專利名稱：一種k波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及涉及數(shù)字電路、微波電路、射頻電路等技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
術(shù)語解釋:調(diào)頻連續(xù)波(FMCW):頻率在一段頻率范圍內(nèi)線性遞增或者線性遞減或者兩者兼而有之，并且呈周期規(guī)律變化的信號(hào)。壓控振蕩器(VCO):利用三極管、場效應(yīng)管或耿氏管的非線性特性，通過改變電路的偏置電壓或改變電路中變?nèi)莨艿目刂齐妷旱确椒ǎ沟秒娐钒l(fā)生諧振，輸出所需頻率信號(hào)的電路或集成芯片。由于微波傳輸幾乎不受天氣、照度等環(huán)境因素的影響，采用FMCW技術(shù)的小型固態(tài)雷達(dá)得到了廣泛的應(yīng)用。在FMCW雷達(dá)中，發(fā)射電路發(fā)射出線性變化的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，發(fā)射信號(hào)遇到目標(biāo)即被反射回來。由于回波信號(hào)頻率的滯后，使得發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)兩者之間產(chǎn)生頻差，該頻差隨所測目標(biāo)距離變化而變化，利用該頻差可以確定目標(biāo)距離。常見FMCW雷達(dá)的工作頻段有X波段、K波段、E波段等，調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的產(chǎn)生是該雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)之一。FMCW雷達(dá)的測距精度和距離分辨率與調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的線性度存在密切的關(guān)
O O現(xiàn)有的K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的產(chǎn)生方法是通過產(chǎn)生一個(gè)周期性連續(xù)線性變化的模擬電壓信號(hào)(如三角波信號(hào))控制壓控振蕩器(VCO)線性掃頻，從而產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波信
號(hào)。`由于VCO的非線性特性導(dǎo)致VCO輸出的掃頻信號(hào)具有較大的非線性，這將嚴(yán)重影響測距精度。因此，必須采取各種措施來提高VCO輸出信號(hào)的線性度。現(xiàn)有的線性度校正方法主要有兩種:1、預(yù)校正法，即提前測繪出VCO的調(diào)制電壓/輸出頻率曲線，然后根據(jù)該曲線進(jìn)行校正，由于VCO的非線性隨溫度的變化而變化，所以這種校正方法受溫度的影響較大。2、閉環(huán)校正法，即采用延遲線把發(fā)射信號(hào)進(jìn)行一定的延遲，作為回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行混頻，通過測量混頻所得的差拍信號(hào)，調(diào)整VCO的輸出頻率，校正精度只能達(dá)到0.1%。。故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種頻率調(diào)整靈活，電路結(jié)構(gòu)簡單，掃頻線性度較高的K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路可采用如下技術(shù)方案:一種K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路，包括負(fù)責(zé)供電的電源電路、數(shù)字控制接口、低頻頻率合成電路、Ku波段頻率變換電路、K波段頻率變換電路；數(shù)字控制接口輸出數(shù)字控制信號(hào)控制低頻頻率合成電路合成低頻調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；低頻頻率合成電路的輸出端連接到Ku波段頻率變換電路的輸入端；Ku波段頻率變換電路的輸出分為三路:其中兩路直接輸出Ku波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，另一路連接到K波段頻率變換電路的輸入端；K波段頻率變換電路輸出K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；低頻頻率合成電路包括晶體振蕩器、DDS芯片、PLL芯片、混頻器、帶通濾波器、射頻變壓器。與背景技術(shù)相比，本實(shí)用新型K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路采用直接數(shù)字頻率合成器與鎖相環(huán)相結(jié)合的技術(shù)在較低頻率處合成調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，再經(jīng)過兩次倍頻得到頻率范圍為24GHz 24.245GHz的K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，頻率調(diào)整靈活，電路結(jié)構(gòu)簡單，掃頻線性度較高。優(yōu)選的，Ku波段頻率變換電路包括16倍頻器、第一濾波器、第一兩級(jí)放大器、功分電路。優(yōu)選的，K波段頻率變換電路包括第二濾波器及第二兩級(jí)放大器。

圖1是本實(shí)用新型K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路的連接關(guān)系圖。圖2是本實(shí)用新型中低頻頻率合成電路的連接關(guān)系圖。圖3是本實(shí)用新型中Ku波段頻率變換電路的連接關(guān)系圖。圖4是本實(shí)用新型中K波段頻率變換電路的連接關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型公開一種K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路，包括負(fù)責(zé)供電的電源電路、數(shù)字控制接口、低頻頻率合成電路、Ku波段頻率變換電路、K波段頻率變換電路；數(shù)字控制接口輸出數(shù)字控制信號(hào)控制低頻頻率合成電路合成低頻調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；低頻頻率合成電路的輸出端連接到Ku波段頻率變換電路的輸入端；Ku波段頻率變換電路的輸出分為三路:其中兩路直接輸出Ku波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，另一路連接到K波段頻率變換電路的輸入端；K波段頻率變換電路輸出K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。鎖相環(huán)(PLL)的工作頻率較高、頻率穩(wěn)定度高，但頻率分辨率較低，轉(zhuǎn)換時(shí)間較長；而直接數(shù)字頻率合成器(DDS )具有極高的分辨率和極短的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間，但輸出頻率不高。本實(shí)用新型結(jié)合PLL和DDS的優(yōu)點(diǎn)，在較低頻段合成調(diào)頻連續(xù)波，再經(jīng)過兩次變頻分別得到Ku波段和K波段的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。 電源電路主要利用線性穩(wěn)壓器芯片完成輸入電源+6.4V，+3.3V到+5V，+3.3V,+2.1V，+1.8V的變換作用，為其他各部份供電。數(shù)字控制接口產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)CS和I/O UPDATE、時(shí)鐘信號(hào)SCLK將控制字SDIO信號(hào)寫入DDS芯片內(nèi)部相應(yīng)的寄存器，從而設(shè)定DDS的工作狀態(tài)；產(chǎn)生掃頻控制信號(hào)PSO控制DDS芯片掃頻方向的切換。同時(shí)，數(shù)字控制電路還產(chǎn)生控制信號(hào)SENB、時(shí)鐘信號(hào)SCLK將控制字SDIO信號(hào)寫入PLL芯片內(nèi)部相應(yīng)的寄存器，從而設(shè)定PLL的工作狀態(tài)。數(shù)字控制接口采用的芯片型號(hào)是EP1C12Q240C8N。請(qǐng)參閱圖2所示，低頻頻率合成電路主要包括晶體振蕩器HX0-36B、DDS芯片AD9954、PLL芯片Si4112、混頻器AD8343、帶通濾波器BPF_750MHz、射頻變壓器ETC1-1-13，其電路連接關(guān)系如圖2所示。HX036B輸出20MHz的參考時(shí)鐘信號(hào)，分別通過電容C25、C46連接至Ij AD9954的第9引腳0CS/REFCL0CK和Si4112第15引腳XIN。AD9954在數(shù)字控制電路的控制信號(hào)CS、SCLK、I/O UPDATE、PSO、SDIO控制下輸出差分的調(diào)頻信號(hào)。該信號(hào)的頻率范圍為80MHz 87.65625MHz，頻率步進(jìn)為300.245Hz。AD9954的參考信號(hào)是20MHz,通過使能內(nèi)部倍頻器，可以使得系統(tǒng)時(shí)鐘高達(dá)400MHz，同步時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘的1/4，即100MHz，AD9954的頻率跳變時(shí)間達(dá)到10ns。AD9954具有32位頻率控制字，其頻率分辨率為400MHz/232，即0.1Hz。當(dāng)AD9954輸出信號(hào)在80MHz 87.65625MHz時(shí)，信號(hào)的相位噪聲達(dá)到-120dBc@100kHz。窄帶無雜散動(dòng)態(tài)范圍大于80dB。Si4112在數(shù)字控制電路的控制信號(hào)SENB、SCLK、SD10控制下，產(chǎn)生頻率為670MHz的單頻信號(hào)。為了穩(wěn)定輸出信號(hào)的頻率，在中頻調(diào)諧端口 IFLA與IFLB之間連接一個(gè)電感L7。為使得負(fù)載得到的信號(hào)功率最大，需要在23引腳串聯(lián)一個(gè)電感L6進(jìn)行輸出匹配。中頻輸出端IFOUT與其負(fù)載之間通過串接一個(gè)電容C58實(shí)現(xiàn)交流耦合，并與L6—起構(gòu)成輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，以減小諧波失真。Si4112輸出的670MHz信號(hào)相位噪聲達(dá)到-117dBc@100kHz，諧波抑制度_20 _26dBc。Si4112的輸出信號(hào)經(jīng)過射頻變壓器Tl轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，經(jīng)過電容C60，C61連接到混頻器AD8343的本振輸入端L0M、L0IP，AD9954的輸出差分信號(hào)連接到AD8343的信號(hào)輸入端INPM、INPP,由AD8343進(jìn)行混頻。AD8343的輸 出端0UTM、0UTP分別連接到射頻變壓器T2的3、4引腳，轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)后由射頻變壓器T2的I引腳輸出，再經(jīng)過電容C65連接到帶通濾波器BPF_705MHz濾波輸入端，BPF_705MHz輸出端得到頻率為750MHz 757.65625MHz低頻調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。請(qǐng)參閱圖3所示，Ku波段頻率變換電路由16倍頻器HMC445、濾波器BPF_12GHz、兩級(jí)放大器NE3512S02、功分電路PWR_DIVIDER構(gòu)成。低頻頻率合成電路的輸出信號(hào)連接到HMC445的輸入端，完成16倍頻。HMC445的輸出端連接到BPF_12GHz輸入端。BPF_12GHz是7級(jí)切比雪夫帶狀線帶通濾波器，濾波得到頻率范圍為12GHz 12.1225GHz的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。BPF_12GHz的輸出端順次連接兩級(jí)NE3512S02，將輸入信號(hào)放大20dB后，連接到PWR_DIVIDER的輸入端。PWR_DIVIDER是帶狀線不等分功率三路輸出功分器，它第一路輸出、第二路輸出直接作為本實(shí)用新型的兩路Ku波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)輸出，第三路輸出連接到K波段頻率變換電路的輸入端。由于該部分電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了 16倍頻，所以三路輸出信號(hào)頻率精度達(dá)到1.6Hz，頻率步進(jìn)達(dá)到4804Hz。請(qǐng)參閱圖4所示，K波段頻率變換電路有NE3512S02、BPF_24GHz構(gòu)成。連接關(guān)系如圖4所示。Ku波段頻率變換電路的第三路輸出連接到NE3512S02的輸入端，NE3512S02把輸入信號(hào)2倍頻后，連接到BPF_24GHz的輸入端。BPF_24GHz是5級(jí)切比雪夫帶狀線帶通濾波器，濾波得到頻率范圍為24GHz 24.245GHz的K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)輸出。由于該部分電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了 2倍頻，所以輸出信號(hào)的頻率精度達(dá)到3.2Hz,頻率步進(jìn)達(dá)到9608Hz，計(jì)算得到頻率線性度達(dá)到0.033%。信號(hào)的相位噪聲達(dá)到-102dBc@100kHz。本實(shí)用新型的有益效果有:采用DDS與PLL相結(jié)合的技術(shù)，提高了調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的線性度；全數(shù)字技術(shù)，產(chǎn)品一致性好，溫度漂移低；通過數(shù)字編程改變掃頻范圍，頻率范圍寬，設(shè)置靈活；濾波器都采用帶狀線濾波器，電路結(jié)構(gòu)較簡單，表貼器件減少，生產(chǎn)成本較低。其中，低頻頻率合成電路可以選擇其它型號(hào)的DDS、PLL等芯片，實(shí)現(xiàn)同樣的功能；低頻帶通濾波器BPF_750MHz可以采用集總濾波器，實(shí)現(xiàn)同樣的濾波器功能，在此不再贅 述。
權(quán)利要求1.一種K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征在于:包括負(fù)責(zé)供電的電源電路、數(shù)字控制接口、低頻頻率合成電路、Ku波段頻率變換電路、K波段頻率變換電路；數(shù)字控制接口輸出數(shù)字控制信號(hào)控制低頻頻率合成電路合成低頻調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；低頻頻率合成電路的輸出端連接到Ku波段頻率變換電路的輸入端；Ku波段頻率變換電路的輸出分為三路:其中兩路直接輸出Ku波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，另一路連接到K波段頻率變換電路的輸入端；K波段頻率變換電路輸出K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；低頻頻率合成電路包括晶體振蕩器、DDS芯片、PLL芯片、混頻器、帶通濾波器、射頻變壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征在于:Ku波段頻率變換電路包括16倍頻器、第一濾波器、第一兩級(jí)放大器、功分電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征在于:K波段頻率變換電路包括第二濾波器及第 二兩級(jí)放大器。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)產(chǎn)生電路，采用直接數(shù)字頻率合成器與鎖相環(huán)相結(jié)合的技術(shù)在較低頻率處合成調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，再經(jīng)過兩次倍頻得到頻率范圍為24GHz～24.245GHz的K波段調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，頻率調(diào)整靈活，電路結(jié)構(gòu)簡單，掃頻線性度較高。
文檔編號(hào)H03L7/099GK203104410SQ2013200397
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者張冬, 姜黎, 顧晶, 高志軍, 茅文深 申請(qǐng)人:南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司