[發明專利]毫米波FMCW兩單元相控陣測距測速單片雷達收發機

有效

• 申請號: 201210393627.9
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102866387A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 池保勇;賈海昆;況立雪;王志華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S7/28
• 分類號: G01S7/28;G01S7/282;G01S7/285
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明屬于測距測速雷達收發機領域，尤其涉及到采用單芯片集成電路技術實現的工作于毫米波波段的采用連續波調制（FMCW）方式的二單元相控陣接收的雷達收發裝置。

背景技術

毫米波所處于的頻段為30GHz~300GHz，其波長在1mm~10mm的范圍內。由于其波長的特殊性，毫米波具有獨特的性質，與亞毫米波，紅外直至可見光頻段相比，毫米波在煙、霧、云、沙塵暴等環境中衰減非常小。因此在許多紅外和可見光探測設備不能正常工作的場景下，毫米波依然可以正常工作，從而可以大大提高毫米波探測設備對復雜環境的適應性。由于毫米波的這些特性，其在雷達方面的應用有著較大的優勢。

毫米波雷達可以應用在汽車防撞雷達方面，汽車防撞雷達通過檢測前方目標的距離和速度，當檢測值不在正常范圍的時候便發出預警或者強制處理措施，以減少撞車事故發生的可能性。汽車防撞雷達安裝在汽車的前方，必須要適應各種復雜的路況，能夠在各種環境下檢查處汽車前方的目標。相比倒車雷達和后視雷達而言，對汽車防撞雷達的要求更加苛刻:?要求能夠偵查到前方區域所有運動和靜止目標；要求具有足夠動態范圍，能夠檢測不同距離的具有不同雷達截面積的目標；一般而言要求系統作用距離在300m左右；系統的響應時間必須足夠快，否則可能因為系統響應太慢，即使做出了預警司機也來不及反應；系統要小，便于在車上安裝。毫米波雷達由于其在各種復雜環境下的穩定探測性能，是實現汽車防撞雷達的最好選擇。毫米波雷達主要使用的頻段為77GHz。歐洲在2005年已經將77~91GHz分配給毫米波超帶寬雷達，原有頻段21.65~?26.65GHz的短距雷達在2013年之前全部退出市場，留給毫米波雷達8年的發展過渡期。

目前市場存在的大部分毫米波雷達，均采用分立微波元件實現，其體積較大以及價格昂貴，限制了毫米波雷達的廣泛使用。采用集成電路技術將其集成化是解決其成本問題的一個可行的方案。集成電路制造工藝的進步為人們提供了此種可能性。目前為止，CMOS工藝晶體管的截止頻率已經超過了200GHz，采用這樣的工藝進行毫米波雷達的設計室完全可行的。為了獲得高增益，毫米波雷達的天線波束往往較窄，僅僅能夠檢測某個小角度內的目標，例如，毫米波汽車前向防撞雷達的天線波束一般為15度左右。如果將相控陣技術應用于毫米波雷達，使得其波束可以在控制下進行角度的掃描，這樣能夠大大的擴展毫米波雷達的應用范圍。

本發明提出了一種采用單芯片集成電路技術實現的兩單元相控陣毫米波雷達系統，此系統采用連續波調頻（FMCW）的調制方式，可以測量目標的距離和速度，同時，此系統具有兩路接收通路，通過在系統內部設計移相器，可以實現兩單元的相控陣接收機，實現180度的波束覆蓋范圍。系統內部有多個可配置的參數，可以根據所需要的測量范圍以及精度來自主進行配置，從而大大提高了此系統的應用范圍。采用單芯片集成電路的技術也會給此系統帶來成本以及體積上的優勢。

發明內容

本發明的目的在于提出一種采用FMCW調制方式的兩單元相控陣測距測速單片雷達系統，其特征在于包括：連續波調制方式的發射模塊，以下簡稱FMCW發射模塊、兩單元接收模塊、數字控制模塊以及偏置產生模塊，其中：

FMCW發射模塊，用于產生FMCW調制信號，依次經第三緩沖放大器、功率放大器PA放大后，再經發射天線發射出去，所述FMCW發射模塊，包括：鎖相環PLL、功率放大器PA以及緩沖放大器BUF1~BUF3，其中：

鎖相環PLL，以下簡稱鎖相環，包括：鑒頻鑒相器PFD，以下簡稱鑒頻鑒相器、電荷泵CP，以下簡稱電荷泵、環路濾波器LOOP?FILTER，以下簡稱環路濾波器、壓控振蕩器VCO，以下簡稱壓控振蕩器、依次1/2分頻的四個分頻器DIV1~DIV4、16~23可配置整數分頻的分頻器DIV5以及DELTA-SIGMA調制器DSM，以下簡稱調制器，其中，所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器以及五個分頻器DIV1~DIV5依次串接成環狀，所述鑒頻鑒相器的第一輸入端輸入參考頻率F_REF信號，第二輸入端則與第五個分頻器DIV5分頻后的分頻信號輸出端相連，所述第五分頻器DIV5的分頻控制信號輸入端與調制器的調制信號輸出端相連，所述壓控振蕩器的輸出端依次連接第一緩沖放大器BUF1以及放大增益可調的第三緩沖放大器BUF3，

功率放大器PA，輸入端與所述第三緩沖放大器BUF3的輸出端相連，用于將產生的FMCW調制信號進行功率放大，再通過發射天線發射出去；