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X波段多普勒测速雷达前端研究

作　者: 庞智强
导　师: 王占平
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: X波段高速运动模型多普勒测速雷达前端
分类号: TN953.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

飞机、卫星等空间飞行体速度一般在(100～8000)m/s，为研究飞行体的高速运动性能，用高速运动模型代替飞行体及其内部装备。传统的光电测速方式是在“模型”的运动路径上布置若干光电传感器，用“模型”到达每一个传感器的时间来推算运动速度。相对于光电测速方式，雷达测速有成本低、安装简单、可连续测速等优点。本文以某“模型”的高速运动为研究背景，研制了一种X波段多普勒测速雷达前端，目的是为该“模型”提供一套连续测速装置，为后续研究提供基础数据。本测速前端采用连续波相参的雷达体制，工作频率为9GHz点频。本文对测速雷达前端进行了方案设计并对各部件完成了指标分配，整个前端由三部分模块构成：信号源模块包括锁相环信号源、微波带通滤波器、微波单级放大器和Wilkinson功分器；发射模块包括两级功放和发射天线；接收模块包括接收天线、低噪放、混频器、中频低通滤波器和中频放大器。本文阐述了上述各部件的工作原理和设计方法，采用软件HFSS和ADS对微波带通滤波器、功分器等无源部件和微波放大器进行了设计、仿真和优化，采用软件AutoCAD绘制了电路版图和腔体图纸。最后采用频谱仪和示波器等仪器完成了实际硬件电路的测试及调试工作，验证了各模块电路设计的正确性。本前段利用微带贴片天线作为收发天线，采用同轴馈电结构；微波带通滤波器和中频低通滤波器分别采用微带平行耦合线结构和LC结构；功分器采用两级Wilkinson结构；混频器采用集成芯片HMC553LC3B实现；微波放大器采用场效应管TC2181实现；信号源采用锁相环频率综合芯片实现。本文的信号源模块输出功率为-18.5dBm，发射模块的发射功率为8dBm，接收模块变频增益为55.8dB。整机测试结果表明，该前段测速误差小于0.6%。最后对测试结果进行了分析，提出了电路改进方法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 研究背景和意义  11
  1.2 多普勒雷达的发展与现状  11-15
  1.3 论文主要工作  15
  1.4 本章小结  15-16
第二章多普勒雷达前端微波电路简介  16-33
  2.1 滤波器基本理论  16-20
  2.2 微带天线基本理论  20-23
  2.3 功分器基本理论  23-25
  2.4 混频器基本理论  25-27
  2.5 放大器基本理论  27-30
  2.6 锁相环基本理论  30-32
    2.6.1 鉴相器  30-31
    2.6.2 环路滤波器  31-32
    2.6.3 压控振荡器  32
  2.7 本章小结  32-33
第三章 X 波段多普勒测速雷达前端设计  33-52
  3.1 多普勒效应  33
  3.2 X 波段多普勒测速雷达前端方案设计  33-34
  3.3 滤波器设计  34-38
    3.3.1 微波带通滤波器设计  34-36
    3.3.2 中频低通滤波器设计  36-38
  3.4 收发天线设计  38-39
  3.5 功分器设计  39-41
  3.6 混频器设计  41-43
  3.7 放大器设计  43-47
    3.7.1 微波放大器设计  43-46
    3.7.2 中频放大器设计  46-47
  3.8 锁相环信号源设计  47-51
    3.8.1 锁相环信号源设计指标  47
    3.8.2 芯片介绍  47-49
    3.8.3 原理图及版图设计  49-51
  3.9 本章小结  51-52
第四章 X 波段多普勒测速雷达前端实现  52-56
  4.1 电路布版  52-53
  4.2 腔体设计  53-55
  4.3 本章小结  55-56
第五章 X 波段多普勒测速雷达前端测试结果及分析  56-70
  5.1 信号源测试及分析  57-60
  5.2 带通滤波器测试及分析  60-61
  5.3 微波放大器测试及分析  61-62
  5.4 功分器测试及分析  62-63
  5.5 收发天线测试及分析  63-65
  5.6 混频器测试及分析  65-66
  5.7 整机测试及分析  66-69
  5.8 本章小结  69-70
第六章总结与展望  70-71
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
攻硕期间取得的研究成果  75-76

X波段多普勒测速雷达前端研究

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