未來ADAS的汽車?yán)走_(dá)要求之一是能夠以高分辨率，距離，速度和角度檢測(cè)小物體，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，寬帶FMCW調(diào)制是必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。在WRC-15（2015年世界無線電通信大會(huì)）中，已同意使用連續(xù)4 GHz帶寬（77 GHz至81 GHz）。未來隨著ADAS的普及，對(duì)使用79GHz頻段的高分辨率毫米波雷達(dá)的需求將不斷增長。

另一方面，當(dāng)以毫米波測(cè)試最大4 GHz的寬帶調(diào)制信號(hào)時(shí)，諸如常規(guī)諧波混頻器之類的測(cè)試設(shè)備可能不方便。在本文中，首先介紹了高分辨率毫米波雷達(dá)的概述，并介紹了使用信號(hào)分析儀MS2830A/MS2840A和高性能波導(dǎo)混頻器MA2808A解決方案進(jìn)行無線特性測(cè)試的挑戰(zhàn)。

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高分辨率毫米波雷達(dá)概述

如今，汽車?yán)走_(dá)已用于自適應(yīng)巡航控制（ACC）和防撞（CA），以檢測(cè)大型物體（例如前方車輛）的距離和速度。對(duì)于未來的高級(jí)ADAS，對(duì)于盲點(diǎn)檢測(cè)（BSD），變道輔助（LCA）和后方交通穿越警報(bào)（RTCA），在近距離檢測(cè)小物體的能力至關(guān)重要。

FMCW調(diào)制被廣泛用于汽車?yán)走_(dá)，它發(fā)送信號(hào)以恒定幅度從上限頻率掃描到下限頻率，并使用通過混合發(fā)射信號(hào)和接收反射信號(hào)而產(chǎn)生的拍頻來檢測(cè)速度和距離。與脈沖調(diào)制相比，可以簡化射頻電路，從而可以減少體積和成本。

FMCW雷達(dá)框圖

參考：硅鍺技術(shù)中用于77GHz汽車?yán)走_(dá)的毫米波接收器概念，基辛格，美國.

為了高分辨率檢測(cè)小物體的速度和距離，必須在較寬的帶寬上掃描頻率。今天，短距離應(yīng)用主要使用24 GHz頻段。但是，在某些情況下，由于國家無線電法規(guī)的限制（頻率帶寬，最大發(fā)射功率等），它不具備足夠的性能。此外，由于存在對(duì)在24 GHz下運(yùn)行的其他通信系統(tǒng)的干擾問題，歐盟為此設(shè)置了失效截止日期. 雷達(dá)還使用77GHz頻段來長距離檢測(cè)物體，但是該頻段被限制在1 GHz以下，這不足以實(shí)現(xiàn)高分辨率。因此，可用的4 GHz帶寬，79 GHz頻帶（77 GHz至81 GHz）將成為短距離雷達(dá)的主流。下表顯示了79 GHz高分辨率雷達(dá)所需的性能。

77 GHz和79 GHz頻段的典型汽車?yán)走_(dá)特性

參考：ITU-R M.2057-0（02/2014）建議書在智能交通系統(tǒng)應(yīng)用中工作于76-81 GHz頻帶的汽車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)特性

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高分辨率毫米波雷達(dá)的無線電特性測(cè)試

在歐洲和日本，以下規(guī)范中定義了針對(duì)79 GHz雷達(dá)的無線電特性測(cè)試。下表顯示了ETSI EN 302264-1中定義的測(cè)試用例的摘要。每個(gè)測(cè)試案例都可以使用頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量。

?ETSI EN 302 264 : 在77 GHz至81 GHz頻帶中運(yùn)行的短程雷達(dá)設(shè)備

?ARIB STD-T111 : 79GHz頻段高分辨率雷達(dá)ARIB標(biāo)準(zhǔn)

?TELEC-T319 : 毫米波雷達(dá)（79 GHz頻段）專用低功率無線電設(shè)備的特性測(cè)試方法

此外，驗(yàn)證相位噪聲性能對(duì)于高分辨率雷達(dá)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)也很重要。

?驗(yàn)證相位噪聲性能

但是，79 GHz雷達(dá)使用最大4 GHz帶寬，您將面臨傳統(tǒng)測(cè)試方法中從未遇到的挑戰(zhàn)。接下來的頁面介紹了這些測(cè)試用例中的挑戰(zhàn)以及MS2830A/ MS2840A信號(hào)分析儀和MA2808A高性能波導(dǎo)混頻器提供的解決方案。

ETSI EN 302 264-1測(cè)試案例摘要

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無線特性測(cè)試中的挑戰(zhàn)和解決方案

(1) 無鏡像響應(yīng)影響的Tx頻率和功率測(cè)量

通過頻譜分析儀測(cè)量毫米波信號(hào)時(shí)，通常使用諧波混頻器。在諧波混頻器內(nèi)部，通過與頻譜分析儀饋入的本地信號(hào)產(chǎn)生的諧波混合，將測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)換為IF信號(hào)，然后將IF信號(hào)再次饋送到頻譜分析儀。諧波混頻器通過簡單的配置即可使測(cè)試系統(tǒng)降低成本，但需要注意頻譜分析儀上顯示的“鏡像響應(yīng)”。

諧波混頻器

對(duì)測(cè)量結(jié)果影響最大的鏡像響應(yīng)顯示為中頻頻率的兩倍。如果通過1.58 GHz IF頻率設(shè)計(jì)的頻譜分析儀和諧波混頻器測(cè)量FMCW雷達(dá)4 GHz帶寬的信號(hào)，則由于鏡像響應(yīng)與實(shí)際雷達(dá)信號(hào)重疊，因此無法測(cè)量頻率誤差/占用帶寬和發(fā)射功率。在其他情況下，可以通過鏡像抑制方法解決。但是，在FMCW調(diào)制中實(shí)時(shí)更改頻率的情況下是無效的。

FMCW 4GHz帶寬的測(cè)量

帶鏡像抑制的FMCW測(cè)量

另一種可能的方法是配置連接到頻譜分析儀的下變頻器電路。在這種情況下，您可以根據(jù)測(cè)試信號(hào)的頻率和帶寬來設(shè)計(jì)理想的中頻頻率。另一方面，您必須準(zhǔn)備合適的組件，例如混頻器/本振信號(hào)源/乘法器/濾波器/增益放大器，并且需要配置和維護(hù)測(cè)試系統(tǒng)。

下變頻器

下圖顯示了信號(hào)分析儀MS2830A /MS2840A和高性能波導(dǎo)混頻器MA2808A對(duì)FMCW4 GHz帶寬的測(cè)量示例，顯示雷達(dá)的頻譜而不受鏡像響應(yīng)的影響。MS2830A / MS2840A設(shè)計(jì)為具有1.875 GHz的非常高的IF頻率，適用于寬帶調(diào)制信號(hào)的頻譜測(cè)量。此外，MA2808A內(nèi)部混頻器/濾波技術(shù)和獨(dú)特的“ PS功能”使得能夠測(cè)量4 GHz帶寬的FMCW信號(hào)的頻率和功率，從而避免鏡像響應(yīng)的影響。

具有PS功能的FMCW 4 GHz BW的測(cè)量

MS2830A/MS2840A和MA2808A只能通過一根同軸電纜連接。通過一鍵操作將MA2808A的轉(zhuǎn)換損耗從USB存儲(chǔ)器加載到MS2830A / MS2840A。這種緊湊的測(cè)試系統(tǒng)可以簡化設(shè)計(jì)和制造現(xiàn)場(chǎng)的布局，還可以減少測(cè)量儀器的維護(hù)和校準(zhǔn)成本。

(2)發(fā)射功率和具有足夠靈敏度的雜散發(fā)射測(cè)量

在許多實(shí)際的汽車?yán)走_(dá)測(cè)試環(huán)境中，您將需要對(duì)空口（OTA）測(cè)試具有良好靈敏度的測(cè)試設(shè)備。如果測(cè)試天線距離DUT 50厘米，則79 GHz信號(hào)的自由空間損耗為65 dB。由于ETSI EN 302264-1中定義的最大輻射平均功率譜密度（eirp）要求測(cè)量<-40 dBm / MHz，因此在23 GHz的測(cè)試天線增益下，測(cè)試設(shè)備的要求在79 GHz時(shí)約為-142 dBm / Hz。

Reference: ETSI EN 302 264-1 V1.1.1 (2009-06)

通常，諧波混頻器的轉(zhuǎn)換損耗通常約為35至40 dB。由于結(jié)合頻譜分析儀的顯示平均噪聲電平（DANL）為-135 dBm / Hz至-140 dBm / Hz，因此可能難以滿足上述要求。下圖顯示了MS2840A和MA2808A的組合所帶來的DANL性能。MS2840A出色的本底噪聲性能和MA2808A的基波混頻電路，可實(shí)現(xiàn)發(fā)射功率和雜散發(fā)射所需的靈敏度。此外，頻譜分析儀的更高靈敏度將有助于在車輛上安裝雷達(dá)時(shí)測(cè)試信號(hào)的方向性。

MA2808A的典型損耗

MS2840A的底噪

FMCW4 GHz BW的總功率測(cè)量

(3) 短程雷達(dá)的相位噪聲性能

當(dāng)雷達(dá)檢測(cè)到相鄰物體時(shí)，發(fā)射和接收信號(hào)之間的時(shí)間和頻率差異會(huì)變小。如果相位噪聲性能不足，則無法分離兩個(gè)信號(hào)，因?yàn)榻邮招盘?hào)可能隱藏在發(fā)送信號(hào)的相位噪聲中，如下圖所示。

79 GHz高分辨率雷達(dá)將具有-90 dBc / Hz（100 kHz偏移）和-100 dBc / Hz（1 MHz偏移）的相位噪聲性能。測(cè)試設(shè)備應(yīng)具有更好的性能。市場(chǎng)上有專用的測(cè)試儀，但毫米波測(cè)試卻不多，因此，頻譜分析儀是選擇之一。下圖顯示了通過MS2840A和MA2808A測(cè)量相位噪聲的示例。MS2840A出色的近端相噪性能在79 GHz時(shí)達(dá)到了<-100 dBc（100 kHz偏移），<-110 dBc /Hz（1MHz偏移）。