24GHz车载毫米波雷达射频前端设计与研究

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随着经济的快速发展,私家车数量急剧增加,交通安全问题日益突出。车载雷达防撞预警系统逐渐普及,成为当下研究热点。毫米波调频连续波雷达(FMCW)凭借着穿透能力强、不易受环境影响等特点,占据了车载雷达领域大部分市场,发展前景广阔。本文首先介绍了车载雷达防撞预警系统的研究现状、工艺水平和理论基础。接着利用先进设计系统(ADS)软件对车载雷达防撞预警系统的射频前端部分进行设计研究,包括低噪声放大器、功率放大器、混频器和平行耦合器的设计与仿真。低噪声放大器的设计是以VMMK-1225场效应晶体管为基础,包括偏置电路、射频扼流电路、反馈网络以及匹配电路设计,经过多次参数调谐优化,当中心频率为24GHz、频率带宽为500MHz时,输入、输出回波损耗均小于-10db;输入、输出电压驻波比VSWR均小于1.5;对于低噪放增益与稳定系数取舍问题,文中提出了两种解决方案,并对两种方案进行了仿真,对比仿真结果最后选择了在晶体管栅极串联RC并联电路,稳定系数大于1,增益大于10dB,符合系统设计指标。功率放大器直接采用单片集成(MMIC)芯片,并将芯片S2P文件导入ADS二端口网络中,进行S参数仿真;仿真结果表明:中心频率24GHz时的增益为16.280dB大于15dB,优于给定指标,在带宽500MHz内增益均大于15dB;而且S11参数在带宽500MHz内均小于-10dB优于指标要求,符合本文系统指标要求。混频器设计包括3db定向耦合器、低通滤波器和二极管匹配电路。对于定向耦合器的设计,考虑到实际PCB板制作精度的问题,经过多次调谐优化,最终选择了一组合适的耦合间距,在耦合度和PCB制作精度之间达到了平衡。文末,提出了车载雷达射频前端小型化、集成化方案。并以ADS软件为平台对发射端、接收端进行了系统级仿真,仿真结果较为理想,满足预期指标要求。
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