雷達鏈路預算

　　雷達性能主要是由鏈路預算方程決定的，它確定了探測可以使用哪一級的接收信號。方程6 表達了簡化的雷達鏈路預算。

　　方程6. 雷達鏈路預算

　　Prcv = Ptrx*G*G*σ*λ*λ*τ/（（ 4π）e3* Re4）

　　其中：

　　Ptrx 是峰值發送功率；G 是發送和接收天線增益；σ是目標區域的雷達交叉部分；λ是雷達波長；τ是發送器占空比；R 是目標范圍。

　　一般以對數標度來設定參數，使用分貝（dB），或者dBm （dB 是以1 mW 為參考）。這個例子中使用了這一標度，但也同時會給出瓦特指標。我們必須做出一些假設。可以實現的接收器噪聲指標是5 dB，接收器靈敏度指標應該在-120dBm （10-15 W）。假設大約20 dB 的信噪比（SNR） 能夠實現合理的頻率探測，那么，在最差環境下，將要求Prcv 應至少為100 dBm （10-13 W）。天線增益大約為30 dB，即，1000。對于拋物面天線，可以采用方程7 來計算天線軸向增益。

　　方程7. 天線軸向增益

　　G = 4πAeff /λ ?

　　回到前面的工作，我們發現77 GHz 時，天線需要的區域是.0012 m2，其直徑是0.04m，即4 cm，這一尺寸完全可以在汽車頭部安裝實現。（ 注意，我們至少需要一面發送和一面接收天線）。

　　在CWFM 中，占空比? 是100%，即，1。如果我們假設發送功率是0.1 W （20 dBm），最大范圍300 m，目標車輛反射區域是1 m2，我們可以找到在一定環境下最差情況的接收功率。

　　Prcv = （0.1* 1000e2*1*.0039e2 *1）/（（ 4π）e3 *300e4 ） = 9.4* 10e(-14)W，即，-100 dBm

　　使用非常接近的范圍，例如，2 m，以及10 m2 相同的橫截面積（ 例如，拖拉機后部），我們可以計算出在一定環境下能夠得到的最大Prcv。

　　Prcv = （0.1* 1000e2*1*.0039e2*10）/（（ 4π）e3 * 2e-4） = 4.8*10e-4 W，即-3.2 dBm

　　這些計算告訴我們，我們的系統需要動態范圍非常高的接收器，量級在120 dB 左右。大動態范圍對接收器和模數轉換器（ADC） 線性度提出了很高的要求。但是，2 m 外很大的目標會遮擋其他目標的雷達視線。因此，可以采用模擬自動增益控制（AGC） 環來減小接收器和ADC 的動態范圍，在出現很大的回波信號時，通過衰減降低接收器的敏感度。

　　在要求不太高的情況下，例如，4 m 距離外1 m2 的目標，還是需要很高的靈敏度，用于探測很遠距離外的其他目標。在這種情況下，較大回波信號的接收功率是：

　　Prcv = （0.1*?1000e2 *1* *.0039e2*1）/（（ 4π）e3 * 4e4） = 3.0* 10e-6W，即-25dBm

　　使用AGC 將動態范圍要求降低到大約95 dBm，使用16 位ADC 就能夠實現。為給出一定的余量，ADC 可以工作在32x 過采樣（ 超出Nyquist 要求），再獲得有效的3 比特，進一步把量化噪聲基底降低18 dB。或者，采用18 位ADC，但是成本可能會高出很多。

　　實施時的考慮

　　CWFM 雷達體系結構的優勢在于，其模擬和數字實現方法都比較簡單。在模擬側，可以使用具有標準參考晶體的直接數字合成器（DDS） 來實現發送器。DDS 為鎖相環（PLL） 產生一個模擬頻率斜坡參考，以獲得所需的發送頻率調制。例如，如果PLL 的分頻器是1000，那么，在我們的例子中，參考的中心位于77 MHz，有5 MHz 頻率斜坡。這一模擬斜坡信號驅動PLL 參考，用于77 GHz 振蕩器。對電路的振蕩器輸出進行放大，產生連續波（CW） 信號，在500 MHz 內上升或者下降，其中心頻率是77 GHz。使用刻蝕在高epsilon R 介質電路卡中的無源器件可以實現77 GHz 的濾波和匹配電路，從而減少了所需的元器件數量。圖5 顯示了一個模擬電路的結構圖。

　　
圖5. 模擬電路結構圖

　　在接收器中，前端需要濾波和低噪聲放大器（LNA），其后是一個正交解調器。正交解調器混合77 GHz 接收信號和斜坡發送信號，輸出一個復雜的基帶信號，它含有發送和接收波形在任意時刻的差值。抵消了斜坡，我們可以看到固定頻率取決于目標返回信號的范圍和多普勒頻移。還是可以使用刻蝕無源器件來實現77 GHz 的高頻濾波功能。正交解調器的輸出是在低頻，最大范圍是±2 MHz。因此，可以采用傳統的無源器件和運算放大器，在同相（I） 和正交（Q） ADC 之前提供抗混疊低通濾波功能。或者，采用中頻（IF） 體系結構，但是需要偏移接收LO 生成電路。

　　I 和Q 輸入的ADC 必須至少工作在5 MSPS 才能滿足Nyquist 標準。如果采用了40MSPS 的8x 采樣頻率，然后是8:1 數字抽取濾波器，那么，可以進一步將分辨率提高大約3 比特。這種抽取技術支持16 位ADC 高效的工作在18 位到19 位范圍內，動態范圍超過100 dB。使用16 位I 和Q 輸入采樣，數字濾波器可以工作在160 MHz，輸出采樣是5 MHz，但是取整為24 比特。信號處理的下一步是使用FFT 進行頻率識別，隨后是差值電路。