Ka波段调频连续波雷达收发组件设计及自动测试系统开发

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毫米波波长介于光波和厘米波之间,兼有光电制导和微波制导的优点。毫米波雷达作用距离远、可靠性高、不受光线等的影响,具有全天候、全天时的特点,且有一定的穿透能力,抗干扰能力强,能够适应复杂的环境。基于调频连续波原理的雷达通过对连续波进行频率调制,根据发射信号和回波信号的频率差、相位差来获取目标的距离、速度、方位等信息。毫米波调频连续波雷达在军事上可用于机载、弹载毫米波制导应用等,在无人机避障和汽车雷达等民用领域也得到了一定的应用。作为毫米波中电磁波透射率较高的常用大气窗口频段,Ka频段可用带宽较宽,雨衰较大,对器件和工艺的要求较高,作为其中的核心射频器件,Ka频段调频连续波雷达集中应用于军事导弹末端制导中,对性能和集成度也提出了更高的要求,国内在该领域的研究较少,还不能有效的满足低成本、高性能、高集成度的需求,需要开展进一步的研究。本文对Ka频段调频连续波体制雷达的基本结构和工作原理进行研究,采用发射与接收端口正交的一发射八接收的组件架构,设计了由低相位噪声、高效率的射频发射通道和高灵敏度、大动态范围的射频接收通道构成的收发组件。其中发射通道主要由压控振荡器、倍频器、滤波器、分路器、驱动放大器和功率放大器等组成,发射信号由外部的三角波电压进行调频控制产生,经过倍频、功率放大后输出,同时为了降低相噪,采用全LDO型稳压电源供电,相位噪声小于-90dBc/Hz@100kHz。八个接收通道主要由低噪声放大器、混频器、滤波器、中频放大器等部分组成,为了提高接收机的灵敏度和实现大动态范围,采用放大、衰减交替串联组合方式以保证放大器处于线性工作区域,动态范围可达40dB。为了避免收发耦合,发射与接收通道以及各接收通道之间分别采用金属腔体进行隔离,中频部分低噪声放大器以及运算放大器的供电由背腔的电源板通过穿腔绝缘子实现,并且采用具有特殊设计的调试片,得到幅度一致性小于1dB,相位一致性小于15°的组件。在射频收发通道中采用全裸片如放大器、滤波器等进行设计,采用具备高集成度、高可靠性的裸芯片微组装和金属封装工艺加工。另外基于集成了压控振荡器的收发组件自混频架构,针对压控振荡器本振不稳定、集成下混频的接收通道镜像抑制等复杂问题提出了相应的测试方案,实现了发射通道相位噪声、接收通道噪声系数、接收通道幅相一致性等组件核心指标的准确测试,并结合C#语言开发了直流电源、信号源、频谱仪等构成的自动测试系统,实现了仪器控制、结果显示、数据处理等的自动化操作,提高了测试效率。组件可以满足军民两用中近程目标测距、测向、测速系统的广泛应用需求,具备良好的应用前景。
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