在ADS中进行雷达瞬时测频仿真

使用ADS 软件软件进行雷达瞬时测频仿真进行雷达瞬时测频仿真

（IFM—Instantaneous Frequency Measurement ）

在现代电子战中，非常重要的任务之一就是快速侦测敌方雷达参数。在雷达的各种特征参数中频率参数是最重要的参数之一。雷达的频率参数包括载波频率、频谱和多普勒频率等。本文讨论了使用安捷伦ADS 软件利用比相法对雷达信号载波频率的测量。其中包括使用微波鉴相法测频和数字测频法的基本原理、在ADS 软件中原理图实现和仿真结果。

微波鉴相法瞬时测频接收机

微波鉴相法的基本原理可以参加参考文献[1]。

下图给出了在ADS 软件中实现的由功率分配器、延时线、90°电桥和混频器组成的鉴相器。

我们来分别分析各个节点的电压： t

j e

A Vin ⋅⋅=ω

Vin V ⋅=

22

1 Vin V ⋅=2

22 Vin e V j ⋅⋅=

−ϕ

2

23 ϕ 是由延时线引起的相移 Vin V ⋅=2

24 Vin e V j ⋅⋅=

⋅2225π

Vin e V j ⋅⋅=−ϕ216 Vin e V j ⋅⋅=−ϕ217

2222)()(4

242461t j j t j j j e e K e e A in V e V V Vo ⋅−⋅−−⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅=

⋅=ωϕωϕ

ϕ (1) 2)2

(2)

2(22)2()()(4

242572t j j t j j j e e K e e A in V e V V Vo ⋅−−⋅−−−−⋅⋅=⋅⋅⋅==⋅⋅=⋅=ωπ

ϕωπ

ϕπ

ϕ (2)

其中 2

4

2A K ⋅=

从 式 (1) 和 (2) 中提取出基带部分： )cos(1'ϕ⋅=k Vo (3) )sin(2'ϕ⋅=k Vo (4)

从(3)、(4)式中可以看出，鉴相器输出的基带信号为一对正交量，相角ϕ为延时线引入的相移：

T f c L c L

g

g g g

⋅⋅=⋅∆⋅=

⋅∆=

ππλπλϕ22 (5) 式中，g λ为延时线中的信号波长；g c 为延时线中的电波速度；L ∆为延时线长度；T 为延时线引入的延时；f 为输入信号的载波频率。

可见，基带输出信号的相位于载波频率成正比，从而实现了频/相变换。同时必须对相位进行限制，使πϕ2max =∆，这样，由鉴相器构成的测频接收机的不模糊测频范围(unambiguous range)为 T F /1=∆ 。

在ADS 软件中进行瞬时测频接收机的单音仿真

在ADS 软件原理图菜单中，点击 DesignGuide (设计指南)，选择 Radar Applications (雷达应用)， 并选中Single Tone Simulation of IFM ，如图所示：.

设计指南会自动打开单音瞬时测频的仿真原理图及数据结果，如图所示， 图中CORRELATOR_IFM 元件就代表了上面介绍的鉴相器子电路，鉴相器的两路输出使用电路包络仿真选择器选出基带部分，并把两路基带信号合成为复信号进行记录。 在仿真中，输入信号为单载波信号 N_Tones ， 其频率从2GHz 到8GHz 进行扫频， 鉴相器中的传输线电长度为70°,对应频率为2GHz：

输出结果为：

图中，左边显示鉴相器输出的相位随扫描频率的变化曲线，上边的图给出相位输出，下边的图给出相位非翻转输出。 从上边的相位图可以看出，鉴相器输出相位在5GHz 左右发生相位翻转，所以该测频接收机的不模糊测频范围小于5GHz 。 在图右边，给出了由鉴相器相位计算出载波频率的过程。由传输线电长度可以计算出传输线的物理长度： 0291667.010

21033607036070360(deg)9

8

=⋅⋅⋅=⋅=⋅=f c Length electrical ngth physicalLe λ 所以，由传输线引入的时间延时为：

119810722.936070102113607013607010

3029167.0−⋅=⋅⋅=⋅=⋅⋅=⋅==

f c f c c ngth physicalLe TimeDelay

从上述公式 (5) 就可以由鉴相器输出相角和传输线延时计算出频率。

在上述的仿真中功率分配器、延时线和90°电桥均为理想器件，从仿真结果中也可以看到鉴相器输出相位和输入载波之间成理想的线性关系。 但是在实际电路中，功率分配器、延时线和电桥都具有一定的频响特性。利用ADS 软件无源电路设计指南的综合能力，可以进一步综合出由微带线构成的功率分配器和90°电桥，并将延时线由时间的传输线代替，从而仿真出对器件非理想特性对测频接收机测频能力的影响。

选中电路原理图中的 Correlator_IFM 元件，在原理图快捷图标中点击进入子电路。在子电路中，删除两个功率分配器，一个90°电桥及一段传输线元件。

在元件面板下拉框中，选择 Passive Circuit Design Guide – Couplers 元件面板，将MSUB 元件放入原理图中，并使用缺省参数。并调入Wdiv 和BLCplr 元件，分别放在原来调入原来的功率分配器和90°电桥的位置，将这三个元件的F(Frequency)参数设为5GHz。 在元件面板下拉框中，选择 Passive Circuit Design Guide – Lines 元件面板，将MLine 元件放入原理图中原来传输线的位置，将F(Frequency)参数设为2GHz，Lelec (电长度)参数设为0.19444. (70/360)