[发明专利]微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要应用于调频连续波(FMCW)雷达的微波压控振荡器(VCO)直接调制高线性调频信号发生电路，输出的微波信号频率随着时间周期性线性扫频，在每个周期的扫频时间内频率-时间特性曲线具有二阶以上线性精度。

背景技术

线性调频(LFM)信号是通过线性频率调制获得大时宽带宽积，通常也称为Chirp信号，是研究最早而且应用最广泛的一种脉冲压缩信号，雷达中通常采用具有大时宽带宽乘积的LFM信号来保证高分辨率的同时增大探测距离。FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)调频连续波体制雷达久已有之，其主要优点有辐射功率小、测距测速精度高、设备相对简单、易于实现固态化设计、具有良好的低截获概率(LPI)性能等。FMCW体制的雷达主要用于测距和测速，如连续波高度计、测距雷达、汽车防撞雷达等。调频连续波(FMCW)雷达发射线性调频连续波信号，并将目标回波与发射信号进行混频产生中频信号。由于回波信号的空间延迟，中频信号频率将正比于回波延迟时间，即电磁波双程传播时间，从而通过对中频信号处理获取中频频率，实现对目标测距。

为了达到高的测距精度，发射信号必须具备高扫频线性度。目前线性扫频信号主要通过频率综合器产生或微波压控振荡器(VCO)直接调制产生，前者可以实现良好的线性度，但可实现的扫频速率较低，扫频带宽也较窄，且电路复杂，成本高。微波VCO直接调制没有扫频速率限制，扫频带宽也只受限于VCO的最大调谐带宽，成本低，但扫频线性度较差，一般不满足要求，必须采用线性化补偿措施提高线性度。常用的线性化补偿措施包括开环补偿和闭环补偿，开环补偿线性度可达到5％左右，不能满足高精度测距要求。闭环补偿电路可实现较高线性度，但电路实现复杂，一般需要采用数字信号处理，成本较高，同时也难以实现的高的扫频速率和大扫描带宽。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处,提供一种电路简单可靠，成本低廉，调试量少，扫频速率不受限、带宽大、具有较高线性精度并能够抑制交叉混频引起的FMCW雷达中频杂散信号的微波线性调频信号发生电路。

为达到以上目的，本发明提出一种微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路，包含单稳态脉冲整形电路1、C-R微分电路2、偏置电阻3、微波压控振荡器VCO4和微波开关5，其特征在于：单稳态脉冲整形电路1将输入周期脉冲信号,整形为脉宽等于一个周期内线性扫频时间的脉冲信号，该脉冲信号分成两路，一路经C-R微分电路2产生非线性斜下降锯齿波电压信号，该电压信号叠加在从外部直流电压源经由偏置电阻R₃引入到C-R微分电路2输出端的直流偏置电压V₀上，形成扫频控制电压信号，作用于微波VCO的调谐端直接对微波VCO进行频率调制，扫频控制电压信号与微波VCO4的非线性调谐电压-频率特性相互补偿，控制微波VCO的振荡频率随时间线性改变，产生线性调频信号输出，并馈送到微波开关输入端，经过微波开关选通后输出微波线性调频信号；另一路加到微波开关控制端，控制微波开关通断，选通线性扫频期的微波线性调频信号，并关断扫频休止期的微波信号，以抑制近距离强回波产生的中频杂散信号对雷达工作的干扰。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明采用简单模拟电路产生非线性斜下降锯齿波形，对微波VCO进行直接调制，可实现二阶以上扫频线性精度。本发明采用脉冲整形和微分电路实现非线性斜下降锯齿波扫描电压波形，直接对微波VCO进行调制产生线性调频信号输出，通过非线性斜下降锯齿波扫描电压波形对微波VCO非线性调谐电压-频率特性开环补偿提高扫频线性精度。对于目前常用的变容二极管调谐微波VCO，除了对单稳态脉冲整形电路中的R_t、C_t和C-R微分电路中电阻R₁、R₂、R₃以及电容C₁的元件值进行设计和调整外，无需对微波VCO的调谐特性进行内部补偿设计或对微波VCO的外部调谐电压-频率特性进行线性化补偿，即可达到二阶以上扫频线性度，从而在FMCW雷达应用时能够显著减小扫频非线性带来的测距误差。