文献综述(或调研报告):
近年来,在市场的推动下,毫米波技术与理论的长足发展,毫米波雷达逐渐受到人们重视。20世纪70年代初,德国西门子公司开始10GHz汽车防撞雷达的研究,但是技术不成熟,难以应用。但是此后,众多公司、研究机构研制出各种毫米波雷达。绝大多数的防撞雷达都采取了FMCW体制[1]。这些工作主要集中在16GHz、32GHz、50GH、60GHz、77GHz[2]。调制方式主要是调频连续波,其基本结构是将FMCW频率源的信号倍频到相应的波段,可研制高性能、低成本的FMCW频率源对微波毫米波雷达的应用有重大意义。
FMWC频率源的技术实现方案有多种,几十年来在国内外都有着深厚的积淀:
1969年,英国Lucas公司研制并推出了一款中心频率 24 GHz的FMCW毫米波雷达,主要用于15到30米的中短距离目标检测[3]。直到上世纪八十年代,伴随着毫米波电子器件制造工艺和毫米波技术理论的快速发展,FMCW 雷达朝着低成本、高性能、小型化的方向发展。
2005年,张荣辉设计的一个C波段FMCW雷达系统[4]。该雷达系统采用DDS直接倍频,再与本振上变频的设计方法。其中心频率为6GHz,调制带宽是100MHz,同时设计了工作于该频段的矩形微带天线(带宽为11%)。该频率源DDS的跳频时间为20ns,实现了纳秒级的步进。
2007 年清华大学的周忠玲和李冬梅设了一种采用三阶DSM 的分数分频PLL 频率合成器,其最高鉴相频率可达1.6 GHz,采用台积电的0.35 um CMOS 工艺,相位噪声的测试结果为-104.09 dBc/Hz@10 kHz;在锁定状态下,输出频率偏移为22 Hz,功耗为30 mW[9]。
2013年,Stringham,C.和 Long,D.G.设计一个工作于 W 波段的 LFMCW 雷达[5]。该雷达首先生成 0.5~1GHz的LFMCW信号,通过上变频 倍频使其工作在 15.9-17.4GHz,之后再次通过六倍频得到W波段信号,由于其工作频率高、带宽大,距离分辨率可以达到1.67cm。
2014年,西安电子科技大学的侯建强等人实现了一种基于PLL电路直接生成FMCW信号的方法。主要是通过快速改变PLL系统的分频比N以输出FMCW信号。该方法的关键是分频器的过渡周期Delta;t,过渡周期Delta;t越小,则FMCW信号的线性度更好。该方法具有可靠性高,调整方便,电路结构成熟等特点[8]。
2015年浙江大学的仲冬冬等人研制出了一款低功耗小数N分频锁相环,输出频率为2.8 ~ 3.4 GHz 时,锁定的建立时间小于20 us,参考杂散-38 dBc,相位噪声-122.5 dBc/Hz@1 MHz,功耗为5.3 mW;输出频率范围为4.1 ~ 4.9 GHz 时,锁定时间小于20 us,参考杂散-44.5 dBc,相位噪声-115 dBc/Hz@1 MHz,功耗为5.9 mW[6]。
2018年,DANIEL WEYER等人研发了一款集成式雷达线性调频合成器,采用65nm CMOS工艺,芯片面积为0.53mm2。该锁相环芯片为18GHz至22GHz,总功耗为39.6mW。基准杂散的测量值为-45dBc,小数杂散低于-60dBc。该PLL具有高的环路带宽(gt; 1MHz)和快速的建立时间(lt;10 us),在100kHz时可实现-88dBc / Hz @ 100kHz的低近相噪声[7]。
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