李论
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摘要：随着社会发展和经济水平提升,人们生产、生活当中对于现代化科技的应用越来越广泛，现代工业生产当中，雷达测距技术的应用极为重要，尤其在现代市场需求不断增长下，随着经济的进步，社会各领域对于雷达测距的精度需求也越来越高，这为雷达测距技术的研发与改进提出了更高的挑战。本篇文章主要针对工业测距当中雷达射频电路的相关设计作出简要的分析。旨在能够在现代工业当中对雷达测距技术精度要求不断提升情况下满足其实际需求。
关键词：工业测距雷达；射频电路；设计
一直以来，在工业控制领域对于测距雷达的应用越来越广泛，这也为测距雷达的发展带来了更为广阔的空间。工业测距雷达的优势在于，在微波的运行过程当中，不会受到环境因素例如温度与压力等因素的影响，特别是相对恶劣的运行环境或气候条件下，对非接触式连续测量液体、固体介质的测距应用，且有着较高的精度，整体运行安全性与稳定性较高。
一、关于测距雷达
（一）测距雷达类型
目前，较为常用的测距雷达主要包括超声波雷达传感器、连续波雷达、单脉冲雷达和激光雷达等等，每一项测距雷达都有着其技术优势和特点。
超声波雷达传感器具有着成本较低、体积较小的优势，但其不足在于作用距离较短，而且超声波在空气中传播过程中会受到环境因素当中的温度变化而导致测距产生误差。
连续波雷达主要是选用连续波来作为发射信号，通过回波信号和发射信号频率或相位差异的分析进行目标距离和相对速度的确定，连续波雷达的优点在于。没有距离盲区，而且平均功率较小，另外其原理较为简单，发射信号所用载波波长较短，这就意味着雷达设备体积小、质量轻。而且连续波雷达能够实现发射信号频率调制，具有较高的分辨率信号、频带较宽，有助于雷达成像和准成像。
单脉冲雷达则是以矩形窄脉冲信号作为发射信号，其发射机发射窄脉冲信号之后，接收依据一定时间段的间隔对目标回波进行采样分析，通过目标回波和雷达发射波之间延时长度，进行前方目标相对距离大小的测定，其优点在于成本较低且具备高分辨率，对环境有着较好的适应性，要高于光学技术，但缺点是由于其接收机频带较宽，所以容易会受到电磁波的干扰。
激光雷达测距，主要是以脉冲式激光雷达和连续波激光雷达两种组成，其优势在于测量距离较远，而且速度较快，但其不足之处在于成本过高，而且容易受到外界环境因素的影响。导致其精度较差，而且激光雷达发射功率不可超过标准值。
（二）测距雷达系统射频电路构成
以脉冲式测距雷达的射频电路系统为例，射频系统主要包括混频器模块、双工器、中频放大器模块和射频脉冲产生模块共同组成。其中双工器能够通过环形器或定向耦合器来予以实现替代。
二、工业测距雷达射频电路设计
工业测距雷达射频电路的系统的设计，首先需要确定雷达射频系统技术指标，由于工业雷达射频系统所具有的功能是窄脉冲微波信号的处理，所以在设计情况，通常其射频脉冲信号脉宽设计为4ns，载波频率设计为c波段，系统带宽以500MHz为准。T发射功率确定为10mW，由此也可以看出工业测距雷达射频电路具备小信号和宽带以及高频的特点。
依据当前工业测距雷达射频电路系统设计实际要求，需要进测距雷达测距范围的确定，一般来讲，工业测距雷达其设定的测距范围1~40m左右，即可满足其实际测距要求[1]。
通过无线电波在自由空间当中衰减公式，可以计算出其回波损耗，衰减公式为：
Ls=（4πd/λ）2，
公式计算结果为回波损耗，即：-54~86dB，以此为依据能够确定整体动态范围：32dB，收发天线则设计为喇叭口天线，增益最高可以达到15dB，而双工器的发射和接收通路损耗为3dB，整体发射功率在于10mW，所以工业测距射频电路设计当中及发射功率设定为10状态下，通常来讲，放大器信号强度约保持在-26到-58。
工业测距雷达射频电路系统低噪声放模块的设计主要是由预选滤波和低噪声放大器、带通能滤波器构成，带通滤波器设计采用微带滤波电路，依照当前工业测距实际要求所做出的分析来看，放大器模块的增益设定为25~30dB较为适宜，噪声系统主要设计为NF＜3dB，OIP3＞12.
对于双工器部分的设计，工业测距雷达射频电路系统设计主要考虑采取3db定向耦合器来使其具备双工器功能，并采用微带电路来作为定向耦合器在实际的应用，有着体积较小且容易实现，而且更加便于集成的优势，进行收发通路的插入，丝毫均为3dB，能够很好的达到工业测距雷达射频电路系统设计的标准。
射频脉冲产生模块这一部分的设计要充分考虑借助4ns窄脉冲控制射频开关，其所产生的模块包括对脉冲电路控制器、C波段震荡器、射频开关和放大电路。从射频电路系统运行状态可得出，要达到两路时间相关射频脉冲，需要将其中一路进行发射信号，而另一路则设定为混频器本地输入模块。
从控制脉冲仅具备数个ns这一角度出发进行分析，需要针对射频开关的开关速度进行仔细的考量，而且要做到高标准，严要求。一般来讲，会采用GaAsFETs的射频电路系统控制开关，但随着技术的进步和工业测距雷达技术的研发改进，未来必然会诞生性能更加的电路系统控制开关。
混频和中频放大模块的设计主要考虑的是，要想实现射频脉冲到混频，其混频器的射频系统端和LO端运行处于c波段，这一阶段可达到500MHz带宽，以其造成放大器模块输出为引，其混频器IIP3段会显现出超12状态，而中频放大模块则需设计为混频后窄脉冲信号经过放大处理，混频后窄脉冲信号相对比较微弱，因此，就必须要采用低噪声系数放大器确保中频放大模块第一集功能实现，中频放大器模块总增益则需要保证可以处于30~40dB范围之内[2]。
工业测距雷达射频电路系统的设计当中，由于雷达系统降低噪声电平的方法有两种，一种是抑制外部干扰，另一种是减少低接收机噪声电平。所以，雷达接收机通用预选滤波和低噪声放大器，低噪声放大器的主要功能将微弱雷达回波信号放，以便于雷达系统能够解调出目标距离的信息。而低噪声放大器主要是位于雷达接收器的第一级噪声性能会直接对接收机噪声性能造成影响。所以在整体的设计当中，低噪声放大器的合理选择和适当设计极为重要。需要通过从噪声系，输入输出驻波比增益和增益平坦度，动态范围等技术指标来进行低噪声放大器的合理选型和整体设计。从其实际要求来看，需要从降低系统体积设计难度角度考虑，选用集成低噪声放大器芯片作为接收机的低噪声放大器[3]。
结束语：
本篇文章主要在工业测距雷达。射频电路系统相关原理和结构基础上，以当前工业生产中对于测距雷达应用要求和相关标准要求为依据，主要参照射频系统电路设计相关指标，提出了相关方案部分设计的阐述。
参考文献：
[1]王喆,陈双圆.射频电路和微波电路设计重点问题的探讨[J].信息周刊,2020,000(012):P.1-1.
[2]王辉.基于射频电路抗干扰设计方法研究[J].数字化用户,2019,025(017):285.
[3]徐宇顺.射频控制电路的设计要点及应用研究[J].计算机产品与流通,2020,000(05):98-98.