鉴相器频率对调频连续波信号线性度影响

摘要 研究了一种通过快速改变锁相环分频比产生调频连续波信号的方案，讨论了锁相环中鉴相器频率对信号线性度的影响。使用ADS进行建模仿真，通过对仿真结果的分析，得出结论，在适当小的分频比跳变间隔，可以产生精度高、线性度好的调频信号；鉴相器频率越高，产生的调频信号的调频线性度越好。
关键词 调频连续波；鉴相器：锁相环：线性度

    随着人民生活水平的提高，私家车持有量在逐年增长。同时随着消费者对车辆安全性能的提高，防撞雷达系统和自适应巡航系统，已成为中高档车辆的标准配置。基于防撞雷达系统和自适应巡航系统对近距离测距及测速的要求，系统普遍采用FMCW体制。在车载雷达的实际使用中要求信号具有高频率、超宽带的特点，同时为了保证测量精度，一般要求信号源拥有良好的调频线性度，而传统的线性调频信号产生方案却难以满足这些要求。因此，本文介绍了一种通过快速改变锁相环分频器分频比，来产生线性调频信号的频率综合器，并对影响其扫描线性度的因素进行了分析。此方法拥有频率精度高、易于调试以及线性度好等特点，适于用作车载雷达信号源。本文首先甩ADS软件对系统进行仿真，基于仿真结果，分析了鉴相器频率对产生信号的调频线性度的影响。

1 频率综合器的设计
    锁相环电路由参考频率源、鉴相器、环路滤波器和压控振荡器(VCO)4个模块组成。如图1所示，如果锁相环电路用作为频率综合器，还需要加入程序分频器。其输出频率fout=Nfr，其中，fr为鉴相器频率；N为分频器分频比。

    因此，通过改变分频比N可以控制输出频率。编写程序周期性、线性且快速地改变N的值，便可以得到调频连续波信号。在ADS中建立仿真模型，如图2所示。

    在对模型的仿真中，当N的跳变间隔△t较长时，会得到一条近似阶梯状的扫频曲线；随着△t逐渐减小，产生的调频连续波信号的扫频曲线也逐渐变得更加光滑，最终接近于直线，这时就能得到一个线性扫频信号；但随着△t的进一步降低，调频曲线的线性度会恶化，如图3所示。

2 鉴相器频率对调频连续波线性度的影响
    我国车载雷达普遍使用频段为24 GHz，所设计锁相环频率综合源的扫频范围为23．875～24．125 GHz，扫频带宽为250 MHz，取适当的跳变间隔△t=2μs，环路带宽为250 kHz。由于对于鉴相频率分别为1 MHz，5 MHz以及10 MHz的情况进行了仿真。仿真结果如图4～图6所示。

    从仿真结果中的对比看出，调频信号的精度较高，同时随着鉴相器频率的升高，频率从起振到锁定时间在减少，频率极值点处的峰值过冲逐渐变小。
    在FMCW雷达中，调频线性度定义为
   
    式中，fcmax为扫频过程中的实际频率值与理想值间的最大频差；B为扫频带宽。由于在应用中只关心调频锁定后的线性度，而且从图中可以看出，频率锁定后，fcmax出现在极值点附近，所以只计算从150～350μs这段区间内的调频线性度。鉴相器频率分别为1 MHz、5 MHz和10 MHz时的调频线性度如表1所示。

    表1中可以看出，随着鉴相频率的升高，调频线性度也在不断被优化。

3 结束语
    本文介绍了一种通过快速改变锁相环分频比N的方法产生线性调频信号的频率综合器。并用ADS软件对模型进行了仿真和分析。
    仿真结果表明，通过快速改变锁相环分频器的分频比，能够得到精度与线性度都较好的线性调频频信号。当选取适当的分频比N的跳变间隔时，随着鉴相器频率的升高，频率极值点处的峰值过冲逐渐变小，调频线性度也得到了优化。