基于DDS技术的毫米波雷达收发器频综的研制

论文摘要

雷达收发器是雷达系统前端的重要组成部分之一。随着微波电路的飞速发展,雷达系统对雷达收发器的指标提出了越来越高的要求。对毫米波雷达系统而言,本振信号源对整个系统的性能有着直接的影响,一般采用频率合成技术来实现。为了得到较高的通信质量,系统通常要求其本振信号源具有极高的频率稳定度和频谱纯度,并具有捷变频的功能。本课题即是基于这个方向,研制出了一种低相噪,低杂散,捷变频的毫米波雷达器前端系统的频综。本文首先对毫米波雷达进行了简单的介绍,然后详细分析了常用的频率合成技术的基本原理及其特点,并分析了DDS和混频器的相噪和杂散指标。其次,本文根据课题提出的要求,采用直接数字合成（DDS）+直接频率合成的方案完成了对该毫米波雷达收发前端系统方案的设计,然后设计并实现收发模块的本振频率源,从而验证了方案的可行性。在本文中,采用的DDS+直接频率合成的方案将DDS的高分辨率、捷变频的特点与直接频率合成的混频、倍频的频谱搬移特性以及滤波器的特性有机地结合起来,并充分发挥了现场可编程门阵列（FPGA）在系统控制中的性能优势。测试结果表明本文的设计满足了系统在频谱纯度（相噪和杂散）与跳频时间等关键技术指标上的要求:在毫米波频段范围内,该频率合成器的相噪水平均优于-90dBc/Hz@1KHz,-100dBc/Hz@10KHz,-104dBc/Hz@100KHz,系统最大的跳频时间小于1μs,发射、接收端的杂散均小于-63dBc,整个频综的跳频的最小步进为0.894Hz,带宽为160MHz。最后,针对本次设计中的不足之处,本文提出了一些改进建议。文中所采用的一些设计方法及改进建议,对今后毫米波雷达频综的研究和设计工作均具有一定的参考价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 毫米波技术简介
• 1.2 非相参和相参雷达简介
• 1.3 频率合成技术简介
• 1.4 课题简介及内容安排
• 第二章 频综系统的相位噪声和杂散理论
• 2.1 相位噪声分析
• 2.1.1 相位噪声的基本概念
• 2.1.2 相位噪声的性质
• 2.2 DDS 的工作原理及相噪杂散分析
• 2.2.1 DDS 的基本工作原理
• 2.2.2 DDS 的相噪分析
• 2.2.3 DDS 的杂散分析
• 2.2.4 DDS 的基本特性
• 2.3 混频器的相噪及杂散分析
• 2.3.1 混频器的相噪分析
• 2.3.2 混频器的杂散分析
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 常用的频率合成技术
• 3.1.1 直接频率合成技术
• 3.1.2 间接频率合成技术
• 3.1.3 DDS+PLL 频率合成技术
• 3.1.4 DDS +直接频率合成技术
• 3.2 系统指标要求
• 3.2.1 输入信号
• 3.2.2 输出信号
• 3.3 方案设计
• 3.3.1 设计原则
• 3.3.2 系统方案
• 3.3.3 系统相位噪声和杂散分析
• 第四章 系统的硬件和软件实现
• 4.1 线性扫频信号实现
• 4.1.1 线性扫频信号的分析
• 4.1.2 DDS 芯片选择
• 4.1.3 DDS 模块的电路实现
• 4.2 FPGA 控制功能的实现
• 4.2.1 FPGA 芯片的选择
• 4.2.2 控制模块的硬件实现
• 4.2.3 控制模块的软件实现
• 4.3 C 波段跳频源的实现
• 4.3.1 380MHz 混频器和滤波器的选择
• 4.3.2 电路设计
• 4.3.3 跳频功能的实现
• 4.4 毫米波波段点频源实现
• 4.5 功率控制模块的实现
• 4.5.1 功放模块设计的原理
• 4.5.2 设计和调试功放模块时应注意的问题
• 第五章 测试结果分析和项目总结
• 5.1 系统实物
• 5.2 系统测试
• 5.2.1 线性扫频信号的测量
• 5.2.2 相噪和杂散测试
• 5.2.3 跳频时间测试
• 5.2.4 发射信号峰值功率测试
• 5.3 测试结果分析与改进
• 5.4 项目总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果