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近年来,随着我国工业技术的快速发展和工业自动化进程的加快,各大企业对物位测量仪表的需求量及要求不断提高。微波雷达物位测量技术因具有非接触、测量精度高、维护成本低等独特优点,逐渐成为物位测量领域的一种重要传感手段,发展前景广阔。本文首先介绍了微波雷达的发展背景、研究现状以及脉冲测距雷达的基本原理。接着根据游标扩时和相关检测原理设计了一款微波雷达物位测量系统,并利用ADS软件对所设计的微波雷达物位测量系统进行系统仿真与分析。随后,利用ADS、CST、AD等仿真软件对微波雷达物位测量系统中的收发天线、振荡器、混频器、窄脉冲电路、发射时刻检测电路、滤波放大电路等模块进行电路仿真与版图设计。为了有效抑制天线的副瓣电平,本文采用两种不同馈线单元设计阵列天线,实现了各阵元间的电流同相不等幅分布;并采用串并联混合馈电网络,有效保证了天线带宽的同时减小了损耗。实测结果表明,该阵列天线的带宽为690 MHz(23.77-24.46 GHz),最大增益达到20.1 d Bi,E面和H面的副瓣电平分别为-20.7 d B和-19.3 d B,满足微波雷达物位测量系统设计要求。为了提高振荡器的输出功率,本文基于并联反馈型振荡器原理,采用微带环形结构和微带耦合线作为选频网络,并采用NEC公司的异质结型场效应晶体管(HJFET)NE3514S02作为放大单元,设计了一款高输出功率的振荡器。通过优化调谐,以及多次实物调试,最终得到振荡器的振荡中心频率为24.37 GHz,输出功率为5.25d Bm。为了实现系统所需窄脉冲,本文利用D触发器上升沿触发和清除功能,以及逻辑器件本身的传输延时设计窄脉冲电路。最终测到主脉冲的脉冲宽度为15 ns,脉冲重复频率为3.686440 MHz,脉冲振幅为5 V;游标脉冲的脉冲宽度为15 ns,脉冲重复频率为3.686400 MHz,脉冲振幅为5 V。所有指标均满足系统的设计要求。最后,在微波实验室中,对所设计的微波雷达物位测量系统进行近距离的物位测量,测试结果表明,该系统可以准确测量1～3 m范围内的目标物位,测量精度可达±10 cm。