24Ghz车载雷达原理和设计大报告 - 图文

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无杂散动态范围（ Spurious Free Dynamic Range， SFDR）

无杂散动态范围是信号的最大电平与接收机内部产生的最大杂散信号电平的比值， 通常用分贝(dB)表示。 这个参数是由多种因素决定的,包括混频器互调， A/ D转换器的性能和许多其他的路径影响， 导致不必要的信号被耦合进接收机信号。 互调失真（ Intermodulation Distortion， IMD）

互调失真是一个非线性的过程， 来源于输入基本信号频率的线性组合。二阶和三阶互调是最常见，所以需要接受双音的接收机指标中通常特地的标明二阶和三阶的交调截点。 这个交调截点的理想选择为交调产物与输入基本信号能量相等的点。

4.2.4 信号带宽

瞬时带宽是指元器件可以高准确性的同时处理两个或两个以上的信号的频率范围。当瞬时带宽这一术语被用作雷达接收机参数， 它指的便是出现在接收机系统里的射频滤波器、中频滤波器、视频滤波器和数字滤波器等等的带宽参数。

当雷达接收机采用拉伸方式的信号处理时，射频处理带宽明显大于中频带宽。因此， 瞬时带宽这一术语让人很困惑， 所以通过使用射频带宽， 本振线性调频带宽和中频带宽这些术语以区分不同的带宽。 调谐范围是指一个元器件无需采取任何措施就能够正常工作的频带。 调谐通常是指适应本地振荡器频率和射频滤波器的指标，在此基础上的调谐带宽通常被称为雷达的操作带宽。 现代雷达中，信号波形的时间-带宽积往往大于1，此时接收机的带宽需要与限号的频谱范围相匹配。

4.3 车载雷达接收组件设计与测试 4.3.1 接收机形式选择与指标设定

由4.1节中的介绍可知，零中频接收机镜像干扰问题较低，并且镜像干扰滤波器在集成芯片片内完成，电路结构简单，用于24GHz车载雷达体系，易于接收机的小型化，其低成本、功耗小，具有显著优势。所以计划采用此种类型的接收机系统。

由雷达原理可知，接收机指标的设定与雷达方程有关，由式（4-1），可以推得接收机灵敏度：

? (4-11)

式（4-11）的计算结果说明接收机的灵敏度小于-76.976dBm 时，发射的信号才能被检测出来。

将车载雷达的指标要求设定如下：工作频率： 24GHz~24.5GHz；基带信号带宽： 1MHz；灵敏度： -90dBm

4.3.2 器件选择

依据指标要求和发射组件形式，选择了 ums（united monolithic semiconductors）公司的 CHR2421-QEG 芯片。CHR2421-QEG 芯片是 K 波段的单片集成双通道的接收机芯片，其组成框图如图 4.3 所示，封装如图 4.4 所示。

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图 4-3 CHR2421-QEG 组成框图

CHR2421-QEG芯片包括低噪放和可以产生从直流到 1MHz基带信号的混频器，这些器件都集成的，适用于传感器和宽带微波毫米波系统。芯片通过 pHEMT 工艺制成，24管脚，并采用无铅封装。

其基本工作频率为 23.75GHz~24.5GHz，典型输出功率为15dBm，本振输入信号为 0~8dBm，在1MHz带宽时噪声系数为7dB，22dB 线性增益，5V 供电。 其中射频输入端为几级低噪放级联的放大电路，然后为混频器，用以与本振信号产生基带信号。

其中前级的放大电路是由多级低噪放模块级联而来，如图 4.5 所示，其噪声系数参数如图 4.6 所示。由图可知，室温下 22GHz~26GHz 频率范围内其噪声系数都在 2.5dB 以下， 增益如图 4.7 所示为 26dB 左右，由公式（4-9）可知，噪声系数越小，同样带宽的接收机的灵敏度越高，这个噪声系数足以满足指标要求。

图 4-4 低噪放级联框图

图 4-5 前级低噪放噪声性能 图 4-6 低噪放增益

接收芯片中含有混频器所以转换增益 Gc 是一个重要参数，转换增益 Gc 随着温度和频率变化的关系如图 4.8所示。可见在同一温度条件下较宽的频带内转换增益 Gc 的值是一

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个变化不大的值，室温 5°C 下在 22dB 左右。

图 4-7 转换增益 Gc 随温度变化

CHR2421-QEG 芯片管脚分布如图 4.9 所示，俯视芯片圆圈处即1管脚，管脚排布按照俯视图的逆时针顺序排列，直至24管脚，中心处为25管脚。

图 4-9 管脚分布

4.3.3 设计与仿真

由于接收系统需要用到发射组件的一路射频信号作为本振信号进行混频，所以这里没有给出单独的测试板，而只针对其结构作出仿真预算。

在 ADS 中建立如图 4.10 所示的模型， 仿真其中一条射频链路。 模型中的各元件参数按照芯片给定的指标进行设定，其中前级低噪放的噪声系数为 2.5dBm，增益为 26dB，混

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频器变频增益为 22dB， 基带信号滤波器带宽为 1M，设射频端输入功率为-90dBm。

图 4-10 接收系统仿真

计算所得的结果如图 4.11所示。由图可知系统噪声大约为 5.6dB，按照公式（4-9）计算可知：

(4-12) 小于式（4-11）中雷达方程计算的结果，所以此系统的灵敏度是符合设计要求的。 基带信号滤波与放大不包含在 CHR2421-QEG 芯片中，实际测试时只测量到混频器的输出端，由计算结果可知在输入-90dBm 时，混频器输出端的功率大约在-38dBm，此计算结果可用来与实际测试值进行比较。

(a) 接收机链路仿真结果

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