一种77GHz毫米波射频器件及其使用方法

摘要

一种77GHz毫米波射频器件及其使用方法，属于毫米波雷达技术领域，77GHz毫米波射频器件包括数字信号处理器、直接数字式频率合成器、上变频器、功率放大器、缓冲器、发射天线、接收天线、低噪声放大器、接收端的混频器、可变增益放大器、解调模数转换器。优点在于，可以广泛的应用于毫米波测距测速雷达系统中，采用77GHz作为毫米波雷达工作频带并结合以LTCC为衬底制造微带贴片天线作为天线单元的相控阵天线技术；采用直接数字式频率合成器并结合上变频技术生成线性调频连续波；采用多个发射机单元并结合相控阵天线技术实现毫米波波束的水平扫描。

主权项

1.一种77GHz毫米波射频器件，其特征在于，包括数字信号处理器、直接数字式频率合成器、上变频器、功率放大器、缓冲器、发射天线、接收天线、低噪声放大器、接收端的混频器、可变增益放大器、模数转换器；数字信号处理器通过I2C通信接口连接直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器通过射频信号线连接上变频器，上变频器通过射频信号线连接功率放大器和缓冲器，功率放大器通过射频信号线连接发射天线，发射天线发射的射频信号通过障碍物反射的回波信号输入到接收天线，接收天线通过射频信号线连接低噪声放大器，缓冲器和低噪声放大器通过射频信号线连接到接收端的混频器，接收端的混频器通过射频信号线连接可变增益放大器，可变增益放大器通过射频信号线连接模数转换器，模数转换器通过高速数字并行接口线连接数字信号处理器；数字信号处理器是本器件的中央处理单元，功能为：控制直接数字式频率合成器的参数初始化和启动/停止；模数转换器输出的数字信号，提取信号中的频率信息，通过公式转换输出目标的距离和相对速度信息；直接数字式频率合成器产生三角波线性调频连续波LFMCW信号，作为调制信号的三角波，其表达式为$f_o\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{f}_o-\frac{B}{2}+\mathrm{\alpha t},& 0\le t\le \frac{T}{2},\\ f_o+\frac{B}{2}-\alpha (t-\frac{T}{2}),& \frac{T}{2}\le t\le T,\end{array}\right.\alpha =\frac{2B}{T}$                     公式1式中，f_o为调制信号中心频率，B为调频带宽，调制信号斜率为其中T为调制周期；上变频器通过多级上变频电路，将中频信号f_o(t)上变频到77GHz毫米波频段的毫米波信号f_H(t)，中频信号f_o(t)通过混频器和毫米波本振信号f_H进行混频，混频信号通过毫米波频带的射频带通滤波器后，提取高频信号；通过多级上变频电路后，中频信号f_o(t)被调制到77GHz毫米波频带；功率放大器采用砷化镓毫米波放大器将77GHz毫米波信号f_H(t)放大到10dBm（10mW）的信号；输出到发射端的微带贴片阵列天线；缓冲器用于将77GHz毫米波信号f_H(t)连接到接收端的混频器，作为接收端混频器的本振信号，用于解调接收到的反射信号中的中频信息；低噪声放大器用于放大来自接收天线的目标反射的回波信号；接收端的混频器用于将回波信号和发射信号的一部分进行相干混频，混频信号通过低通滤波器后，得到包含目标的距离和速度信息的中频信号f_L(t)；可变增益放大器根据数字信号处理器的反馈动态调整接收端混频器输出的中频信号f_L(t)的信号强度，以适用于模数转换器的输入动态范围；模数转换器将中频信号f_L(t)转换成数字信号，以便于数字信号处理器对数字中频信号进行检测，得到目标的距离和相对速度。