【低成本高精度】产生FMCW和LFM雷达测试信号 留言
原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）：射频易商城
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在许多领域中，雷达系统工程师都十分依赖射频信号发生器提供的高频调频连续波（FMCW）和脉冲频率调制（FMOP）信号。特别是在高精度雷达系统接收机设计时进行微波测试，比如反欺骗和抗干扰应用里。
为了实现所需的可靠FMCW和脉冲频率调制，通常需要一个功能完备的信号发生单元。越来越多的人发现，目前有一款产品拥有强大的功能而且十分便携，同时具备可编程能力。这个射频信号发生器能够提供一个真正低成本且灵活的解决方案。本文从一个视角观察这种方法，提供了如何快速启动和运行的技巧和窍门，令产品能生成可靠的信号。
调频连续波（FMCW）雷达技术从二战一后的20世纪50年代开始发展起来的，这项技术的目的是提高雷达对目标的分辨能力。雷达技术从20世纪60年代一度未被分类状态，从简单的线性调频连续波（FMCW）雷达到更先进的雷达技术逐步发展，目前已经发展出如采用脉冲压缩技术的相干脉冲雷达等。这些技术产生调频信号（FM Chirp）、巴克码和其他更复杂的调制脉冲压缩雷达技术。
然而，较老的雷达技术仍具有它的优点和用途，例如用于飞机着陆过程中测高设备FMCW雷达、汽车雷达、智能弹药的传感器、贮仓中散装固体量与坦克液位高度计、以及海军战术导航雷达。
在FMCW雷达和更先进的chirp雷达的开发和测试中，有一个非常有用的工具，这个工具被称为扫频和chirp调制的信号发生器，它也可以用于在实验室或现场开发和测试脉冲压缩技术和设备。在野外测试的情况下，chirp雷达可以用于从远程定位雷达，海军平台，飞机维修设施，甚至服务于陆地移动系统的任何恶劣的环境中。
考虑到大量的调频连续波和线性调频雷达使用频率位于微波和毫米波波段，如C波段、X波段和Ku波段，用于研发和测试这些雷达的测试设备通常是大型机柜设备，将占据较大空间且拥有昂贵的价格。
此外，大型机柜信号发生器通常是为实验室条件设计的，在极端环境下通常受到影响。尤其是在运输这些装置的过程中发生大量振动或受到冲击力时。除了购买需要花费高昂价格，这些机柜的维修和重新校准也很昂贵，通常必须在经过专业认证机构进行，而且需要为此提前数周安排以开展相应维修工作。
对于许多空间受限和环境恶劣的应用场景来说，一个现代的且更可行的解决方案是使用便携式信号发生器。目前，市场上大多数的便携式信号发生器并无法达到正常FMCW和chirp雷达波段，也没有提供任何形式的chirp或脉冲调制。
Vaunix公司所生产的LabBrick信号发生器具有上述优点。便携、可做编程、可自触发和外部触发chirp调制，实现相位连续的线性频率扫描和脉冲调制功能。这个设备和普通钱包一样大。而且只需要很便宜的价格就可以买到。
FMCW调制与连续波（CW）雷达十分相似，不同点在于连续波雷达的频率不是不变的，FMCW雷达的频率是线性地增加或减少；或者是非线性地增加或减少的。常见的FMCW波形有锯齿波、三角波、方波、阶梯型波等等。但最常见的是锯齿波，或可称为扫频FMCW雷达。
FMCW调制的基本概念是，将接收信号与发射信号混合，产生频率和延迟时间成正比的中频（IF）调频信号。因此也就得到频率与物体距离成正比的调频信号。多个物体将产生多个不同音调，这些音调经过傅里叶变换之后可以实现分离与识别。
根据这个原理FMCW雷达由一个相对简单的电路组成，包括发射机、接收机、FMCW合成器、混频器、数字化器、信号处理器和显示器。在无线电测高仪里，中频信号直接发送到带有频率相关线圈测高仪的模拟测高仪，该线圈测高仪在更高频率下表现出更大的感应阻抗（虽然不是线性的，但这仍然是确定相对高度的有效方法）。
与CW雷达相比，FMCW雷达使得设备能够获得更近的最小距离测量能力。一般来说，最小距离测量能力受限于发射信号的脉宽。此外，FMCW雷达能够同时测量目标的距离和速度，其距离测量精度也会远高于CW雷达。FMCW雷达可以用来区分出多个目标，只需要相对简单的电路，不需要任何高峰值功率的脉冲。
这项脉冲雷达技术将脉冲内调制和脉冲压缩结合起来是一个巨大改良。脉冲雷达的高性能得益于极高的脉冲功率和较短的脉冲宽度。脉冲雷达的距离分辨率是脉冲宽度的函数，因此能够获得很高的分辨率。
然而，高脉冲功率和短脉冲宽度的生成需要专用的高功率调制器和发射机。这些机器通常很庞大且很昂贵。利用固态技术，脉冲雷达可以以较低的成本做得更小。尽管在高频和高脉冲功率的工况下，固态技术性能指标通常不优于真空管。
因此，脉冲内调制和脉冲压缩的使用，使得相对高的功率电平情况下获得更长的脉冲宽度。通过调制脉冲，可以获得高距离分辨率和实现多目标识别的优点。脉冲压缩是一种处理较长脉冲为较短的子脉冲的技术，这种技术减轻了脉冲雷达由于长脉冲宽度而引起的距离分辨率损失。
同时保持了没有极高峰值功率电平的高能脉冲。脉冲调频雷达（FMOP），通常被称为“chirp”雷达，线性调频信号也常被人称为chirp信号，因此这种表达时常有些令人困惑。但二者并不是同一个事。
输入和输出信号的脉冲压缩状态与接收信号内的噪声和输出回波清晰可辨。chirp雷达（调频脉冲雷达）的另一个优点是，通过脉冲压缩滤波，接收机中的宽带分布的随机噪声大大降低，这使得能够感知低于脉冲噪声下的返回信号。这通常被称为脉冲压缩增益（PCG）。此外，脉冲压缩滤波器调整接收信号频率分量的相对相位，这实际上产生了比传统滤波器更好的最大范围。
FMCW和chirp雷达的性能取决于雷达部件的性能。因此，附加噪声（噪声系数）、线性度、相位噪声和杂散谐波都是雷达系统中有源元件的关键参数。虽然雷达的发射/接收信号链路中的任何有源和无源部件的参数都会严重降低雷达系统的性能，但是否拥有一个性能优越的频率合成器则是极为重要的。
