本帖最后由 kanta 于 2021-12-29 18:32 编辑
说说我的经历吧,有感而发,不吐不快,在此总结工程项目的坑,总结FMCW的学习过程。
我把此次经历和大伙分享到论坛,方便后来者参考。(本人的经历相当丰富,高峰低谷都经历过,这个只是一个小小插曲)。
今年接到一个FMCW探冰雷达的项目,北方某理工大学的某极探冰雷达的探冰雷达前端,据说是一个博士项目组的论文(这个项目组没有射频的经验)。后来合同取消,项目终止。本人也有较大的损失(时间+金钱)。
先来说下过程,某大学的博士在网上找到我,说他们有个项目,某极的探冰雷达(本人未接触雷达,但是本人有多年的射频工程经验,对MCU系统和射频部分比较擅长。)据博士的说法,这个探冰项目很简单,参考美国堪萨斯大学的论文,对照论文照做就好,雷达挺容易的,买什么元件他们都支持,报销。先做出实物,能不能用,暂时不管。然后根据需求改进。本人听了后,觉得有点棘手,后来看了探冰雷达的相关论文(国内的和国外),发现原理比较简单,觉得能做(本人也有点私心,也想挑战下自己)。于是签合同,准备开工。约定预付定金50%。拟好合同,把合同寄给博士,由于我司的增值税票有点小问题,未能及时开出票,寄合同的时候未能将票一并寄出。和博士商议此事,未来将票开出后再付定金。(这为项目的失败埋了伏笔)。合同寄出后,我们开始研读各个大学的FMCW雷达论文。首先研究的是堪萨斯的论文,从雷达的原理开始,基本原理如下,发射一个锯齿波,然后接收到返回的锯齿波,两者波形进行比较,测出发射和接收波形的时间差,根据时间差即可测算出冰层的厚度(对此可能描述不准确,但基本理论是这样,我们不做算法,算法是博士做的)。
堪萨斯的实物框图也不难,搞不懂可以查查符号,就能明白。
然后我们按照此框图开始设计原理图。按照框图,首先得设计一个锁相环电路,于是参考国内论文(论文是博士支持的),查到某大学的类似论文,用到的锁相环电路是ADI的HMC-C030,这个锁相环的VCO价格4W多,定金还买不到歌个VCO,后与博士商议,博士觉得这个贵,老板不同意,而且认为电路简单了。要求我们把电路做复杂点,这个与项目之初的描述又有差异(项目开始是让简单做,如果项目太复杂我们也不会做)。然后打算自制锁相环电路。顺便说下,感觉国内的这几个论文水准也一般。(虽然我不是985、211出身,但这几篇论文在我现在看来,确实一般(仅限论文水平)。)然后我们开始找合适的VCO,VCO的波段为2-4G,在网上找了好久,没找到合适的,要么买不到。
几天后,突然有灵感,认为mouser或者digi上可能有卖,赶紧去这两个网站查询,果然找到了合适的VCO,CRYSTEK公司的VCO,1-2GHz,用无源倍频器直接倍频,就可以产生2-4GHz的频率。直接在网上购买了VCO,发现购买还需要提交各种资料,还需要经过老美的政府审查了才能出口,顺道说下,国内的厂家该加油了。买了5个,花了1500rmb,自费。
如下图所示:
然后用4159,检测VCO输出频率的线性度,4159输出一个类锯齿波,经过放大是放大电压,放大产生变化的电压来调节VCO产生频率的线性度。
我们认为这个是探冰雷达的三个核心之一,另外两个核心会在下文中讲到。根据老外的论文,线性度越好,产生的波形就越完美,用滤波算法就容易得到比较准确的冰层厚度(或者说地形信息),也可以说雷达的分比率比较高。
中途听博士说,南方某大学博士项目组也做了类似的雷达,拿到某极去使用,探测的数据拿回校内做分析,结果完全用不了。
写了好久,接着上面的故事。
接着研读老外的论文,设计PA,PA也是此雷达的重点之一,PA也需要很好的线性度和隔离度,线性度用自动增益控制系统还能解决,但是隔离度就不好决定,查询市面上普通的低噪LNA,隔离度较高的是20个db左右,而老外用的PA是ARS2036,查询了下ARS2036的datasheet,发现这个PA的隔离度是45db,但是这个PA的频率较低,不能用,但是,用搜索引擎查了下这个PA的用途,发现是用在大黄蜂上的,当时就有点心凉凉的感觉,这种产品不是我们这种公司能碰的。又去生产这个PA的公司找了一个合适的符合2-4GHz频率的PA,隔离度55db,问下价格,4000多美刀一个,到国内价格4W多,一看,用不起。只得去常用的几家生产PA,LNA的厂家去找PA。比较了很久,ADI的HMC609觉得勉强够用,但是如果用在高精度探冰雷达,参考老外的大学论文使用的型号,我们认为这个型号肯定是不行的,没办法,硬着头皮也要上。先用了再说。
然后用了2级放大,将PA的输出控制在20dbm左右。
主要思路就是利用功分器,把PA放大的信号用功分器分离,然后用一款IC检测功分器输出的功率,根据输出的功率,调节PA的电压,进而调整PA的输出功率,形成一个自动增益系统,自动增益系统控制PA输出功率的线性度,设想是将PA在2-4G的输出功率控制在20dbm(+/- 1dbm)。
用来检测输出功率的IC。
最终将PA输出到天线的功率用功分器分离,一部分直接到LNA部分,一部分直接到天线。
我们直接将功分器的比例设置为1:1(主要原因是觉得输出功率不大,没什么影响,如果有朋友知道这个比例设置为多大合适,麻烦告知一声,在此谢过,我们看老外设置的好像是6:1)。
讲到接收部分,接收部分老外也是使用的ARS2036,我们思考了很久,结合老外的论文,参考他们的波形,得出来的结论是LNA的隔离度也非常重要。
自此得出来的结论是:VCO的线性度,PA的线性度,PA和LNA的隔离度,这三个核心是决定探冰雷达项目的成败。南方某大学的雷达失败我怀疑就是隔离度不够。
买不到合适的低噪放大器,我们原理图设计也只能选用HMC609,我们购买了4个HMC609,600多RMB一个。
PA和LNA都选用HMC609的原因是这个IC是低噪放大。由于PA输出功率不搞,也可以选用低噪作为PA。
接收部分和发射部分通过混频器,滤波器,输出一个锯齿波混合波形,通过ADC采样,利用算法,把波形提取出来。
最终计算出冰层的厚度。
看到别人做的探冰雷达,电源采用的是村田的低噪隔离电源。
我们直接选用了TI的低噪电源,
测试电源是没有问题。
等我们将图全部搞完,然后电路图,PCB图,仿真图发给博士,准备测试第二版的时候,(改过版,第一版根本就不能运行),博士说几天内老板和一个教授要对这个进行审核,审核了几天,博士没反应,心想可能会有问题,又过了几天打电话给博士,博士不接。用q给博士发了信息,博士说项目取消,延毕。心里一惊,这是博士毕业论文的项目吗?他以前说的是硕士的论文用的。如果是硕士论文用,我觉得绰绰有余,如果是博士论文用的,不知深浅,博士论文我肯定不会碰。
至此,项目取消,一分钱都没拿到,白白耗费了时间精力和金钱。
希望博士能换个课题或者重先搞个雷达顺利毕业。
总结下这次项目的失败经历:
1、对于不是熟悉的东西不要碰,和找妹子一样,家庭环境复杂的妹子不要碰。
2、一定要收到定金后再开始项目,不管什么原因。
学到的东西:
1、深入学习了FMCW雷达的设计和制作(尽管没做完)。
2、接项目要慎重。
今天就写到这里,有点像记流水帐,哪天有空我在修改补充。
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