鑒相器頻率對(duì)調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)線性度影響

摘要 研究了一種通過快速改變鎖相環(huán)分頻比產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的方案，討論了鎖相環(huán)中鑒相器頻率對(duì)信號(hào)線性度的影響。使用ADS進(jìn)行建模仿真，通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，得出結(jié)論，在適當(dāng)小的分頻比跳變間隔，可以產(chǎn)生精度高、線性度好的調(diào)頻信號(hào)；鑒相器頻率越高，產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻線性度越好。
關(guān)鍵詞 調(diào)頻連續(xù)波；鑒相器：鎖相環(huán)：線性度

    隨著人民生活水平的提高，私家車持有量在逐年增長。同時(shí)隨著消費(fèi)者對(duì)車輛安全性能的提高，防撞雷達(dá)系統(tǒng)和自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，已成為中高檔車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置?；诜雷怖走_(dá)系統(tǒng)和自適應(yīng)巡航系統(tǒng)對(duì)近距離測(cè)距及測(cè)速的要求，系統(tǒng)普遍采用FMCW體制。在車載雷達(dá)的實(shí)際使用中要求信號(hào)具有高頻率、超寬帶的特點(diǎn)，同時(shí)為了保證測(cè)量精度，一般要求信號(hào)源擁有良好的調(diào)頻線性度，而傳統(tǒng)的線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生方案卻難以滿足這些要求。因此，本文介紹了一種通過快速改變鎖相環(huán)分頻器分頻比，來產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)的頻率綜合器，并對(duì)影響其掃描線性度的因素進(jìn)行了分析。此方法擁有頻率精度高、易于調(diào)試以及線性度好等特點(diǎn)，適于用作車載雷達(dá)信號(hào)源。本文首先甩ADS軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，基于仿真結(jié)果，分析了鑒相器頻率對(duì)產(chǎn)生信號(hào)的調(diào)頻線性度的影響。

1 頻率綜合器的設(shè)計(jì)
    鎖相環(huán)電路由參考頻率源、鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器(VCO)4個(gè)模塊組成。如圖1所示，如果鎖相環(huán)電路用作為頻率綜合器，還需要加入程序分頻器。其輸出頻率fout=Nfr，其中，fr為鑒相器頻率；N為分頻器分頻比。

    因此，通過改變分頻比N可以控制輸出頻率。編寫程序周期性、線性且快速地改變N的值，便可以得到調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。在ADS中建立仿真模型，如圖2所示。

    在對(duì)模型的仿真中，當(dāng)N的跳變間隔△t較長時(shí)，會(huì)得到一條近似階梯狀的掃頻曲線；隨著△t逐漸減小，產(chǎn)生的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的掃頻曲線也逐漸變得更加光滑，最終接近于直線，這時(shí)就能得到一個(gè)線性掃頻信號(hào)；但隨著△t的進(jìn)一步降低，調(diào)頻曲線的線性度會(huì)惡化，如圖3所示。

2 鑒相器頻率對(duì)調(diào)頻連續(xù)波線性度的影響
    我國車載雷達(dá)普遍使用頻段為24 GHz，所設(shè)計(jì)鎖相環(huán)頻率綜合源的掃頻范圍為23．875～24．125 GHz，掃頻帶寬為250 MHz，取適當(dāng)?shù)奶冮g隔△t=2μs，環(huán)路帶寬為250 kHz。由于對(duì)于鑒相頻率分別為1 MHz，5 MHz以及10 MHz的情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果如圖4～圖6所示。

    從仿真結(jié)果中的對(duì)比看出，調(diào)頻信號(hào)的精度較高，同時(shí)隨著鑒相器頻率的升高，頻率從起振到鎖定時(shí)間在減少，頻率極值點(diǎn)處的峰值過沖逐漸變小。
    在FMCW雷達(dá)中，調(diào)頻線性度定義為
   
    式中，fcmax為掃頻過程中的實(shí)際頻率值與理想值間的最大頻差；B為掃頻帶寬。由于在應(yīng)用中只關(guān)心調(diào)頻鎖定后的線性度，而且從圖中可以看出，頻率鎖定后，fcmax出現(xiàn)在極值點(diǎn)附近，所以只計(jì)算從150～350μs這段區(qū)間內(nèi)的調(diào)頻線性度。鑒相器頻率分別為1 MHz、5 MHz和10 MHz時(shí)的調(diào)頻線性度如表1所示。

    表1中可以看出，隨著鑒相頻率的升高，調(diào)頻線性度也在不斷被優(yōu)化。

3 結(jié)束語
    本文介紹了一種通過快速改變鎖相環(huán)分頻比N的方法產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)的頻率綜合器。并用ADS軟件對(duì)模型進(jìn)行了仿真和分析。
    仿真結(jié)果表明，通過快速改變鎖相環(huán)分頻器的分頻比，能夠得到精度與線性度都較好的線性調(diào)頻頻信號(hào)。當(dāng)選取適當(dāng)?shù)姆诸l比N的跳變間隔時(shí)，隨著鑒相器頻率的升高，頻率極值點(diǎn)處的峰值過沖逐漸變小，調(diào)頻線性度也得到了優(yōu)化。