5.8G FMCW式雷达的低成本实现

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文号875227

29906

科创基金/雨行动/2020H6

申请人信息

申请人ID：GiroPetrenko

真实姓名：史卓轩

申请方式：个人

自我介绍：就读于江苏某国际高中的高一年级，曾经与同学研究硝糖探空火箭，线圈式电磁加速器，火箭航电，遥控履带载具控制系统等等。作品有简易X射线摄影教程，（未完成的）碘化钠闪烁体能谱仪等等。

申请人照片：

申请人曾经发表的技术文章：

文号：864208GiroPetrenko发表于：2019/09/26 20:10:55
开大坑：UHF FMCW 二维搜索雷达

文号：875227GiroPetrenko发表于：2020/03/16 15:53:01
5.8G FMCW式雷达的低成本实现

文号：870923GiroPetrenko发表于：2020/02/08 19:28:36
[重来] 5.8GHz 测距雷达

项目信息

5.8G FMCW式雷达的低成本实现

学科分类：电子技术研究周期：180 天

摘要

试制一台工作在C波段，5.8G的FMCW雷达

Abstract

A Low-Cost implementation of Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) Radar, operating in C band (5.8GHz).

关键词

雷达射频 FMCW

（1）背景：基于简单的多普勒频移技术的低成本雷达模块十分普及（如HB100等等模块）。由于此类雷达的特性（连续波）无法测距，因此“调频连续波”雷达技术解决了此方面的问题。设备在扫频时间内发射频率变化的连续波（扫频信号可以是三角波，锯齿波，FSK模式等等，各有各的优势），而被物体反射回来的信号与发射信号有一定的频率差，通过下变频混频器输出中频，中频信号经过放大，滤波等等处理过后由后端采样进行距离、速度的计算。而DIY一套FMCW类的雷达设备是可行的，比如MIT的coffee can雷达，本坛的前辈的制作等等。

（2）目的：制作一台工作在C波段的FMCW雷达，学习射频电路相关的知识。给出一个廉价的，利于后人DIY的简单方案。

（3）前期研究：于2018年的暑假试制过一台工作在UHF（433MHz中频）的雷达，由于理论知识的缺失导致了彻底的失败。中途阅读了一些射频相关的书籍，并且对射频相关的词汇和基本计算有了初步的了解。于论坛上与多位前辈讨论新方案的可行性后绘制了PCB。相关仪器有20MHz的模拟示波器一台，最高频率1GHz的频谱仪一台。

（4）射频链路图，PCB，基本数据计算等等请参考之前写的帖子。

图为具体设计，包括射频链路图等等。由于考虑到自制射频功分器之类的无源器件会带来巨大的插损，末级功放的P1dB是小于增益过后的理论值。STM32F103通过SPI与LMX2572通讯，产生高线性度的扫频信号。输出至驱动放大器，功分器，功率放大器等等被天线发射。

功分器的另外一路输出接入混频器的本振端口，被低噪声放大器放大过的回波信号与发射信号进行下变频，直接输出与距离相关的中频信号。

中频信号采样：使用电脑内置的声卡。由公式可知：

$d=\frac{cf_{diff}t_{ramp}}{2(f1−f0)}$

当扫频带宽为200MHz，扫频时间为5ms，距离为50m时输出中频信号约等于13.3KHz，

该信号能够被普通声卡采样。同理，对采样的信号进行傅里叶变换，当扫频参数已知时则可求出目标距离。

（5）研究计划：分成3个部分：扫频以及中频信号处理部分，射频部分，电脑上位机。

先研制扫频部分，通过频谱仪在较低频率下测量出有效的扫频信号输出后再调至设计的频率。由于硬件条件的限制，射频部分无法获得有效的测试，因此在设计中留下很多冗余为了插损考虑。在使用示波器测量出有效中频输出后编写上位机程序。计划每个模块占60天，总共耗时180天。

（6）研究成果：实物以及相关的论文，以及一篇简单易懂，并且严谨的制作教程。上位机开源。

资金预算

用途	单价(元)	数量	合计(元)	专家建议(元)	实际批准(元)
LMX2572RHAR PLL+VCO	117	1	117	117	117
LHA-1+ Gain Block	20	2	40	40	40
HMC406 PA	42	1	42	42	42
HMC220 or HMC219 Mixer	23	1	23	23	23
HMC717 LNA	38	1	38	38	38
14dBi 平板天线	35	2	70	70	70
SMA转N （频谱仪连接）	5	2	10	10	10
SMA PCB连接器	2	5	10	10	10
电阻，电容包	48	1	48	48	48