[发明专利]一种窄波束、长覆盖FMCW雷达

权利要求书

1.一种窄波束、长覆盖FMCW雷达，能够检测雷达波束照射区域内目标的存在和测量目标距离，其特征在于：所述雷达由微波前端、中频模拟电路模块、和数字信号处理器3部分组成，并使用阶梯线性调频连续波体制；所述微波前端包括两个相同设计的天线，其波束形状成刀片形，分别用作发射天线和接收天线，两个天线采用自主创造的“馈线不连续性最小化”设计技术进行设计；所述微波前端还包括微波压控振荡器、微波功率放大器、不等分功分器、微波平衡混频器，其中不等分功分器将微波功放输出功率的大部分馈送给发射天线，将小部分功率分配给微波混频器作为本振信号，同时平衡混频器使用高阻抗设计方案，以改善混频电路的阻抗匹配；所述中频模拟电路模块包括微波混频器后连接的低噪声前置放大器、前置放大器后连接的解调器、解调器后连接的双路信号重建滤波放大器、双路重建滤波放大器后连接的双通道模拟数字变换器(ADC)、利用ADC输出的字同步信号驱动的阶梯线性调制信号产生器、以及雷达各个电路模块需要的低噪声供电电源；所述阶梯线性调制信号产生器由高位计数器、精密电阻网络、精密稳压电源、电压合成器和温补分压器组成，并使用来至双通道ADC的字同步信号进行驱动，保证阶梯线性电压具有准确的同步时基，同时保证阶梯线性电压的基线和总幅度能够分别进行控制和温度补偿，最终保证微波压控振荡器输出的基准频率和调频宽度在工业温度范围内稳定在应用限定的范围内；所述FMCW雷达使用新的雷达时基同步方法，利用双通道ADC产生的字同步信号作为雷达系统的时基同步信号，为雷达发射信号调制、接收信号解调提供同步时基，免除了附加雷达同步定时模块的必要性；所述双通道ADC按向DSP提供数据码流、数据位同步信号、左右字同步信号共3路信号，同时，调制信号产生器还向DSP提供阶梯线性调制的帧同步信号；所述雷达系统中使用的通道滤波器带宽按照应用需求的最佳值来设计；本发明提供的雷达系统设计方案完全按照阶梯线性调频的连续微波雷达理论论证来实施。

2.属于权利要求1中的雷达的天线设计，所述“馈线不连续性最小化”设计技术，其设计结果的结构特征在于：一个贴片单元和另一个贴片单元之间的馈线，其宽度是单调变化的；与此对照，现有商用雷达中同类天线，其贴片单元之间的馈线宽度基本上都不是单调变化的。

3.属于权利要求1中雷达的天线，其特征在于所述天线使用对称分支、重复多个贴片单元的并馈设计方案；典型用例天线在一个方向的重复数为22单元，对24.15GHz应用情况，天线金属图样占用的最大长度约181毫米。

4.本发明中的阶梯线性电压波形产生技术和阶梯线性调频微波产生技术是可通用技术，其特征在于：阶梯线性电压波形用同步信号驱动高位计数器加上精密无源电阻网络来产生，同步信号周期决定阶梯线性电压的步进时间，选用的计数器位数决定阶梯线性电压的步进精度，而计数器的电源电压决定阶梯线性电压波形的总幅度；将阶梯线性电压波形经过带温补的电阻分压器作为微波压控振荡器的输入，能够使得微波振荡器产生的线性调频，其调频宽度可控，并且调频宽度关于温度变化稳定。

5.属于权利要求1中的雷达时基同步方法，特征在于，所述字同步产生器只是双通道AD变换器输出的左右字同步信号本身输出或反相输出；而雷达信号的帧同步信号是从调制信号产生电路中的高位计数器端子上获得。

6.属于权利要求1中雷达的微波前端发射-接收微波电路使用非等分功分器对功放后信号实施优化功率分配，其设计结果的结构特征在于：功分器有分支耦合器结构，其并联分支的宽度远小于串联分支宽度；所述微波电路中对平衡混频器使用高阻抗设计方法，其设计结果的结构特征在于：从本振信号输入口到混频环以及从接收天线端到混频环均有显见的阻抗匹配过渡微带节。

7.属于权利要求1中雷达的微波前端，其特征在于，微波前端中有金属支撑板，金属支撑板一侧粘贴天线印制板，另一侧粘贴微波收发电路板；对24.15GHz雷达，整个微波收发电路版图设计在一个尺寸约为77.5mm X 29mm的小面积上；本发明公开的微波收发电路设计图样是产品设计图样，属于权利要求范围。