عنوان پایان‌نامه
طراحی نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ در باند C با نویز فازکم برای کاربرد درسیستم های FMCW
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2920;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74220
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدعلی مکری
- استاد راهنما
- ناصر معصومی
- چکیده
- در گذشته کاربرد سیستم‌های راداری محدود به سیستم‌های نظامی بود؛ اما امروزه سیستم‌های راداری در زمینه‌های مختلف کاربردهای گسترده‌ای یافته‌اند. سیستم های راداری انواع مختلفی دارند. یکی از انواع سیستم-های راداری، رادار برد کوتاه است. از کاربردهای این سیستم ها می توان به سیستم‌های جلوگیری از برخورد در خودروها، سیستم ناوبری کشتی‌ها، ارتفاع سنج‌های راداری، سیستم‌های اندازه‌گیری ارتفاع مایعات در مخازن بزرگ، سیستم‌های امنیتی برای نواحی بدون قابلیت دید، اندازه‌گیری حرکات بسیار کوچک و دوربین کنترل سرعت پلیس راه اشاره کرد. یکی از انواع رادارهای برد کوتاه، رادار FMCW می¬باشد که در سال‌های اخیر بسیار رایج شده است که اساسا به دلیل پیشرفت‌های صورت گرفته در حوزه پردازش دیجیتال سیگنال‌ها و عملکرد مناسب رادار در فواصل کوتاه بوده است. یکی از مسائلی که سبب ایجاد محدودیت بر روی عملکرد رادار FMCW می‌شود نویز فاز است که به علت ارسال و دریافت همزمان نشتی سیگنال اثر خود را نمایان‌تر نشان می‌دهد. نویز فاز برروی بیشترین توان ارسالی رادار نیز محدویت ایجاد می‌کند و موجب می شود تا بیشترین برد قابل اندازه‌گیری و قدرت تشخیص اهداف کوچک، محدود شود. عملکرد مناسب سیستم FMCW نیاز به تولید جاروب فرکانسی به صورت خطی، در باند وسیع و همچنین نویز فاز کم است. بنابراین هدف این پایان‌نامه بررسی نیازمندی ها در بخش منبع سیگنال است. در تحقیق پیش رو یک نوسان ساز کولپیتس از نوع بیس مشترک با استفاده از تکنولوژی SiGe HBT توسط ترانزیستورهای مجزا در فرکانس 4.15GHz و پهنای باند حدود 300MHz که دارای خطی نگی جاروب فرکانسی است طراحی شد. نویزفاز اندازه گیری شده در آفست فرکانسی 700KHz، -119dBc/Hz و از نقطه نظر خطی-نگی نیز بیشترین مقدار انحراف آن از خط جاروب فرکانسی حدود 9MHz که معادل 0.25% است. نوسان-ساز طراحی شده بر روی برد مدارچاپی RO4003 در فضایی به ابعاد cm2 1x1 طراحی و مونتاژ شد. از دیگر مشخصات این نوسان ساز می توان به ولتاژ تغذیه، توان مصرفی و توان خروجی اشاره کرد که به ترتیب 3.3ولت، 35میلی وات و 3dBmتا 5dBm است. پس از اندازه گیری و استخراج مشخصات مداری مشخص گردید که مدار طراحی شده تمام پارامترهای سیستم FMCW مورد نظر را که بر اساس محاسبات مربوط به طراحی سیستمی FMCW در نظر گرفته شده، برآورده می کند. واژه‌های کلیدی: نویزفاز، نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ، FMCW ، فرکانس رادیویی، طراحی سیستمی، جاروب فرکانسی خطی.
- Abstract
- In the past, radar systems applications were limited to military area. Nowadays, radar systems have found widespread applications in various fields. Short range radar is one of several types of these systems. Collision avoidance in vehicles, naval navigational systems, radio altimeters, level measurment in large tanks, security systems for invisble areas, measring small movment of particles, and speed control camera of police are some examples of their applications. FMCW radar system is one type of short range radars that their application have become common, recently. One of challenges in this system which causes limitation and degredation in the performance of ¬overall FMCW system, is the phase noise of signal source. The problem with phase noise arises when there is simultaneous transmit and receive operations. Phase noise also limits the maximum transmiting power. As transmitting power decreases, maximum detectable range decreases. Proper operation of a FMCW system requires linear and relatively wide band frequency sweep and low phase noise signal source. The main goal of this thesis is design and implementation a of C band low phase noise voltage controlled oscillator for FMCW applications. In this thesis a common base voltage controlled oscillator with discrete SiGe HBT transistors is designed. Its center frequency and bandwith are supposed to be 4.15GHz and 300MHz, respectively. The measured phase noise at 700kHz offset is -119dBc/Hz and its linearity regarding to a linear sweep line is 9MHz. The oscillator designed and implemented on a 20mil RO4003 PCB where occupied 1x1 cm2 area. The power supply voltage, power consumption, and output power are 3.3V, 35mW, and approximately 5dBm, respectively. After rigorous measurements, and optimization this oscillator satisfied the whole requirements for the FMCW system. Keywords: Phase noise, FMCW, voltage controlled oscillator, VCO, linear frequency sweep.
