測速雷達中鎖相環路的運用探究

王少博

摘 要 測速雷達是利用電磁波對目標進行探測的一種電子設備，其在許多軍事、航空等多個領域都有所應用，而且從具體應用情況來看，也取得了不錯的應用效果。測速雷達作為一種先進的設備，在對其進行設計時需要考慮的內容有很多，而鎖相環路是其中最為重要的一項內容。下面，針對的鎖相環路在測速雷達中的具體應用和研究進行分析，希望文中內容對相關工作人員可以有所幫助。

關鍵詞 測速雷達;鎖相環路;濾波器;振蕩器

科技的飛速發展，使鎖相環技術在雷達多普勒信號提取和測量、自動頻率跟蹤等多個方面都發揮著重要的作用。目前，性能強大的多普勒跟蹤可以利用鎖相環技術得到大規模集成電路，而為了提高測速雷達性能，使其在后期應用期間能夠發揮出良好的作用，更要加強對鎖相環路在測試雷達中應用的研究。

1測速雷達與鎖相環路

1.1 測速雷達

所謂測速雷達指的就是通過對電磁波進行有效利用，完成對目標進行精準探測的一種先進的電子設備。測速雷達向待測目標發送電磁波，待測目標接收到電磁波后，會反射電磁波，測速雷達接收電磁波，最終得到目標與電磁波發射電之間的距離、方位、距離變化率，以及高度等各項信息內容，從而完成探測目的。

1.2 鎖相環路

鎖相環路指的是在運行過程中，可以輸出定制頻率信號的一種諧振電路，其也被稱作相位同步環。該回路在具體運行期間，就是采用外部施加的基準信號與鎖相環路內的振蕩器輸出相位差恒定的反饋控制來產生振蕩信號[1]。電子設備在實際運行期間，一般要確保外部輸入的信號與內部發生的振蕩信號要保持同步，而通過對鎖相環路的應用，則能夠達到上述目的。

2測試雷達中鎖相環路設計

2.1 環路濾波器

環路濾波器在具體應用期間具有低通特性，而且在環路中能夠維持環路在運行中的穩定性，對環路帶寬的內外噪音進行合理控制，避免的電壓控制振蕩器（VCO）協調電壓發生突變等多項作用，這也就決定了整個鎖相環路的具體性能，進而決定了測速雷達的性能，同時也會對其后期應用會產生一定影響[2]。

設計環路濾波器時，選擇的環路濾波器拓撲結構必須符合環路濾波器的性能，對于環路濾波器的階數、環路帶寬、相位裕度等各項參數內容都要進行明確，這些各項參數內容進行確定后，也就確定了環路濾波器的零極點，這可以為后續電路參數信息的推導提供支持。此外，為了能夠實現對環路帶寬頻率十倍以上的紋波進行抑制，我們設計無源三階環路濾波器，將該濾波器應用在測速雷達中，能夠使測速雷達的性能得到進一步提高了，從而使其滿足應用需求。

在實際設計期間，相位裕度與鎖相環路在具體運行過程中的穩定性具有直接管線，通常要將其設置在45°以上。針對相位裕度進行分析，可以發現其數據定義就是環路開環增益與分頻比的比值，比值對應的單位增益頻率再加上180°。需要研究人員特別注意的是，如果提高了相位裕度，將會導致鎖定時間延長[3]。

環路帶寬是環路濾波器在具體運行過程中第一項關鍵指標，如果采用的環路帶寬較小，這會導致相位噪音和VCO調諧電壓波紋變小，但是，這會導致鎖定時間和鎖相環路增大。但是，在具體設計期間，選取環路帶寬時，必須保證其可以滿足環路鎖定在時間上的具體要求，只有這樣才能夠保最終設計的鎖相環路能夠滿足應用需求，避免由于環路帶寬問題，影響鎖相環路性能。

確定功能參數后，要依據功能參數完成對具體電路參數內容的精確推導。需要設計人員在實際工作開展期間的特別注意的是，在計算三階無源環路濾波器原期間參數時，因為具有近似值和假設值，因此，無法獲取到所有元器件參數的精準解[4]。具體設計時，要依據具體的功能參數，在對EDA軟件進行應用的基礎上，進行計算，最獲取到相應的計算結果，進而為對應元器件參數的選取與確定提供相應的依據，保證最終設計的合理性，為人們提供一個高質量的測速雷達。

2.2 電壓控制振蕩器

所謂電壓控制器就是一種能夠轉換電壓和頻率的一種裝置，而鎖相環路中作為被控振蕩器，其在運行過程中的輸出頻率大小主要有輸入控制電壓決定。

以車載多普勒雷達測速系統在應用時采用24.125GHz的K頻段為例，常規使用的HMC533集成芯片，通過對其進行應用，使VCO在應用期間的功能能夠得到發揮，其輸頻率隨著輸出電壓加大而不斷加大，同時，輸出頻的具體范圍也滿足了系統在具體運行過程中的各項要求，而且理應單電源供電，這使硬件設計得到了簡化，降低了整體設計難度。

具體設計時采用的為HMC533基承芯片，其一共具有兩個輸出口，其中一個直接輸出環內自由振動頻率，利用微帶電路送到微波陣列天線。而另一個輸出口將存在于環內的自由振蕩頻率16分頻，然后再將經過頻率處理的振蕩頻率作為鎖相環路反饋信號[5]。

2.3 設置自由振蕩頻率

設置自由振蕩頻率指的是在環內進行設置，鎖定鎖相環路后，參考信號與反饋信號相同，兩者沒有頻差。參考信號的頻率大小是由參考振蕩器和寄存器參數決定，而反饋信號則由HMC533集成芯片的固有分頻系數和寄存器參數兩者共同決定。在設計鎖相環路時，選擇的參考振蕩器頻率大小為16MHz，對環內自由振蕩頻率進行分析，最確定頻率為24.1065GHz。

3結束語

鎖相環路是測速雷達設計中一項重要內容，該項內容會對最終制造的測速雷達性能和應用造成影響。因此，在測速雷達中要加強對鎖相環路進行合理的設計與應用的研究，進而使測速雷達的性能得到進一步提高，滿足應用需求。

參考文獻

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[2] 常計清.駝峰測速雷達和測長設備抗強電磁干擾解決方案[J].鐵道通信信號，2016，52（8）：28-30.

[3] 郭銳，李雪光.高精度測速雷達伺服帶寬自適應設計與實現[J].電子機械工程，2016，32（1）：32-35.

[4] 解平平.關于根據設備工作原理對設備進行維護的探析——以西安地鐵一號線測速雷達為例[J].科技資訊，2015，13（9）：92-93.

[5] 曹雷，魯思濱，王鍇，等.基于鎖相環路的拉曼激光制備及其相位噪聲研究[J].量子電子學報，2018，35（4）：402-407.