33、[美]G．D．文德林著．用S参数法设计放大器和振荡器．科学出版社，1996，pp：73-96
34、陈为怀，李玉梅著．微波振荡源．人民邮电出版社，1984，pp：96-101
35、朱启明编著．雷达高度表设计理论基础．国防工业出版社，1992，pp：25-81
36、张直中编著．雷达信号的选择与处理．国防工业出版社，1979，pp：40-47
37、罗先明，张庆凰著．微波有源电路．人民邮电出版社，1992，pp：1-33
38、王惠功等编译．非线性微波毫米波电路分析与设计．北京邮电学院出版社，pp：194-216
39、Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko著．RF Circuit Design Theory and Applications．科学出版社(英文影印版)，2002，pp：289-296
40、薛正辉，杨仕明等编．微波固态电路．北京理工大学出版社，2004．4，pp：164-167
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44、黄香馥，陈天麒，张开智著．微波固体电路．成都电讯工程学院出版社，1988，pp：11-59
45、翟厚明．线性调频连续波雷达导引头信号处理系统研究[硕士论文]．南京理工大学学位论 文．
46、肖汉．LFMCW雷达信号处理算法研究与实现[硕士论文]．电子科技大学学位论文
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