汽車防撞雷達系統功率放大器仿真設計

摘要：設計了用于汽車防撞雷達的功率放大器，為了消除在K波段的寄生效應的影響，設計了直流偏置、輸入輸出匹配網絡、耦合隔直和電源濾波的微帶網絡。通過ADS仿真，得到了噪聲系數為2．33，最大輸出功率為18．5 dBm，增益為8．5 dB的功率放大器。文中設計的功率放大器適用于FMCW雷達系統。
關鍵詞：雷達；K波段；寄生效應；增益

隨著社會的進步，作為奢侈品的汽車消費品已經開始在普通家庭普及，汽車的行車安全是越來越重要，因此，各國對交通安全越來越重視。據統計，世界上大多數交通事故是司機反映不及造成的，其中絕大部分是屬于汽車相撞追尾，為了提前避免這種反應不及的交通事故，為安全駕駛的輔助控制裝置汽車防撞雷達隨之產生。國際上對汽車防撞雷達的研究較早，其中K波段的汽車防撞雷達技術較為成熟，W波段也開始有大量的研究文獻發表。因為以上波段頻率較高，用集總參數來設計電路會產生很大的寄生效應，一般用分布參數來完成此類電路的設計，當然目前也出現了一些24GHz汽車雷達系統的MMIC模塊，但是其成本較高。在汽車倒車雷達系統中，功率放大器是一個很重要的部件，同樣它會引入大量的噪聲。在K波段，功率放大器的寄生效應變得非常大，像集總參數的寄生效應，引線的寄生效應，焊盤等。為降低企業的制造成本，提高開發的靈活性，文中用共面波導技術設計了工作在24 GHz汽車雷達系統的功率放大器模塊。

1 功率放大器的設計
根據功率放大器的設計原理，首先選定功放管的工作點Q，定出其電源電壓，確定在設計頻段內的穩定性，然后做出輸入輸出匹配網絡如圖1所示。

1．1 電路設計
功放管選用安華高(avagotech)公司的E-PHEMT類型的VMMK-1218，因為汽車提供的電源為5 V，所以此功放管的電源電壓選為5 V。VMMK-1218的靜態工作點選為VDS=2.5V，IDS=25mA。其中直流偏置通過電阻分壓得到，為了消除微波信號進入直流電路并加了電源濾波電路，用高頻厄流線圈阻斷微波信號。在輸入和輸出端加了匹配濾波網絡，并用隔直電容進行了直流的隔離，以防止影響前級和后級電路。

1．2 微波電路的設計
汽車雷達的工作頻率為24 GHz，集總參數元件在此頻率下的寄生效應非常明顯，故需要利用分布參數元件來設計輸入輸出匹配網絡、電源濾波電路和輸入輸出的隔直電容。電路如圖3所示。其中電阻R1，R5，R6為偏置的分壓電阻。