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[導(dǎo)讀]摘要:設(shè)計了用于汽車防撞雷達的功率放大器,為了消除在K波段的寄生效應(yīng)的影響,設(shè)計了直流偏置、輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、耦合隔直和電源濾波的微帶網(wǎng)絡(luò)。通過ADS仿真,得到了噪聲系數(shù)為2.33,最大輸出功率為18.5 dBm,

摘要:設(shè)計了用于汽車防撞雷達的功率放大器,為了消除在K波段的寄生效應(yīng)的影響,設(shè)計了直流偏置、輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、耦合隔直和電源濾波的微帶網(wǎng)絡(luò)。通過ADS仿真,得到了噪聲系數(shù)為2.33,最大輸出功率為18.5 dBm,增益為8.5 dB的功率放大器。文中設(shè)計的功率放大器適用于FMCW雷達系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:雷達;K波段;寄生效應(yīng);增益

    隨著社會的進步,作為奢侈品的汽車消費品已經(jīng)開始在普通家庭普及,汽車的行車安全是越來越重要,因此,各國對交通安全越來越重視。據(jù)統(tǒng)計,世界上大多數(shù)交通事故是司機反映不及造成的,其中絕大部分是屬于汽車相撞追尾,為了提前避免這種反應(yīng)不及的交通事故,為安全駕駛的輔助控制裝置汽車防撞雷達隨之產(chǎn)生。國際上對汽車防撞雷達的研究較早,其中K波段的汽車防撞雷達技術(shù)較為成熟,W波段也開始有大量的研究文獻發(fā)表。因為以上波段頻率較高,用集總參數(shù)來設(shè)計電路會產(chǎn)生很大的寄生效應(yīng),一般用分布參數(shù)來完成此類電路的設(shè)計,當(dāng)然目前也出現(xiàn)了一些24GHz汽車雷達系統(tǒng)的MMIC模塊,但是其成本較高。在汽車倒車雷達系統(tǒng)中,功率放大器是一個很重要的部件,同樣它會引入大量的噪聲。在K波段,功率放大器的寄生效應(yīng)變得非常大,像集總參數(shù)的寄生效應(yīng),引線的寄生效應(yīng),焊盤等。為降低企業(yè)的制造成本,提高開發(fā)的靈活性,文中用共面波導(dǎo)技術(shù)設(shè)計了工作在24 GHz汽車雷達系統(tǒng)的功率放大器模塊。

1 功率放大器的設(shè)計
    
根據(jù)功率放大器的設(shè)計原理,首先選定功放管的工作點Q,定出其電源電壓,確定在設(shè)計頻段內(nèi)的穩(wěn)定性,然后做出輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。


1.1 電路設(shè)計
    
功放管選用安華高(avagotech)公司的E-PHEMT類型的VMMK-1218,因為汽車提供的電源為5 V,所以此功放管的電源電壓選為5 V。VMMK-1218的靜態(tài)工作點選為VDS=2.5V,IDS=25mA。其中直流偏置通過電阻分壓得到,為了消除微波信號進入直流電路并加了電源濾波電路,用高頻厄流線圈阻斷微波信號。在輸入和輸出端加了匹配濾波網(wǎng)絡(luò),并用隔直電容進行了直流的隔離,以防止影響前級和后級電路。


1.2 微波電路的設(shè)計
    
汽車雷達的工作頻率為24 GHz,集總參數(shù)元件在此頻率下的寄生效應(yīng)非常明顯,故需要利用分布參數(shù)元件來設(shè)計輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、電源濾波電路和輸入輸出的隔直電容。電路如圖3所示。其中電阻R1,R5,R6為偏置的分壓電阻。

2 仿真和測試結(jié)果
    
圖4為放大器穩(wěn)定性仿真的波形圖,在24~24.25 GHz的范圍內(nèi),穩(wěn)定因子全部大于1,說明在此頻段內(nèi)放大器是穩(wěn)定的。


    圖5為電路版圖圖3的S參數(shù)的仿真結(jié)果,在24~24.25 GH韻頻段內(nèi),電路的正向傳輸系數(shù)達到了8 dB左右,輸入口的反射系數(shù)小于-13 dB,輸出口的反射系數(shù)小于-20 dB,而此時的反向傳輸系數(shù)最大也只有-17 dB。


    圖6是微帶功率放大器的輸入和輸出阻抗的smith圓圖,信號頻率從24~24.25 G的范圍內(nèi)輸入端和輸出端的阻抗變化,可以看到,S(2,2)基本已經(jīng)接近匹配,S(1,1)稍差,但是這對于輸入端的噪聲抑制有益。圖7為24 G微帶功率放大器的噪聲系數(shù)瀏試圖,可以看到,在頻率的低端和高端,無論是單邊帶還是雙邊帶的噪聲系數(shù)都很高,在24~24.25 G的范圍內(nèi),NFdsb和NFssb都小于2.3。


    圖8所示為2,4 G功率放大器的增益壓縮曲線,可以得出此功率放大器的輸出1 dB壓縮點在18.5 dBm左右,輸入1 dB壓縮點在10.5 dBm左右,其增益為8 dB。



3 結(jié)論
    
基于汽車倒車雷達的應(yīng)用,設(shè)計了工作在24 G的功率放大器,為了減少在24 G的寄生效應(yīng),采用了微帶的設(shè)計方法。最終在漏源為2.5 V,漏極電流25mA偏置的情況下,得到了微帶功率放大器的電路,仿真測試表明,功放的輸入輸出匹配良好,功率增益達到了8 dB,最大輸出不失真功率可達18.5 dBm,噪聲系數(shù)低于2.3 dB。適合汽車倒車雷達系統(tǒng)的應(yīng)用。

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