应用于FMCW雷达系统的频率源设计

发布时间：2017-06-29 11:17

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【摘要】：微波毫米波信号由于具有波长较短、频带较宽等特性,已广泛应用于制导、电子对抗、微波通信等领域,连续波雷达采用频率调制的高频电磁载波,具有测量精度高、发射波形简单、输出功率低和数字信号处理高效可靠等诸多优点,正逐步取代现有超声波和红外防撞系统,成为短距离防撞雷达的首选。频率源作为雷达系统的关键组成部分,它的性能指标将直接影响整个雷达系统的性能,所以研制高性能的频率源具有十分重要的意义。随着电子系统对频率合成器的指标越来越高,频率合成技术也在不断地发展,大致可以分为三个阶段:直接模拟频率合成(DAFS)、间接频率合成(IS)和直接数字频率合成(DDS)。传统的FMCW信号是由DSP和DAC等数字器件产生线性电压来控制VCO产生的,但是这种方式产生的信号精度和分辨率都很低,且线性度也很差,这个设计方法几乎被抛弃。DDS因其输出信号分辨率高、变频速度快、线性度高、体积小、功耗低等特点广泛应用在FMCW雷达体制中。本文依托于项目“E波段车载防撞雷达”和“Ka波段安防雷达”,在综合比较DDS和PLL的特点,及其不同组合结构的优缺点,作者选择了“PLL环内混频加DDS环外混频结构”作为设计的主要方案。该方案的重点是PLL环内混频是产生一个超低相位噪声的X波段单频点信号,因为信号既作为后级混频器的本振,也作为DDS的参考时钟(四分频之后)。在精确计算系统主要参数后,合理选用主要器件,设计了一款X波段FMCW雷达频率源。主要工作内容如下:1、总结近年来国内外车载防撞雷达系统的研究现状,并介绍了FMCW雷达的测距测速原理。2、比较传统连续波雷达的实现方案,经过参数计算最终选择了PLL与DDS混合的环内混频加环外混频的结构设计。3、设计研制整个频率源的硬件电路系统,并组合安装和完成频率源整体性能调试,分析调试过程中的诸多问题及解决方案。
【关键词】：调频连续波(FMCW) 频率合成 低相噪 DDS PLL
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 引言14-19
• 1.1 课题来源及研究意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.3 本文的研究工作及文章结构17-19
• 第二章 调频连续波雷达及频率合成技术理论基础19-38
• 2.1 调频连续波雷达原理19-20
• 2.2 频率合成技术概述20-21
• 2.3 频率合成的主要技术指标21-22
• 2.4 PLL的基本理论22-27
• 2.4.1 PLL的基本原理及组成22-27
• 2.4.2 PLL的工作过程27
• 2.5 DDS的基本理论27-34
• 2.5.1 DDS的基本原理及结构28-30
• 2.5.2 DDS的特点30-31
• 2.5.3 DDS输出频谱分析31-34
• 2.6 PLL+DDS的常用结构方案34-38
• 2.6.1 DDS激励PLL结构34-35
• 2.6.2 环内混频结构35
• 2.6.3 环外混频结构35-36
• 2.6.4 DDS作PLL环内分频器结构36-38
• 第三章 本课题系统方案及电路设计38-60
• 3.1 系统设计指标及雷达系统方案介绍38-39
• 3.1.1 雷达系统方案38-39
• 3.1.2 频率源系统设计指标39
• 3.2 PLL环内混频加DDS环外混频结构方案39-41
• 3.2.1 系统结构39-40
• 3.2.2 方案可行性分析40-41
• 3.3 基于HMC834和ADF4106的环内混频电路设计41-49
• 3.3.1 晶振介绍41
• 3.3.2 HMC834和AD4106芯片介绍41-44
• 3.3.3 HMC834电路设计44-46
• 3.3.4 基于ADF4106的环内混频电路设计46-49
• 3.4 基于AD9914的DDS电路设计49-53
• 3.4.1 AD9914芯片介绍49-51
• 3.4.2 DDS频率控制参数设置51-52
• 3.4.3 DDS电路设计52-53
• 3.5 其他相关电路设计53-57
• 3.5.1 ?衰与放大器组合电路设计53-54
• 3.5.2 滤波器电路54-55
• 3.5.3 电源电路设计55-57
• 3.6 PCB设计注意事项57-60
• 第四章 系统调试及结果分析60-79
• 4.1 环内混频参考信号测试60-63
• 4.1.1 晶振输出特性60-61
• 4.1.2 HMC834输出信号测试61-63
• 4.2 VCO输出特性曲线测试63-66
• 4.3 ADF4106锁相环电路测试66-71
• 4.3.1 频谱测试66-69
• 4.3.2 相位噪声测试69-71
• 4.4 DDS输出信号测试71-74
• 4.4.1 DDS输出单音信号测试71-73
• 4.4.2 DDS输出FMCW信号测试73-74
• 4.5 X波段LFMCW信号测试74-76
• 4.6 调试辅助测试76-78
• 4.7 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-80
• 5.1 本文总结79
• 5.2 下一步工作79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-83
• 攻读硕士学位期间取得的成果83-84

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 张永强;LFMCW高线性度信号源技术研究[D];电子科技大学;2001年

2 王轶;基于DDS+PLL技术的高性能频率源研究与实现[D];国防科学技术大学;2004年

3 杨永;DDS-PLL低相噪低杂散频综研究[D];电子科技大学;2007年

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本文编号：497694