專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎖相環(huán)與壓控振蕩器的組合電路形成的小型頻綜信號(hào)源。
背景技術(shù)：
汽車(chē)防撞雷達(dá)是一種主動(dòng)安全設(shè)備，它可以準(zhǔn)確的測(cè)量出周?chē)繕?biāo)的速度和距離，發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，及時(shí)向司機(jī)發(fā)出警報(bào)，必要時(shí)自動(dòng)采取措施消除危險(xiǎn)。國(guó)外研究的比較早，已經(jīng)有了一些研究成果。例如美國(guó)公共交通管理局研制的一種頻率為36GHz的雷達(dá)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前方30-40米處有障礙物時(shí)可自動(dòng)剎車(chē)；日本豐田汽車(chē)公司研究了使用毫米波雷達(dá)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)車(chē)距的系統(tǒng)，當(dāng)車(chē)距小于一定距離時(shí)就發(fā)出警報(bào)；本田汽車(chē)公司研究過(guò)使用扇形激光束掃描雷達(dá)傳感器，在彎道行駛時(shí)也可監(jiān)測(cè)前后車(chē)輛和障礙物的距離。此外，超聲波、紅外線也可以用來(lái)監(jiān)測(cè)車(chē)距，結(jié)合報(bào)警和剎車(chē)裝置，組成汽車(chē)防撞雷達(dá)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)雖然也有企業(yè)在從事相關(guān)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，但是所用的技術(shù)集中在超聲波，激光，紅外等方面。這些技術(shù)都有相應(yīng)的局限，如超聲波測(cè)距系統(tǒng)雖然成本低、制作方便，但是受大氣影響較大，在遠(yuǎn)距測(cè)距上可靠性差。激光測(cè)距具有高精度，量程大，方向性好等優(yōu)點(diǎn)，然而單機(jī)成本過(guò)高，環(huán)境要求過(guò)高等缺陷，且過(guò)高的能量會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生損害。而紅外線的過(guò)長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間也限制了該技術(shù)在車(chē)輛碰撞報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用。毫米波雷達(dá)克服了其他幾種探測(cè)方式在高速公路防撞運(yùn)用中的缺點(diǎn)，具有探測(cè)性能穩(wěn)定，可以全天候工作，探測(cè)距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。目前歐洲的汽車(chē)毫米波雷達(dá)防撞系統(tǒng)的工作頻率一般為76 77GHz，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)暫定汽車(chē)?yán)走_(dá)工作頻率為24GHz，日本原定為60GHz，近幾年逐漸轉(zhuǎn)向77GHz，可見(jiàn)77GHz的頻段是國(guó)際汽車(chē)防撞雷達(dá)領(lǐng)域的大趨勢(shì)。頻綜信號(hào)源會(huì)產(chǎn)生高頻和低頻信號(hào)，高頻信號(hào)是指電路上傳輸頻率較大的信號(hào)，通常為幾百M(fèi)Hz甚至上GHz。當(dāng)高低頻信號(hào)在電路板上的走線相互靠近時(shí)，由于電磁耦合，高頻電路上的信號(hào)會(huì)對(duì)低頻信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，因?yàn)橛捎谄胀ǖ沫h(huán)氧介質(zhì)板的介電常數(shù)不適合高頻信號(hào)的布局，如果一定要在環(huán)氧介質(zhì)板上布局高頻電路的話(huà)，需要非常大的線寬以及特殊的工藝技術(shù)，所以傳統(tǒng)的電路板涉及是將高頻信號(hào)走線和低頻信號(hào)走線盡可能分開(kāi)，甚至于將高頻信號(hào)和低頻信號(hào)盡可能分布在兩塊電路板上，這樣既增大了系統(tǒng)所需要的空間，也增加了成本。然而國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù) 發(fā)展滯后，在很多論文上只有相關(guān)后端算法的驗(yàn)證研究，或以純模擬電路搭建的頻綜信號(hào)源，其體積，重量尚不能達(dá)到車(chē)輛系統(tǒng)集成的要求，更遑論在實(shí)際道路環(huán)境中的應(yīng)用。河北石家莊中電十三所也曾進(jìn)行過(guò)相關(guān)組件的開(kāi)發(fā)研制,采用技術(shù)為本振加混頻加DDS (數(shù)字顯示示波器)控制的技術(shù)，雖然能達(dá)到基本要求，但在實(shí)際應(yīng)用中由于其信號(hào)雜散不夠理想且體積過(guò)大，在空間本就有限的汽車(chē)前端難以得到實(shí)際應(yīng)用和市場(chǎng)化推廣。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供的一種用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，可輸出約77GHz的雷達(dá)發(fā)射頻率并提供150MHz的帶寬，且體積小，節(jié)省空間，在實(shí)現(xiàn)了雙通道輸出的前提下保證了較好的雜散度。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，該信號(hào)源包含電路連接的參考頻率源、鑒相器、放大濾波電路、壓控振蕩器和程序分頻器，還包含功分器，參考參考頻率源的輸出端連接鑒相器的輸入端，鑒相器的輸出端連接放大濾波電路的輸入端，放大濾波電路的輸出端連接壓控振蕩器的輸入端，壓控振蕩器的輸出端連接程序分頻器和功分器的輸入端，程序分頻器的輸出端連接鑒相器的輸入端。該信號(hào)源還包含電路連接所述鑒相器的第一電壓轉(zhuǎn)換器，為鑒相器提供電壓，還包含電路連接所述放大濾波電路的第二電壓轉(zhuǎn)換器，為放大濾波電路提供電壓。
該小型頻綜信號(hào)源將高低頻電路集成在一塊混壓板上，所述的混壓板包含壓制在一起的微帶線電路板和普通電路板。所述的參考頻率源、鑒相器、壓控振蕩器、功分器以及程序分頻器布置在微帶電路板上，放大濾波電路布置在普通電路板上。所述的壓控振蕩器、程序分頻器以及功分器是高頻電路。本實(shí)用新型使用了混壓板的制作方式，即將普通RF4板材與Rogers4350B微帶板材分別布線后黏貼壓制成所用電路板，這樣既能避免高頻信號(hào)線在普通電路板上干擾大的問(wèn)題，又解決了利用單一微帶板布線所帶來(lái)的成本昂貴，機(jī)械強(qiáng)度小的問(wèn)題。

圖1是本實(shí)用新型的電路圖；圖2是本實(shí)用新型的輸出信號(hào)的波形圖。
具體實(shí)施方式
以下根據(jù)圖1和圖2來(lái)具體說(shuō)明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，該信號(hào)源包含電路連接的參考頻率源101、鑒相器102、放大濾波電路103、壓控振蕩器104和程序分頻器105，還包含功分器106，參考參考頻率源101的輸出端連接鑒相器102的輸入端，鑒相器102的輸出端連接放大濾波電路103的輸入端，放大濾波電路103的輸出端連接壓控振蕩器104的輸入端，壓控振蕩器104的輸出端連接程序分頻器105和功分器106的輸入端，程序分頻器105的輸出端連接鑒相器102的輸入端；鑒相器102總是對(duì)參考頻率源101輸入的參考信號(hào)的相位和程序分頻器105輸入的反饋信號(hào)的相位進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)相位差保持恒定或者為零時(shí)(具體由鑒相器的類(lèi)型決定)，環(huán)路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，表示相位已經(jīng)鎖定，這時(shí)壓控振蕩器104的輸出信號(hào)的頻率fwt等于參考頻率源101輸入信號(hào)的頻率f；乘以程序分頻器105的分頻比M,即f；ut=MXf；，其中f；為鎖相環(huán)的參考頻率；否則，鑒相器102繼續(xù)進(jìn)行相位比較，輸出一個(gè)信號(hào)Vd，經(jīng)過(guò)放大濾波電路103的低通濾波變成直流信號(hào)Vtl，控制壓控振蕩器104的輸出信號(hào)頻率往參考頻率的方向接近，直到相位鎖定；[0021]當(dāng)環(huán)路處于相位鎖定狀態(tài)時(shí)，輸出頻率與反饋信號(hào)的頻率之間也存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)相差。若輸入信號(hào)發(fā)生相位或頻率變化(由干擾或調(diào)制所引起)，通過(guò)環(huán)路自身的控制作用，環(huán)路的輸出信號(hào)，即壓控振蕩頻率和相位，就會(huì)跟蹤輸入信號(hào)的變化，這即是環(huán)路的跟蹤特性，從而實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻；該信號(hào)源系統(tǒng)是一個(gè)相位負(fù)反饋系統(tǒng)，這有別于常見(jiàn)的電壓或電流負(fù)反饋系統(tǒng)。電壓或電流負(fù)反饋的反饋量分別取自輸出電壓和輸出電力，在引入負(fù)反饋后能夠穩(wěn)定放大倍數(shù)，展寬頻帶，減小非線性失真等，而本實(shí)用新型將輸出信號(hào)的相位作為反饋量，能夠使輸出電路具有穩(wěn)定的相位變化；功分器106實(shí)現(xiàn)雙通道輸出；該信號(hào)源還包含電路連接所述鑒相器102的第一電壓轉(zhuǎn)換器，為鑒相器102提供電壓，還包含電路連接所述放大濾波電路103的第二電壓轉(zhuǎn)換器，為放大濾波電路103提供電壓；所述的參考頻率源101采用CVHD-950晶振，為鑒相器提供時(shí)鐘信號(hào)和參考頻率；所述的鑒相器102采用HMC 702LP6CE鑒相器芯片，提供所需頻率信號(hào)，包括點(diǎn)頻、單邊掃頻，雙邊掃頻。其具體功能由內(nèi)置寄存器通過(guò)SPI (串行外設(shè)接口)讀寫(xiě)方式由前端控制板寫(xiě)入。輸入為5V，3.3V模擬電壓，3.3V數(shù)字電壓，VCO反饋信號(hào)以及SPI數(shù)據(jù)線。其輸出為按要求設(shè)置頻率的CP信號(hào)；所述的放大濾波電路103采用AD797ARZ放大芯片，將鑒相器101輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為提供給壓控振蕩器104的電壓信號(hào)，并起到環(huán)路濾波的作用，減小電路中的噪聲信號(hào);所述的壓控振蕩器104采用HMC734LP5 VCO芯片，根據(jù)輸入電壓信號(hào)控制輸出端的頻率，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)三角波調(diào)頻。并向鑒相器101提供鎖相反饋頻率。其輸入為5V電源電壓及經(jīng)放大器放大的控制電壓，輸出為最終所需的中心頻率9.5625GH，帶寬為18.75MHz的射頻信號(hào)；所述的程序分頻器105集成在HMC702LP6CE芯片內(nèi)部；所述的功分器106采用威爾金斯功分器，將9.5625GHz ±9.375MHz的掃頻信號(hào)分為兩路輸出，而不改變?cè)刃盘?hào)的頻率，且功率沒(méi)有過(guò)大的衰減。通過(guò)已知所用微帶板的介電常數(shù)ε和所需阻抗(單支部分為50 Ω、雙路分支為70.7 Ω)，計(jì)算得到微帶線寬度，將輸出分為兩路，得出正向傳播參數(shù)S21為_(kāi)3dB，兩端口隔離參數(shù)S23小于-30dB ；所述的第一電壓轉(zhuǎn)換器采用TPS7133電壓轉(zhuǎn)換芯片，5V轉(zhuǎn)3.3V電路，為鑒相器提供3.3電壓；所述的第二電壓轉(zhuǎn)換器采用TPS5410_ql電壓轉(zhuǎn)換芯片，12V轉(zhuǎn)9V電路，為放大濾波電路103提供9V電壓，以使壓控振蕩器104的控制電壓達(dá)到合適范圍；本實(shí)用新型提供的小型頻綜信號(hào)源將高低頻電路集成在一塊混壓板上，所述的混壓板包含壓制在一起的微帶線電路板和普通電路板；如圖1中所示的參考頻率源101、鑒相器102、壓控振蕩器104、功分器106以及程序分頻器105都是布置在微帶電路板上，而放大濾波電路103則是布置在普通電路板上；這其中，壓控振蕩器104、程序分頻器105 (2GHz)以及功分器(9GHz )所用電路均是高頻電路。所述的微帶線電路板采用RogerS4350B微帶線電路板，所述的普通電路板采用普通FR4環(huán)氧印制板；將普通FR4環(huán)氧印制板與適用于高頻信號(hào)的Rogers4350B微帶線電路板混合壓制成一塊PCB電路板，這樣就可以在不同的區(qū)域進(jìn)行不同頻率區(qū)間信號(hào)線的分布，該P(yáng)CB混合電路板采用表面沉金工藝，其中，Rogers4350B微帶線電路板厚度為0.508mm，介電常數(shù)
3.48。該混壓板結(jié)構(gòu)能使高低頻器件及電源、微波電路工作在單板上而不互相影響，這樣不但提供了更大的布線空間，也解決了高低頻信號(hào)集成的問(wèn)題，更通過(guò)混壓的辦法提高了單板強(qiáng)度使單板的結(jié)構(gòu)指標(biāo)達(dá)到了汽車(chē)電子領(lǐng)域的使用要求，為本實(shí)用新型提供的小型頻綜信號(hào)源的小型化低功耗實(shí)現(xiàn)起了關(guān)鍵作用，不但在國(guó)內(nèi)汽車(chē)防撞雷達(dá)領(lǐng)域?qū)儆陂_(kāi)拓性運(yùn)用，在國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域也處于先進(jìn)地位。本實(shí)用新型提供的小型頻綜信號(hào)源工作過(guò)程按照如下設(shè)置:1.將鑒相器復(fù)位；2.將參考頻率源設(shè)為所用的50M方波信號(hào)；3.根據(jù)所用的環(huán)路濾波電路和放大器(有源/無(wú)源)，壓控振蕩器VCO屬性(頻率/電壓)設(shè)置輸出電流極性；4.設(shè)置鑒相器的整數(shù)/分?jǐn)?shù)模式(掃頻功能需用分?jǐn)?shù)模式);5.設(shè)置掃頻起始頻率值；6.設(shè)置掃頻步進(jìn)、步數(shù)及掃頻間隔時(shí)間；
7.設(shè)置單邊掃頻/雙邊掃頻，掃頻起始方向(上斜率/下斜率);8.設(shè)置數(shù)據(jù)監(jiān)視串口內(nèi)容，以便將來(lái)整機(jī)整合時(shí)為其他器件提供掃頻相關(guān)信息；9.設(shè)置完成后先不啟動(dòng)掃頻，將信號(hào)頻率鎖定在掃頻起始頻率上；10.打開(kāi)掃頻功能；11.給一個(gè)掃頻起始觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)始實(shí)現(xiàn)9.5625GHz±9.375MHz掃頻功能。采用了 HMC702LP6CE鑒相器芯片所提供的自動(dòng)掃頻功能，實(shí)現(xiàn)雙邊三角波掃頻，只需要第一個(gè)開(kāi)始觸發(fā)信號(hào)，也可由外部周期性觸發(fā)實(shí)現(xiàn)單邊鋸齒波掃頻。相比于傳統(tǒng)直接頻率合成(DS)，或是目前的直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)，既克服了 DS中成本高、體積大、集成難的缺點(diǎn)，又解決了 DDS輸出帶寬優(yōu)先和雜散指標(biāo)不高的不足，最重要的是該實(shí)用新型在體積的控制上比起前兩者有了大幅度的提高，不再需要專(zhuān)門(mén)的額外單板來(lái)實(shí)現(xiàn)微波傳輸，且還有進(jìn)一步優(yōu)化減小的潛力。這對(duì)于我國(guó)汽車(chē)防撞雷達(dá)技術(shù)將來(lái)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用有著非常重大的意義。如圖2所示，小型頻綜信號(hào)源的輸出信號(hào)具有良好的信噪比和雜散度，輸出端信號(hào)為9.5625GHz±9.375MHz鋸齒波線性調(diào)頻連續(xù)波且功率約為9.88dBm，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)，目前已應(yīng)用在前車(chē)防撞雷達(dá)的整機(jī)中。另外，通過(guò)不同的讀寫(xiě)控制信號(hào)操作，該小型頻綜信號(hào)源的掃頻起止點(diǎn)和掃頻時(shí)間還可以在8GHZ-10.4GHz內(nèi)調(diào)節(jié)，這就為該小型頻綜信號(hào)源在其他項(xiàng)目上的推廣打下了良好的基礎(chǔ)。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求1.一種用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，其特征在于，該信號(hào)源包含電路連接的參考頻率源(101)、鑒相器(102)、放大濾波電路(103)、壓控振蕩器(104)和程序分頻器(105)，還包含功分器(106)，參考參考頻率源(101)的輸出端連接鑒相器(102)的輸入端，鑒相器(102)的輸出端連接放大濾波電路(103)的輸入端，放大濾波電路(103)的輸出端連接壓控振蕩器(104)的輸入端，壓控振蕩器(104)的輸出端連接程序分頻器(105)和功分器(106)的輸入端，程序分頻器(105)的輸出端連接鑒相器(102)的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，其特征在于，該信號(hào)源還包含電路連接所述鑒相器(102)的第一電壓轉(zhuǎn)換器，為鑒相器(102 )提供電壓，還包含電路連接所述放大濾波電路(103 )的第二電壓轉(zhuǎn)換器，為放大濾波電路(103 )提供電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，其特征在于，該小型頻綜信號(hào)源將高低頻電路集成在一塊混壓板上，所述的混壓板包含壓制在一起的微帶線電路板和普通電路板。
4.如權(quán)利要求3所述的用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，其特征在于，所述的參考頻率源(101)、鑒相器(102)、壓控振蕩器(104)、功分器(106)以及程序分頻器(105)布置在微帶電路板上，放大濾波電路(103 )布置在普通電路板上。
5.如權(quán)利要求4所述的用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，其特征在于，所述的壓控振蕩器(104)、程序 分頻器(105)以及功分器(106)是高頻電路。
專(zhuān)利摘要一種用于車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號(hào)源，包含參考頻率源、鑒相器、放大濾波電路、壓控振蕩器、程序分頻器和功分器，參考參考頻率源的輸出端連接鑒相器的輸入端，鑒相器的輸出端連接放大濾波電路的輸入端，放大濾波電路的輸出端連接壓控振蕩器的輸入端，壓控振蕩器的輸出端連接程序分頻器和功分器的輸入端，程序分頻器的輸出端連接鑒相器的輸入端。本實(shí)用新型將普通板材與微帶板材分別布線后進(jìn)行壓制，這樣既能避免高頻信號(hào)線在普通電路板上干擾大的問(wèn)題，又解決了利用單一微帶板布線所帶來(lái)的成本昂貴，機(jī)械強(qiáng)度小的問(wèn)題，本實(shí)用新型可輸出約77GHz的雷達(dá)發(fā)射頻率并提供150MHz的帶寬，且體積小，節(jié)省空間，在實(shí)現(xiàn)了雙通道輸出的前提下保證了較好的雜散度。
文檔編號(hào)G01S7/02GK203117418SQ201220657199
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者朱思悅, 王磊磊, 陳大海 申請(qǐng)人:上海無(wú)線電設(shè)備研究所