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超外差接收机自发明以来,由于灵敏度高、增益高、选择性好和多种适用性的特点,获得较快发展,目前已成为雷达接收机的主流。由于镜像抑制滤波器和通道选择滤波器均为高Q值带通滤波器,它们只能在片外实现,从而增大了接收机的成本和尺寸。另外,IF滤波器的特性与信号带宽密切相关,使得这种标准化的超外差接收机不适于多标准多频段工作。直接变频接收机由于存在直流偏移、低频噪声等缺点,从出现以来长期处于实验阶段。随着雷达技术的迅速发展,要求射频接收机具有低功耗、高集成的特点,直接变频接收机在这些方面表现了很大的优势。单片集成工艺的成熟,也促使直接变频接收机的研究重新受到重视。本文主要围绕着六端口直接变频接收机展开讨论,主要内容包括以下几个方面:
(1)详细介绍了六端口的基本理论,给出其测量复反射系数的原理;利用六端口可以测量复反射系数的特点将其应用在雷达中,可以实现直接变频测量,无需混频器或鉴相器,可以达到降低成本、减小体积的目的。针对目前已经提出的两种六端口雷达系统:即基于六端口技术的连续波多普勒雷达系统和双频测速测距雷达系统,分析六端口雷达的工作原理,并讨论了六端口雷达存在的问题,如直流偏移、低频噪声、二极管校准等。
(2)在论述了六端口雷达工作原理的基础上,本文提出了基于六端口技术的FMCW雷达。分析其测速测距的原理;研究六端口雷达如何处理扫频信号;并详细模拟了六端口接收机存在测量误差的情况下,最终测量结果的误差情况,给出了六端口功率测量误差曲线与最终目标距离和相对速度误差曲线的关系;该误差曲线也验证了Engen的理想六端口的最佳准则。基于六端口技术的FMCW雷达多目标检测是本文的另外一个重要内容。多目标检测时,传统的FMCW雷达由于发射信号的不完善将会引入虚警。本文详细介绍了这种虚警的产生原理,分析了六端口雷达是否存在同样的问题,并进行了计算机仿真,结果表明基于六端口技术的FMCW雷达可以抑制由于发射信号波形引入的虚警,可以无虚警的进行多目标检测。
(3)本文在分析PD雷达工作原理的基础上,研究了基于六端口技术的PD雷达。六端口技术和脉冲多普勒雷达的结合,一方面降低了雷达系统成本、减小了体积;另一方面,六端口可以通过结合初相角测距和回波脉冲、发射脉冲时间差测距来提高距离测量的精度。系统仿真结果表明,这种雷达可以很好的测量目标的距离和相对速度。六端口技术与超宽带技术的结合也是一个值得研究的方向。
(4)文章的最后论述了六端口技术在其它方面的应用,如:软件无线电、通信接收机、多用户CDMA系统等。六端口技术作为一种直接变频技术,以其独特的优势,越来越受到研究者的关注,其应用前景必将更加广泛。