小型化FMCW雷达测量系统研究与实现

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调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)体制雷达作为雷达的一个重要类型,具有结构简单、分辨率高、发射功率低、无测量盲区和抗干扰能力强等优点,广泛应用于汽车防撞、楼层及液位测量、动静目标检测等民用领域。同时,随着微波单片集成电路(MMIC)的发展,雷达组件朝着小型化、低功耗、高频段等方向发展。因此,结合FMCW体制雷达的优点及雷达小型化发展趋势,本文研究并实现了小型化FMCW雷达测量系统。本文研究了FMCW体制雷达的系统组成及测量原理,应用MMIC微波器件,从小型化、低功耗角度出发,设计并实现了小型化FMCW体制雷达系统。本文的具体工作内容如下:首先,研究了FMCW体制雷达的系统组成,阐述了FMCW体制雷达的测量原理。并对锯齿波以及三角波调制的测量原理进行了理论推导,获得了在两种调制情况下,所得的差频信号频率与目标距离及速度的关系。并且对影响FMCW体制雷达测量精度的关键因素进行了分析,并提出了改进措施,为后期进行FMCW体制雷达系统设计提供了理论基础。其次,设计并实现了K波段FMCW体制雷达射频前端。采用分立模块的设计思想,实现了射频信号源、功放、低噪放、混频器、滤波器以及可控增益放大器等分立模块的设计。其中,采用锁相环的方式产生三角波调制信号,其带宽为24-24.12GHz,调制周期为2ms。最终通过观测差频信号的方式,实现了对5-1000m目标的测量。最后,在K波段FMCW体制雷达收发前端的基础上,设计并实现了小型化FMCW体制雷达系统。通过将K波段收发天线、射频前端及数字处理器集成到同一个PCB板上,进一步降低了FMCW体制雷达系统的体积及功耗。整个雷达系统PCB长宽仅为78×65mm,整体功耗降到6W,与此同时,其目标探测范围为1-200m,距离分辨率达到了0.61m。
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