專利名稱：一種用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車載防撞雷達(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源。
背景技術(shù)：
汽車防撞雷達(dá)是一種主動安全設(shè)備，它可以準(zhǔn)確的測量出周圍目標(biāo)的速度和距離，發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，及時向司機(jī)發(fā)出警報(bào)，必要時自動采取措施消除危險(xiǎn)。國外研究的比較早，已經(jīng)有了一些研究成果。例如美國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米處有障礙物時可自動剎車；日本豐田汽車公司研究了使用毫米波雷達(dá)動態(tài)監(jiān)測車距的系統(tǒng)，當(dāng)車距小于一定距離時就發(fā)出警報(bào)；本田汽車公司研究過使用扇形激光束掃描雷達(dá)傳感器，在彎道行駛時也可監(jiān)測前后車輛和障礙物的距離。此外，超聲波、紅外線也可以用來監(jiān)測車距，結(jié)合報(bào)警和剎車裝置，組成汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)。國內(nèi)雖然也有企業(yè)在從事相關(guān)領(lǐng)域的開發(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)距測距上可靠性差。激光測距具有高精度，量程大，方向性好等優(yōu)點(diǎn)，然而單機(jī)成本過高，環(huán)境要求過高等缺陷，且過高的能量會對人體產(chǎn)生損害。而紅外線的過長響應(yīng)時間也限制了該技術(shù)在車輛碰撞報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用。毫米波雷達(dá)克服了其他幾種探測方式在高速公路防撞運(yùn)用中的缺點(diǎn)，具有探測性能穩(wěn)定，可以全天候工作，探測距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。目前歐洲的汽車毫米波雷達(dá)防撞系統(tǒng)的工作頻率一般為76 77GHz，美國聯(lián)邦通信委員會暫定汽車?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77GHz的頻段是國際汽車防撞雷達(dá)領(lǐng)域的大趨勢。頻綜信號源會產(chǎn)生高頻和低頻信號，高頻信號是指電路上傳輸頻率較大的信號，通常為幾百M(fèi)Hz甚至上GHz。當(dāng)高低頻信號在電路板上的走線相互靠近時，由于電磁耦合，高頻電路上的信號會對低頻信號產(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，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走線和低頻信號走線盡可能分開，甚至于將高頻信號和低頻信號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源，其體積，重量尚不能達(dá)到車輛系統(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)行過相關(guān)組件的開發(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)用中由于其信號雜散不夠理想且體積過大，在空間本就有限的汽車前端難以得到實(shí)際應(yīng)用和市場化推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，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，本發(fā)明提供一種用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，該信號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。本發(fā)明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線在普通電路板上干擾大的問題，又解決了利用單一微帶板布線所帶來的成本昂貴，機(jī)械強(qiáng)度小的問題。


圖I是本發(fā)明的電路圖2是本發(fā)明的輸出信號的波形圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)圖I和圖2來具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。如圖I所示，本發(fā)明提供一種用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，該信號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總是對參考頻率源101輸入的參考信號的相位和程序分頻器105輸入的反饋信號的相位進(jìn)行比較，當(dāng)兩個相位差保持恒定或者為零時(具體由鑒相器的類型決定)，環(huán)路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，表示相位已經(jīng)鎖定，這時壓控振蕩器104的輸出信號的頻率fwt等于參考頻率源101輸入信號的頻率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，輸出一個信號Vd，經(jīng)過放大濾波電路103的低通濾波變成直流信號Vtl，控制壓控振蕩器104的輸出信號頻率往參考頻率的方向接近，直到相位鎖定；當(dāng)環(huán)路處于相位鎖定狀態(tài)時，輸出頻率與反饋信號的頻率之間也存在一個穩(wěn)態(tài)相差。若輸入信號發(fā)生相位或頻率變化(由干擾或調(diào)制所引起)，通過環(huán)路自身的控制作用，環(huán)路的輸出信號，即壓控振蕩頻率和相位，就會跟蹤輸入信號的變化，這即是環(huán)路的跟蹤特性，從而實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻；
該信號源系統(tǒng)是一個相位負(fù)反饋系統(tǒng)，這有別于常見的電壓或電流負(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，而本發(fā)明將輸出信號的相位作為反饋量，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，為鑒相器提供時鐘信號和參考頻率；所述的鑒相器102采用HMC702LP6CE鑒相器芯片，提供所需頻率信號，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SPI (串行外設(shè)接口)讀寫方式由前端控制板寫入。輸入為5V，3. 3V模擬電壓，3. 3V數(shù)字電壓，VCO反饋信號以及SPI數(shù)據(jù)線。其輸出為按要求設(shè)置頻率的CP信號；
所述的放大濾波電路103采用AD797ARZ放大芯片，將鑒相器101輸出的電流信號轉(zhuǎn)化為提供給壓控振蕩器104的電壓信號，并起到環(huán)路濾波的作用，減小電路中的噪聲信號；所述的壓控振蕩器104采用HMC734LP5 VCO芯片，根據(jù)輸入電壓信號控制輸出端的頻率，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；
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的掃頻信號分為兩路輸出，而不改變原先信號的頻率，且功率沒有過大的衰減。通過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_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；
本發(fā)明提供的小型頻綜信號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I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)所用電路均是聞頻電路。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O. 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集成的問題，更通過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)到了汽車電子領(lǐng)域的使用要求，為本發(fā)明提供的小型頻綜信號源的小型化低功耗實(shí)現(xiàn)起了關(guān)鍵作用，不但在國內(nèi)汽車防撞雷達(dá)領(lǐng)域?qū)儆陂_拓性運(yùn)用，在國外相關(guān)領(lǐng)域也處于先進(jìn)地位。本發(fā)明提供的小型頻綜信號源工作過程按照如下設(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；
3.根據(jù)所用的環(huán)路濾波電路和放大器(有源/無源)，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，以便將來整機(jī)整合時為其他器件提供掃頻相關(guān)信息；
9.設(shè)置完成后先不啟動掃頻，將信號頻率鎖定在掃頻起始頻率上；
10.打開掃頻功能；
11.給一個掃頻起始觸發(fā)信號，開始實(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掃頻功能，實(shí)現(xiàn)雙邊三角波掃頻，只需要第一個開始觸發(fā)信號，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，最重要的是該發(fā)明在體積的控制上比起前兩者有了大幅度的提高，不再需要專門的額外單板來實(shí)現(xiàn)微波傳輸，且還有進(jìn)一步優(yōu)化減小的潛力。這對于我國汽車防撞雷達(dá)技術(shù)將來在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用有著非常重大的意義。如圖2所示，小型頻綜信號源的輸出信號具有良好的信噪比和雜散度，輸出端信號為9. 5625GHz±9. 375MHz鋸齒波線性調(diào)頻連續(xù)波且功率約為9. 88dBm，完全滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，目前已應(yīng)用在前車防撞雷達(dá)的整機(jī)中。另外，通過不同的讀寫控制信號操作，該小型頻綜信號源的掃頻起止點(diǎn)和掃頻時間還可以在8GHZ-10. 4GHz內(nèi)調(diào)節(jié)，這就為該小型頻綜信號源在其他項(xiàng)目上的推廣打下了良好的基礎(chǔ)。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，其特征在于，該信號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I所述的用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，其特征在于，該信號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I所述的用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，其特征在于，該小型頻綜信號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所述的用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，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所述的用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，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。
全文摘要
一種用于車載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的小型頻綜信號源，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。本發(fā)明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線在普通電路板上干擾大的問題，又解決了利用單一微帶板布線所帶來的成本昂貴，機(jī)械強(qiáng)度小的問題，本發(fā)明可輸出約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G01S13/93GK102928842SQ201210510579
公開日2013年2月13日 申請日期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 申請人:上海無線電設(shè)備研究所