微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路制造技术

本发明专利技术提出的一种微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路，旨在提供一种具有二阶以上扫频线性精度、扫频速率不受限、能够抑制交叉混频引起的调频连续波雷达中频杂散信号的微波线性调频信号发生电路。本发明专利技术通过下述技术方案实现：单稳态脉冲整形电路将输入的用于触发扫频信号的周期脉冲信号整形为脉宽等于一个周期内扫频时间的脉冲信号，经C-R微分电路产生非线性斜下降锯齿波电压信号，叠加在的直流偏置电压V0上，形成与微波VCO(4)的非线性调谐电压-频率特性相互补偿的扫频控制电压信号，控制微波VCO的振荡频率随时间线性改变。整形产生的脉冲信号控制微波开关对微波VCO输出进行选通，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。

【技术实现步骤摘要】
微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路
本专利技术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。
技术介绍
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 ModulatedContinuous Wave)调频连续波体制雷达久已有之,其主要优点有福射功率小、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(FMCff)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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提出一种微波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VC04和微波开关5，其特征在于:单稳态脉冲整形电路I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Vtl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VC04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。 本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果: 本专利技术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。本专利技术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VC0，除了对单稳态脉冲整形电路中的Rt、Ct和C-R微分电路中电阻HR3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。 扫频速率不受限、扫描带宽大。本专利技术采用C-R微分电路2产生非线性斜下降锯齿波电压信号对微波VCO进行直接频率调制产生扫频信号，通过适当的电路参数设计，可以在微波VCO的整个调谐带宽内实现非线性斜下降锯齿波电压波形与VCO非线性调谐电压-频率特性相互补偿，因此不同于常规微波VCO扫频信号发生器，本专利技术扫频线性度不随带宽增大而恶化，从而可以实现大的扫频带宽(仅受限于微波VCO的调谐带宽)。同时，相比于各种闭环反馈补偿或者数字化产生调制波形等扫频线性化技术，本专利技术是采用开环补偿直接微波VCO调制，调制波形产生不受数字处理器件速度和闭环调整时间限制，因此扫频速率仅受限于微波VCO的性能，因此能够实现更快的扫频速率。本专利技术的以上优点，使得在FMCW雷达设计上可以充分利用微波VCO的调谐带宽提高探测性能和测距精度。 本专利技术采用单稳态脉冲整形电路产生的脉冲信号控制微波开关对微波VCO输出进行选通，实现扫频休止期间关闭微波VCO信号输出功能。在用作自混频式FMCW雷达发射机时，该功能可消除近距离回波信号交叉混频效应，抑制交叉混频引起的中频杂散信号，进而抑制FMCW雷达近距离强回波产生的中频杂散信号对雷达工作的干扰。通过适当设计扫频休止期时间长度，可以在信噪比损失很小前提下，减少近距离强回波信号交叉混频产生的中频杂散对目标探测的干扰，有助于提高雷达探测信干比。 本专利技术电路简单可靠，成本低廉，易于实现。本专利技术采用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VC04和微波开关5等少数基本电路单元即可实现微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路，电路简单可靠、设计方便、调试量少、成本低廉。 本专利技术具有性能优良、电路简单可靠、成本低廉等特点，特别适用于低成本、高精度、小型化的调频连续波雷达和无线电近炸引信。 【附图说明】 图1是本专利技术的微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路的原理图。 图2是图1中各节点电压波形示意图。 图3是本专利技术的扫频特性曲线及VCO输出信号的频率-时间(f_t)特性曲线示意图。 图4是一般锯齿波调制FMCW雷达中频的时间-频率特性曲线及回波信号交叉混频效应示意图。 图5本专利技术用于FMCW雷达的中频频率-时间(f_t)特性曲线示意图。 图中:1单稳态脉冲整形电路；2C_R微分电路；3偏置电阻；4微波VCO ；5微波开关。 【具体实施方式】 在图1所示的微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路中，可以采用简单的脉冲整形和微分电路产生周期性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。该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VC04和微波开关5。单稳态脉冲整形电路I采用单稳态触发器集成电路外接定时电阻Rt和定时电容Ct实现。微分电路2由依次串联在输入端与输出端之间的电阻R1、微分电容C1，和并联在输出端与地之间的接地电阻R2组成。微分电路2对整形后的脉冲信号进行微分，产生周期性非线性斜下降锯齿波形式的扫频控制电压波形。偏置电阻R3串联在外部直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
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VCO(4)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，形成与微波VCO(4)的非线性调谐电压‑频率特性相互补偿的扫频控制电压信号，并馈送到微波开关输入端，经过微波开关选通后输出线性调频信号；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信号，输出线性调频信号，关断扫频休止期的微波信号，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。

【技术特征摘要】
1.一种微波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(I)、C-R微分电路(2)、偏置电阻(3)、微波压控振荡器VCO(4)和微波开关(5)，其特征在于:单稳态脉冲整形电路(I)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⑵输出端的直流偏置电压Vtl上，形成与微波VCO (4)的非线性调谐电压-频率特性相互补偿的扫频控制电压信号，并馈送到微波开关输入端，经过微波开关选通后输出线性调频信号；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信号，输出线性调频信号，关断扫频休止期的微波信号，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。2.根据权利要求1所述的微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路，其特征在于:所述的单稳态脉冲整形电路(I)采用单稳态触发器集成电路外接定时电阻Rt和定时电容Ct实现。3.根据权利要求1所述的微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路，其特征在于:单稳态脉冲整形电路对输入的周期性扫频触发脉冲信号进行整形，整形后的脉冲周期等于扫频周期，脉冲低电平持续时间等于扫频休止期。4.根据权利要求1所述的微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路，其特征在于:微分电路⑵由依次串联在输入端与输出端之间的电阻R1、微分电容C1和并联在输出端与地之间的接地电阻R2组成。5.根据权利要求1所述的微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路，其特征在于:微分电路(2)对整形后的脉冲信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51