短距離超寬帶沖激成像雷達(dá)系統(tǒng)研究.pdf

1、沖激雷達(dá)也稱無載波雷達(dá)、時域雷達(dá)或基帶雷達(dá),是超寬帶雷達(dá)的一種。與傳統(tǒng)的窄帶雷達(dá)相比,沖激雷達(dá)具有距離分辨率高、穿透能力強(qiáng)、被截獲概率低、反隱身能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小、結(jié)構(gòu)簡單等一系列優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于穿墻成像、探地成像、生命醫(yī)學(xué)成像、隱身目標(biāo)探測等各個領(lǐng)域。
　　本文詳細(xì)研究了一種典型的超寬帶沖激成像雷達(dá)系統(tǒng)的硬件組成部分,搭建了一個由超寬帶時域天線,寬阻帶低通濾波器,階躍恢復(fù)二極管超寬帶脈沖發(fā)生器和寬帶高速等效采樣接收機(jī)

2、組成的實(shí)驗平臺,進(jìn)行了短距離目標(biāo)成像實(shí)驗,取得了良好的效果。本文的研究內(nèi)容主要包括如下幾個方面:
　　1.研究了超寬帶時域天線的性能和參數(shù)指標(biāo),比較了幾種超寬帶天線的時域特性。設(shè)計了一個帶寬0.48GHz-3.9GHz的Vivaldi超寬帶天線。使用寬帶微帶-槽線轉(zhuǎn)換巴倫實(shí)現(xiàn)從微帶線到槽線的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換和阻抗匹配。討論了不同指數(shù)曲線對天線性能的影響,研究了Vivaldi天線的時域和頻域特性。最終的仿真與測試結(jié)果得到了很好的吻合

3、,并在實(shí)驗中取得了良好的效果。
　　2.研究了缺陷地結(jié)構(gòu)在微波濾波器中的應(yīng)用,提出了一種新型的具有兩個傳輸零點(diǎn)的缺陷地結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的啞鈴型缺陷地結(jié)構(gòu)相比,這種新型結(jié)構(gòu)在相同體積下具有選擇性更高,阻帶更寬等優(yōu)點(diǎn),并利用這種新型缺陷地結(jié)構(gòu)設(shè)計了一個性能優(yōu)異的寬阻帶低通濾波器,其通帶范圍為DC-3.25GHz,插損小于0.6dB,阻帶衰減在3.75GHz-32GHz范圍內(nèi)大于30dB,矩形系數(shù)小于1.15。
　　3.研究了幾種具有

4、不同輸出功率和帶寬的超寬帶脈沖發(fā)生器。分別是基于射頻晶體管的雪崩脈沖發(fā)生器,基于雪崩晶體管的Marx脈沖發(fā)生器和基于階躍恢復(fù)二極管的超寬帶脈沖發(fā)生器。其中基于射頻晶體管的雪崩脈沖發(fā)生器可以在50Ω負(fù)載上輸出峰值電壓4.2V,脈寬800ps的超寬帶脈沖,最大重頻5MHz;雪崩晶體管Marx脈沖發(fā)生器可以在50Ω負(fù)載上輸出幅度1kV,脈寬500ps的超寬帶脈沖,最大重頻10kHz;階躍恢復(fù)二極管脈沖發(fā)生器可以在50Ω負(fù)載上輸出幅度12V,脈

5、寬280ps左右的超寬帶脈沖,最大重頻5MHz。
　　4.研究了等效采樣方法在沖激雷達(dá)接收機(jī)中的應(yīng)用。討論了等效采樣系統(tǒng)的核心部件-采樣保持電路的結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法。采樣保持電路由采樣門,選通脈沖發(fā)生器和時序控制單元組成。本文分析了幾種典型采樣門的結(jié)構(gòu),效率和頻率響應(yīng)特性;討論了選通脈沖對采樣保持電路性能的影響;研究了幾種高精度皮秒級步進(jìn)時鐘的實(shí)現(xiàn)方法。最后設(shè)計了由四管平衡采樣門,基于階躍恢復(fù)二極管的雙極性脈沖發(fā)生器和基于數(shù)字可編程延

6、時芯片的步進(jìn)時鐘發(fā)生器構(gòu)成的采樣保持電路,并在該采樣保持電路的基礎(chǔ)上制作了一部帶寬為DC-2.2GHz,等效采樣率為20Gsps的時域等效采樣接收機(jī),輸入信號幅度為-1dBFS時信噪比為27.62dB。
　　5.搭建了一個短距離沖激成像雷達(dá)實(shí)驗平臺,采用超寬帶Vivaldi天線作為收發(fā)天線;基于階躍恢復(fù)二極管的皮秒級超寬帶脈沖發(fā)生器作為發(fā)射機(jī);基于缺陷地結(jié)構(gòu)的寬阻帶低通濾波器作為接收機(jī)前端濾波部分;Hittite公司的寬帶低噪聲放