[发明专利]毫米波FMCW两单元相控阵测距测速单片雷达收发机

说明书

技术领域

本发明属于测距测速雷达收发机领域，尤其涉及到采用单芯片集成电路技术实现的工作于毫米波波段的采用连续波调制（FMCW）方式的二单元相控阵接收的雷达收发装置。

背景技术

毫米波所处于的频段为30GHz~300GHz，其波长在1mm~10mm的范围内。由于其波长的特殊性，毫米波具有独特的性质，与亚毫米波，红外直至可见光频段相比，毫米波在烟、雾、云、沙尘暴等环境中衰减非常小。因此在许多红外和可见光探测设备不能正常工作的场景下，毫米波依然可以正常工作，从而可以大大提高毫米波探测设备对复杂环境的适应性。由于毫米波的这些特性，其在雷达方面的应用有着较大的优势。

毫米波雷达可以应用在汽车防撞雷达方面，汽车防撞雷达通过检测前方目标的距离和速度，当检测值不在正常范围的时候便发出预警或者强制处理措施，以减少撞车事故发生的可能性。汽车防撞雷达安装在汽车的前方，必须要适应各种复杂的路况，能够在各种环境下检查处汽车前方的目标。相比倒车雷达和后视雷达而言，对汽车防撞雷达的要求更加苛刻: 要求能够侦查到前方区域所有运动和静止目标；要求具有足够动态范围，能够检测不同距离的具有不同雷达截面积的目标；一般而言要求系统作用距离在300m左右；系统的响应时间必须足够快，否则可能因为系统响应太慢，即使做出了预警司机也来不及反应；系统要小，便于在车上安装。毫米波雷达由于其在各种复杂环境下的稳定探测性能，是实现汽车防撞雷达的最好选择。毫米波雷达主要使用的频段为77GHz。欧洲在2005年已经将77~91GHz分配给毫米波超带宽雷达，原有频段21.65~ 26.65GHz的短距雷达在2013年之前全部退出市场，留给毫米波雷达8年的发展过渡期。

目前市场存在的大部分毫米波雷达，均采用分立微波元件实现，其体积较大以及价格昂贵，限制了毫米波雷达的广泛使用。采用集成电路技术将其集成化是解决其成本问题的一个可行的方案。集成电路制造工艺的进步为人们提供了此种可能性。目前为止，CMOS工艺晶体管的截止频率已经超过了200GHz，采用这样的工艺进行毫米波雷达的设计室完全可行的。为了获得高增益，毫米波雷达的天线波束往往较窄，仅仅能够检测某个小角度内的目标，例如，毫米波汽车前向防撞雷达的天线波束一般为15度左右。如果将相控阵技术应用于毫米波雷达，使得其波束可以在控制下进行角度的扫描，这样能够大大的扩展毫米波雷达的应用范围。

本发明提出了一种采用单芯片集成电路技术实现的两单元相控阵毫米波雷达系统，此系统采用连续波调频（FMCW）的调制方式，可以测量目标的距离和速度，同时，此系统具有两路接收通路，通过在系统内部设计移相器，可以实现两单元的相控阵接收机，实现180度的波束覆盖范围。系统内部有多个可配置的参数，可以根据所需要的测量范围以及精度来自主进行配置，从而大大提高了此系统的应用范围。采用单芯片集成电路的技术也会给此系统带来成本以及体积上的优势。

发明内容

本发明的目的在于提出一种采用FMCW调制方式的两单元相控阵测距测速单片雷达系统，其特征在于包括：连续波调制方式的发射模块，以下简称FMCW发射模块、两单元接收模块、数字控制模块以及偏置产生模块，其中：

FMCW发射模块，用于产生FMCW调制信号，依次经第三缓冲放大器、功率放大器PA放大后，再经发射天线发射出去，所述FMCW发射模块，包括：锁相环PLL、功率放大器PA以及缓冲放大器BUF1~BUF3，其中：

锁相环PLL，以下简称锁相环，包括：鉴频鉴相器PFD，以下简称鉴频鉴相器、电荷泵CP，以下简称电荷泵、环路滤波器LOOP FILTER，以下简称环路滤波器、压控振荡器VCO，以下简称压控振荡器、依次1/2分频的四个分频器DIV1~DIV4、16~23可配置整数分频的分频器DIV5以及DELTA-SIGMA调制器DSM，以下简称调制器，其中，所述鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及五个分频器DIV1~DIV5依次串接成环状，所述鉴频鉴相器的第一输入端输入参考频率F_REF信号，第二输入端则与第五个分频器DIV5分频后的分频信号输出端相连，所述第五分频器DIV5的分频控制信号输入端与调制器的调制信号输出端相连，所述压控振荡器的输出端依次连接第一缓冲放大器BUF1以及放大增益可调的第三缓冲放大器BUF3，

功率放大器PA，输入端与所述第三缓冲放大器BUF3的输出端相连，用于将产生的FMCW调制信号进行功率放大，再通过发射天线发射出去；