专利名称：一种用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及车载防撞雷达系统领域，尤其涉及一种锁相环与压控振荡器的组合电路形成的小型频综信号源。
背景技术：
汽车防撞雷达是一种主动安全设备，它可以准确的测量出周围目标的速度和距离，发现潜在的危险，及时向司机发出警报，必要时自动采取措施消除危险。国外研究的比较早，已经有了一些研究成果。例如美国公共交通管理局研制的一种频率为36GHz的雷达，当发现前方30-40米处有障碍物时可自动刹车；日本丰田汽车公司研究了使用毫米波雷达动态监测车距的系统，当车距小于一定距离时就发出警报；本田汽车公司研究过使用扇形激光束扫描雷达传感器，在弯道行驶时也可监测前后车辆和障碍物的距离。此外，超声波、红外线也可以用来监测车距，结合报警和刹车装置，组成汽车防撞雷达系统。国内虽然也有企业在从事相关领域的开发，但是所用的技术集中在超声波，激光，红外等方面。这些技术都有相应的局限，如超声波测距系统虽然成本低、制作方便，但是受大气影响较大，在远距测距上可靠性差。激光测距具有高精度，量程大，方向性好等优点，然而单机成本过高，环境要求过高等缺陷，且过高的能量会对人体产生损害。而红外线的过长响应时间也限制了该技术在车辆碰撞报警系统的应用。毫米波雷达克服了其他几种探测方式在高速公路防撞运用中的缺点，具有探测性能稳定，可以全天候工作，探测距离远等优点。目前欧洲的汽车毫米波雷达防撞系统的工作频率一般为76 77GHz，美国联邦通信委员会暂定汽车雷达工作频率为24GHz，日本原定为60GHz，近几年逐渐转向77GHz，可见77GHz的频段是国际汽车防撞雷达领域的大趋势。频综信号源会产生高频和低频信号，高频信号是指电路上传输频率较大的信号，通常为几百MHz甚至上GHz。当高低频信号在电路板上的走线相互靠近时，由于电磁耦合，高频电路上的信号会对低频信号产生强烈的干扰，因为由于普通的环氧介质板的介电常数不适合高频信号的布局，如果一定要在环氧介质板上布局高频电路的话，需要非常大的线宽以及特殊的工艺技术，所以传统的电路板涉及是将高频信号走线和低频信号走线尽可能分开，甚至于将高频信号和低频信号尽可能分布在两块电路板上，这样既增大了系统所需要的空间，也增加了成本。然而国内相关技术 发展滞后，在很多论文上只有相关后端算法的验证研究，或以纯模拟电路搭建的频综信号源，其体积，重量尚不能达到车辆系统集成的要求，更遑论在实际道路环境中的应用。河北石家庄中电十三所也曾进行过相关组件的开发研制,采用技术为本振加混频加DDS (数字显示示波器)控制的技术，虽然能达到基本要求，但在实际应用中由于其信号杂散不够理想且体积过大，在空间本就有限的汽车前端难以得到实际应用和市场化推广。
实用新型内容本实用新型提供的一种用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，可输出约77GHz的雷达发射频率并提供150MHz的带宽，且体积小，节省空间，在实现了双通道输出的前提下保证了较好的杂散度。为了达到上述目的，本实用新型提供一种用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，该信号源包含电路连接的参考频率源、鉴相器、放大滤波电路、压控振荡器和程序分频器，还包含功分器，参考参考频率源的输出端连接鉴相器的输入端，鉴相器的输出端连接放大滤波电路的输入端，放大滤波电路的输出端连接压控振荡器的输入端，压控振荡器的输出端连接程序分频器和功分器的输入端，程序分频器的输出端连接鉴相器的输入端。该信号源还包含电路连接所述鉴相器的第一电压转换器，为鉴相器提供电压，还包含电路连接所述放大滤波电路的第二电压转换器，为放大滤波电路提供电压。
该小型频综信号源将高低频电路集成在一块混压板上，所述的混压板包含压制在一起的微带线电路板和普通电路板。所述的参考频率源、鉴相器、压控振荡器、功分器以及程序分频器布置在微带电路板上，放大滤波电路布置在普通电路板上。所述的压控振荡器、程序分频器以及功分器是高频电路。本实用新型使用了混压板的制作方式，即将普通RF4板材与Rogers4350B微带板材分别布线后黏贴压制成所用电路板，这样既能避免高频信号线在普通电路板上干扰大的问题，又解决了利用单一微带板布线所带来的成本昂贵，机械强度小的问题。
图1是本实用新型的电路图；图2是本实用新型的输出信号的波形图。
具体实施方式
以下根据图1和图2来具体说明本实用新型的较佳实施例。如图1所示，本实用新型提供一种用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，该信号源包含电路连接的参考频率源101、鉴相器102、放大滤波电路103、压控振荡器104和程序分频器105，还包含功分器106，参考参考频率源101的输出端连接鉴相器102的输入端，鉴相器102的输出端连接放大滤波电路103的输入端，放大滤波电路103的输出端连接压控振荡器104的输入端，压控振荡器104的输出端连接程序分频器105和功分器106的输入端，程序分频器105的输出端连接鉴相器102的输入端；鉴相器102总是对参考频率源101输入的参考信号的相位和程序分频器105输入的反馈信号的相位进行比较，当两个相位差保持恒定或者为零时(具体由鉴相器的类型决定)，环路进入稳态，表示相位已经锁定，这时压控振荡器104的输出信号的频率fwt等于参考频率源101输入信号的频率f；乘以程序分频器105的分频比M,即f；ut=MXf；，其中f；为锁相环的参考频率；否则，鉴相器102继续进行相位比较，输出一个信号Vd，经过放大滤波电路103的低通滤波变成直流信号Vtl，控制压控振荡器104的输出信号频率往参考频率的方向接近，直到相位锁定；[0021]当环路处于相位锁定状态时，输出频率与反馈信号的频率之间也存在一个稳态相差。若输入信号发生相位或频率变化(由干扰或调制所引起)，通过环路自身的控制作用，环路的输出信号，即压控振荡频率和相位，就会跟踪输入信号的变化，这即是环路的跟踪特性，从而实现线性调频；该信号源系统是一个相位负反馈系统，这有别于常见的电压或电流负反馈系统。电压或电流负反馈的反馈量分别取自输出电压和输出电力，在引入负反馈后能够稳定放大倍数，展宽频带，减小非线性失真等，而本实用新型将输出信号的相位作为反馈量，能够使输出电路具有稳定的相位变化；功分器106实现双通道输出；该信号源还包含电路连接所述鉴相器102的第一电压转换器，为鉴相器102提供电压，还包含电路连接所述放大滤波电路103的第二电压转换器，为放大滤波电路103提供电压；所述的参考频率源101采用CVHD-950晶振，为鉴相器提供时钟信号和参考频率；所述的鉴相器102采用HMC 702LP6CE鉴相器芯片，提供所需频率信号，包括点频、单边扫频，双边扫频。其具体功能由内置寄存器通过SPI (串行外设接口)读写方式由前端控制板写入。输入为5V，3.3V模拟电压，3.3V数字电压，VCO反馈信号以及SPI数据线。其输出为按要求设置频率的CP信号；所述的放大滤波电路103采用AD797ARZ放大芯片，将鉴相器101输出的电流信号转化为提供给压控振荡器104的电压信号，并起到环路滤波的作用，减小电路中的噪声信号;所述的压控振荡器104采用HMC734LP5 VCO芯片，根据输入电压信号控制输出端的频率，最终实现连续三角波调频。并向鉴相器101提供锁相反馈频率。其输入为5V电源电压及经放大器放大的控制电压，输出为最终所需的中心频率9.5625GH，带宽为18.75MHz的射频信号；所述的程序分频器105集成在HMC702LP6CE芯片内部；所述的功分器106采用威尔金斯功分器，将9.5625GHz ±9.375MHz的扫频信号分为两路输出，而不改变原先信号的频率，且功率没有过大的衰减。通过已知所用微带板的介电常数ε和所需阻抗(单支部分为50 Ω、双路分支为70.7 Ω)，计算得到微带线宽度，将输出分为两路，得出正向传播参数S21为_3dB，两端口隔离参数S23小于-30dB ；所述的第一电压转换器采用TPS7133电压转换芯片，5V转3.3V电路，为鉴相器提供3.3电压；所述的第二电压转换器采用TPS5410_ql电压转换芯片，12V转9V电路，为放大滤波电路103提供9V电压，以使压控振荡器104的控制电压达到合适范围；本实用新型提供的小型频综信号源将高低频电路集成在一块混压板上，所述的混压板包含压制在一起的微带线电路板和普通电路板；如图1中所示的参考频率源101、鉴相器102、压控振荡器104、功分器106以及程序分频器105都是布置在微带电路板上，而放大滤波电路103则是布置在普通电路板上；这其中，压控振荡器104、程序分频器105 (2GHz)以及功分器(9GHz )所用电路均是高频电路。所述的微带线电路板采用RogerS4350B微带线电路板，所述的普通电路板采用普通FR4环氧印制板；将普通FR4环氧印制板与适用于高频信号的Rogers4350B微带线电路板混合压制成一块PCB电路板，这样就可以在不同的区域进行不同频率区间信号线的分布，该PCB混合电路板采用表面沉金工艺，其中，Rogers4350B微带线电路板厚度为0.508mm，介电常数
3.48。该混压板结构能使高低频器件及电源、微波电路工作在单板上而不互相影响，这样不但提供了更大的布线空间，也解决了高低频信号集成的问题，更通过混压的办法提高了单板强度使单板的结构指标达到了汽车电子领域的使用要求，为本实用新型提供的小型频综信号源的小型化低功耗实现起了关键作用，不但在国内汽车防撞雷达领域属于开拓性运用，在国外相关领域也处于先进地位。本实用新型提供的小型频综信号源工作过程按照如下设置:1.将鉴相器复位；2.将参考频率源设为所用的50M方波信号；3.根据所用的环路滤波电路和放大器(有源/无源)，压控振荡器VCO属性(频率/电压)设置输出电流极性；4.设置鉴相器的整数/分数模式(扫频功能需用分数模式);5.设置扫频起始频率值；6.设置扫频步进、步数及扫频间隔时间；
7.设置单边扫频/双边扫频，扫频起始方向(上斜率/下斜率);8.设置数据监视串口内容，以便将来整机整合时为其他器件提供扫频相关信息；9.设置完成后先不启动扫频，将信号频率锁定在扫频起始频率上；10.打开扫频功能；11.给一个扫频起始触发信号，开始实现9.5625GHz±9.375MHz扫频功能。采用了 HMC702LP6CE鉴相器芯片所提供的自动扫频功能，实现双边三角波扫频，只需要第一个开始触发信号，也可由外部周期性触发实现单边锯齿波扫频。相比于传统直接频率合成(DS)，或是目前的直接数字合成技术(DDS)，既克服了 DS中成本高、体积大、集成难的缺点，又解决了 DDS输出带宽优先和杂散指标不高的不足，最重要的是该实用新型在体积的控制上比起前两者有了大幅度的提高，不再需要专门的额外单板来实现微波传输，且还有进一步优化减小的潜力。这对于我国汽车防撞雷达技术将来在现实中的应用有着非常重大的意义。如图2所示，小型频综信号源的输出信号具有良好的信噪比和杂散度，输出端信号为9.5625GHz±9.375MHz锯齿波线性调频连续波且功率约为9.88dBm，完全满足设计指标，目前已应用在前车防撞雷达的整机中。另外，通过不同的读写控制信号操作，该小型频综信号源的扫频起止点和扫频时间还可以在8GHZ-10.4GHz内调节，这就为该小型频综信号源在其他项目上的推广打下了良好的基础。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，其特征在于，该信号源包含电路连接的参考频率源(101)、鉴相器(102)、放大滤波电路(103)、压控振荡器(104)和程序分频器(105)，还包含功分器(106)，参考参考频率源(101)的输出端连接鉴相器(102)的输入端，鉴相器(102)的输出端连接放大滤波电路(103)的输入端，放大滤波电路(103)的输出端连接压控振荡器(104)的输入端，压控振荡器(104)的输出端连接程序分频器(105)和功分器(106)的输入端，程序分频器(105)的输出端连接鉴相器(102)的输入端。
2.如权利要求1所述的用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，其特征在于，该信号源还包含电路连接所述鉴相器(102)的第一电压转换器，为鉴相器(102 )提供电压，还包含电路连接所述放大滤波电路(103 )的第二电压转换器，为放大滤波电路(103 )提供电压。
3.如权利要求1所述的用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，其特征在于，该小型频综信号源将高低频电路集成在一块混压板上，所述的混压板包含压制在一起的微带线电路板和普通电路板。
4.如权利要求3所述的用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，其特征在于，所述的参考频率源(101)、鉴相器(102)、压控振荡器(104)、功分器(106)以及程序分频器(105)布置在微带电路板上，放大滤波电路(103 )布置在普通电路板上。
5.如权利要求4所述的用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，其特征在于，所述的压控振荡器(104)、程序 分频器(105)以及功分器(106)是高频电路。
专利摘要一种用于车载防撞雷达系统的小型频综信号源，包含参考频率源、鉴相器、放大滤波电路、压控振荡器、程序分频器和功分器，参考参考频率源的输出端连接鉴相器的输入端，鉴相器的输出端连接放大滤波电路的输入端，放大滤波电路的输出端连接压控振荡器的输入端，压控振荡器的输出端连接程序分频器和功分器的输入端，程序分频器的输出端连接鉴相器的输入端。本实用新型将普通板材与微带板材分别布线后进行压制，这样既能避免高频信号线在普通电路板上干扰大的问题，又解决了利用单一微带板布线所带来的成本昂贵，机械强度小的问题，本实用新型可输出约77GHz的雷达发射频率并提供150MHz的带宽，且体积小，节省空间，在实现了双通道输出的前提下保证了较好的杂散度。
文档编号G01S7/02GK203117418SQ201220657199
公开日2013年8月7日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者朱思悦, 王磊磊, 陈大海 申请人:上海无线电设备研究所