超宽带雷达信号电路的设计与实现

分享到:

 雷达是对远距离目标进行无线电探测、定位、测轨和识别的电子设备,无论对军用还是对民用,都占据重要位置。雷达技术的迅速发展,促使雷达性能不断提高,就雷达信号而言,已由传统的模拟技术向数字技术方向发展。传统的雷达信号只有连续波和矩形包络射频脉冲两种形式,技术虽然成熟,但采用此种信号的雷达,目标参数的测量能力和精度均受到限制,远不能适应现代雷达发展的要求[1]。基于这一点,本文采用DDS+PLL+混频器+滤波器技术,设计一种具有宽频带、高稳定度和快速跳变的超宽带雷达信号[2]。这种超宽带雷达信号的实现,对提高现有雷达的性能以及研制新一代高性能雷达都具有重要意义。
 1 总体方案的拟定
超宽带雷达信号电路方框图如图1所示。它的基本原理是利用参考源DDS[34]的微小频率变化激励锁相环输出频率f0的大范围变化,具体公式如下:

                                      

 本文以产生160MHz~650MHz的超宽带信号为例,输入的较低频率由DDS产生,输出的较高频率由DDS+PLL+混频器产生,即用3.3MHzDDS输出信号激励PLL,产生1160MHz~1650MHz信号。该信号与1000MHz本振混频即可产生160MHz~650MHz信号(其中N=32M=360)
 2 单元电路的选择、设计与仿真
  锁相环由Qualcomm公司新推出的高性能数字锁相环芯片Q3236、压控振荡器Q3500C-0916T和抑制滤波器组成,混频器采用HP公司的IAM-81008。放大器中的反馈放大器采用微波单片集成放大器,选用HP公司的INA-02186硅双极MMIC反馈放大器;而线性放大器选用MC10H115,是四个用于整形且通过长线传输不同信号的放大器。本地振荡器采用一个晶振倍频源,倍频至1000MHz,为降低倍频源的输出杂散分量,在输出端进行滤波,以得到频谱纯净的本振源信号。为了缩短频率合成器频率的转换时间,在锁相环路基础上外加快速捕获电路。快速捕获电路是采用频率数字变换辅助捕获方法获得捕获的。
 图1中的环路滤波器采用带预积分的有源积分滤波器[1],如图2所示。

  就阻带衰减的陡度而言,以椭圆函数滤波器最好,所以抑制滤波器选择椭圆函数滤波器。在本电路中,参考输入频率为10MHz,参考分频比为3,故鉴频鉴相器输出为3.33MHz。为降低整个频率综合器的杂散噪声和相位噪声,设计时考虑到从0~1.2MHz的范围内衰减不大于0.2dB,而3MHz以上的范围衰减大于60dB,最后设计的抑制滤波器如图3所示。其幅频特性如图4所示。
  为了达到超带宽,160MHz~650MHz带通滤波器采用电容耦合的节点耦合滤波器[5]进行设计,所设计的滤波器电路如图5所示。
       
3 系统的连线与测试
在完成上述单元电路器件的选择和设计以后,用PROTEL对电路的PCB板图进行具体布局和布线。在布线的过程中要注意电源的供电、器件的接地和耦合器件间的屏蔽。最后对所设计的超宽带雷达信号产生电路的信号产生结果进行仿真。其仿真结果如图7所示。

通过对系统的测试结果进行分析,电路最终产生的结果达到了预期的信号形式和工作频率范围内的各项指标要求。
超宽带高稳定雷达信号产生电路对提高现有雷达的性能以及研制新一代高性能雷达都具有非常重要的意义。它不仅增强雷达的反干扰能力,有效地对付导弹辐射,而且由于其相对带宽和绝对带宽都比较宽,在雷达成像、雷达目标识别、雷达低仰角跟踪等方面都有重要的应用;它是新一代雷达的关键技术,具有广泛的应用前景。
参考文献
1 费元春. The Generating Technology of Wideband Radar Signals.北京:国防工业出版社,2002
2 Win M IsScholtI R A. Ultra-wide Bandwidth Time-hopping Spread-spectrum Impulse.Radio for Wireless.Multi-pleaccess.Communications IEEE, 2000; 48(4):679~689
3 李玉景,李玉美.一种高性能DDS芯片的原理与应.雷达与对抗,2004(2)
4 第二届DDS技术与应用研讨论文集[C]合肥:2001
5 Arther B. Williams. Electronic Filter Design Handbook.北京:电子工业出版社,1986
对所设计的带通滤波器用PSPICE进行仿真,其幅频特性(V(R2))如图6所示。
继续阅读
工程师必备:EMC设计规范

本规范重点在单板的 EMC 设计上,附带一些必须的 EMC 知识及法则。在印制电路板设计阶段对电磁兼容考虑将减少电路在样机中发生电磁干扰。问题的种类包括公共阻抗耦合、串扰、高频载流导线产生的辐射和通过由互连布线和印制线形成的回路拾取噪声等。

射频工程师必看:传输线的全反射状态

我们在讲述电压驻波比的文章中提到过传输线的状态,即完全匹配状态,完全反射状态和部分比配状态。我们知道,完全匹配状态下,是不存在驻波的,即驻波比 VSWR 为 1. 完全反射状态下,会形成纯驻波,电压驻波比 VSWR 为无穷大。实际系统设计中,最为常用的是部分匹配,即我们要根据系统的驻波比要求去完成实际系统的设计。今天,我们来看一个极限——传输线的全反射状态——即纯驻波条件下的传输线特性。

最热Custom MMIC博文——从混频器到相控阵雷达

2020年2月,Qorvo收购了Custom MMIC公司,该公司以一流的裸片和封装元件而闻名,其产品加强了我们的功率放大器产品线,从而使多芯片模块能够用于广泛的国防、航空航天和商业应用。在收购的同时,Qorvo还收获了Custom MMIC极富见地的博客文章集;这些文章为使用毫米波电路进行卫星通信、雷达系统和蜂窝基础设施应用的设计提供了值得信赖的有用信息。以下是其中几篇博客文章的摘要,并附有更多详细信息的链接。

RFID选型及基本电路框架

RFID 作为一项专业度较高的技术,在一些公司,可能还会专门招聘专业的 RFID 工程师。本篇阐述的涉及到的只是基本选型设计、电路框架,关于 RFID 天线调试、低功耗检卡调试等,后续再其他篇章会继续更新!

射频芯片与基带芯片的工作原理及关系

在手机终端中,最重要的核心就是射频芯片和基带芯片。射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大;基带芯片负责信号处理和协议处理。那么射频芯片和基带芯片是什么关系?