24GHz车载雷达射频前端设计

提交论文日期
二○一四年三月
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Abstract
People's living standards have greatly increased with the development of economy. Then the increasing number of cars brings a lot of the resulting traffic problems. Millimeter wave frequency modulated continuous wave (MMW-FMCW) radar is a combination of millimeter wave and frequency modulation continuous wave radar, the advantages of high resolution and easy miniaturization make it easier to grab market share. In this paper, on the basis of previous studies, the 24 GHz vehicle radar RF front-end is constructed. With the help of ADS simulation, the form of transmitting device and receiving device can be determined, so as the indicators of them. The RF front-end works at 24 GHz ~ 24.5 GHz. Transmitting device is chosen as the single-stage shock type and its transmit power needed to be 10 dBm. Receiving device is chosen as the zero intermediate frequency receiver, its baseband signal width is selected to be 1 MHz and sensitivity to be - 90 dBm. The gain of both the transmitting and receiving antenna are desired to about 20 dB and their side lobe gain less than 15 dB. Use UMS company’s CHV2421 QDG, CHR2421 QEG as transmitting and receiving device. Avago’s ADF4158 is used for phase-locked loop and ADP3300 used for 3.0 V power supply. Through the single device debugging, we can design the whole circuit. The 24 GHz vehicle radar transceiver module will be layout in the same circuit boards and meet the requirements of indicators. 24 GHz ~ 24.5 GHz antenna is designed with the form of rectangular microstrip patch antenna array, realized the high gain and miniaturization of vehicle radar antenna. As the result of all these works, 24 GHz vehicle radar RF front-end can be completed. Keywords: MMW-FMCW radar microstrip antenna vehicle radar TR Module
代
号
10701学Biblioteka 号1102120997
分 类 号
TN953
密
级
公开
题 （中、英文） 目
24GHz 车载雷达射频前端设计
Design of 24 GHz vehicle radar RF front-end
作 者 姓 名 学 科 门 类
宋惠轩 工学
指导教师姓名、职务 学科、专业
安翔 教授
电磁场与微波技术
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摘 要
随着经济的发展， 人民生活水平已经大幅提高， 目前私家车的数量急剧增加， 同时带来了大量随之而来的交通问题。毫米波调频连续波雷达（ FMCW）结合了 毫米波和调频连续波雷达的优点，分辨率高及易小型化使其在车在雷达领域具有 广阔的市场前景和出色的发展空间。 本文在前人研究的基础上， 研究了 24GHz 车载雷达射频前端的搭建， 结合 ADS 仿真确定了发射组件与接收组件形式，并为射频系统提出指标。射频前端工作频 率为 24GHz~24.5GHz，发射采用单级震荡式，发射功率要求达到 10dBm；接收采 用零中频接收，选取基带信号带宽 1MHz，灵敏度-90dBm；发射接收天线增益皆 为 20dB 左右，主副瓣差距 15dB 以上。 使用 UMS 公司的 CHV2421-QDG、 CHR2421-QEG 作为发射接收组件，Avago 公司的 ADF4158 用于锁相环，ADP3300 用于 3.0V 供电，通过单个组件的设计调 试，确定整板的设计，将 24GHz 车载雷达收发组件布置在同一电路板上，最终满 足指标要求。完成了 24GHz~24.5GHz 天线的设计，采用了阵列矩形微带贴片天线 的形式，实现了车载雷达对天线高增益且小型化的要求。这些工作最终组成了 24GHz 车载雷达射频前端。 关键词：毫米波调频连续波雷达 车载雷达 发射接收组件 微带天线
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目 录
第一章 绪论 ................................................................................................................ 1 1.1 研究背景............................................................................................................ 1 1.2 车载雷达系统发展现状..................................................................................... 2 1.3 本文的工作及章节安排..................................................................................... 3 第二章 车载雷达原理与方案 ..................................................................................... 5 2.1 雷达工作体制选择 ............................................................................................ 5 2.2 调频连续波（FMCW）雷达 ............................................................................. 6 2.2.1 测距与测速 .................................................................................................. 7 2.2.2 相位法测角 ................................................................................................ 10 2.3 射频系统方案 .................................................................................................. 11 第三章 发射组件与锁相环 ....................................................................................... 15 3.1 雷达发射机 ...................................................................................................... 15 3.1.1 基础知识介绍 ........................................................................................... 15 3.2 车载雷达发射组件设计................................................................................... 17 3.2.1 发射机形式选择及指标设定 .................................................................... 17 3.2.2 器件选择 ................................................................................................... 17 3.2.3 设计与测试 ............................................................................................... 20 3.3 锁相环 ............................................................................................................. 24 3.3.1 锁相环原理及主要参数 ............................................................................ 24 3.3.2 集成锁相环 ............................................................................................... 25 3.3.3 锁相环芯片选择........................................................................................ 26 3.3.4 锁相环电路设计........................................................................................ 28 第四章 接收组件设计............................................................................................... 31 4.1 雷达接收机 ...................................................................................................... 31 4.2 雷达接收组件主要技术参数 ........................................................................... 32 4.2.1 噪声 ........................................................................................................... 32 4.2.2 灵敏度 ........................................................................................................ 32