77GHz车载雷达的研究与设计

发布时间：2020-04-09 20:55

【摘要】：随着无人驾驶概念的相关研究的火热开展,作为高级辅助驾驶系统中最重要的传感器之一,车载毫米波雷达,因为其具有不易受烟雾雨雪天气影响的独特优势,而成为了无人驾驶中重点研究的关键技术。各研究机构和厂家均致力于在有限的空间内,用合适的成本完成高性能的车载毫米波雷达设计,将该设计实现量产并广泛应用于汽车市场。因此,对77GHz车载毫米波雷达系统的研究具有重要的理论研究意义和工程应用价值。本文主要工作安排如下:本文首先调研了国内外对车载毫米波雷达的研究现状,分析了发展趋势。其次概述了线性调频连续波体制雷达的工作原理,推导了探测目标信息的提取过程,包括了目标距离以及距离分辨率、目标相对速度以及速度分辨率、目标角度以及角度分辨率,从而总结出影响各项指标的雷达参数,用于指导雷达设计。在工程实现上,本文从车载毫米波雷达设计方案的确定入手并分解任务,经过对比各个厂商的解决方案,确定了采用基于集成度较高的收发一体化芯片的解决方案;设计了用于77GHz车载毫米波雷达的微带阵列天线,通过组阵的方式提高天线增益,通过单元幅度锥削达到低副瓣的效果;根据收发一体化芯片需求完成器件选型并设计其电源管理、存储电路以及高速接口等外围电路;完成单芯片方案的电路原理图以及版图设计。进一步地,为提高雷达系统的探测性能,本文基于MIMO原理提出用多片收发芯片级联的系统方案,对该方案的难点进行分析,设计了多路收发天线的布局以提高方位角以及俯仰角的分辨率;完成本振信号、帧同步信号以及系统时钟信号三种关键信号的同步设计;分析过孔残段的影响并采用背钻工艺优化本振信号功分网络的设计;最终完成级联系统的电路与PCB设计。最后设计实验,设计了一种板载天线雷达的总体方向图测试方法,并在微波暗室中完成对本文设计的77GHz车载雷达的性能指标测试,在3GHz扫频带宽下距离分辨率可达8cm,两发四收天线情况下最小角度分辨率约为16°。在室外对车测距实验可达280m。实验结果表明该雷达可以满足设计需求。
【图文】：

2、3 彼此隔离，隔离度在-20dB 以上；，，VSWR 小于等于 1.22 的带宽比为 1.44：1。 3dB 威尔金森功分器由两段四分之一波长传输线组成，为了器轨迹围成的面积，基于折叠传输线的设计能够减少传输线几达到缩小尺寸的目的。X 波段以上的频率，在使用威尔金森功分器时，由于隔离电阻相当，需要采用更小尺寸的电阻确保其谐振频率远离工作频率就意味着功分器的两个功分臂必须靠得很近，这会导致两路分，隔离度变差。而且工作频率越高，波长越短，则四分之一波度可以弯成半圆形。一个简单又有效的解决办法是将四分之一之三波长，并通过特性阻抗为 50 欧姆的二分之一波长传输线线的末端，从而解决因强耦合而导致隔离度变差的问题[29]。上思路，本文设计了一款功分器，如下图所示，用于级联系统络的功分器，在 19-20.25GHz 的工作频率内 S11 小于-25dB以满足需求。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U463.67;TN959

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本文编号：2621252