1、概述

近年來，在汽車工業中，作為防止交通事故的防撞系統，高級駕駛輔助系統（ADAS）的開發已成為熱門。ADAS使用多種傳感器，尤其是汽車雷達是從短距離到遠距離檢測物體的關鍵設備之一。

未來ADAS的汽車雷達要求之一是能夠以高分辨率，距離，速度和角度檢測小物體，為了實現這一點，寬帶FMCW調制是必不可少的關鍵技術。在WRC-15（2015年世界無線電通信大會）中，已同意使用連續4 GHz帶寬（77 GHz至81 GHz）。未來隨著ADAS的普及，對使用79GHz頻段的高分辨率毫米波雷達的需求將不斷增長。

另一方面，當以毫米波測試最大4 GHz的寬帶調制信號時，諸如常規諧波混頻器之類的測試設備可能不方便。在本文中，首先介紹了高分辨率毫米波雷達的概述，并介紹了使用信號分析儀MS2830A/MS2840A和高性能波導混頻器MA2808A解決方案進行無線特性測試的挑戰。

2、高分辨率毫米波雷達概述

如今，汽車雷達已用于自適應巡航控制（ACC）和防撞（CA），以檢測大型物體（例如前方車輛）的距離和速度。對于未來的高級ADAS，對于盲點檢測（BSD），變道輔助（LCA）和后方交通穿越警報（RTCA），在近距離檢測小物體的能力至關重要。

FMCW調制被廣泛用于汽車雷達，它發送信號以恒定幅度從上限頻率掃描到下限頻率，并使用通過混合發射信號和接收反射信號而產生的拍頻來檢測速度和距離。與脈沖調制相比，可以簡化射頻電路，從而可以減少體積和成本。

FMCW雷達框圖

參考：硅鍺技術中用于77GHz汽車雷達的毫米波接收器概念，基辛格，美國.

為了高分辨率檢測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的限制（頻率帶寬，最大發射功率等），它不具備足夠的性能。此外，由于存在對在24 GHz下運行的其他通信系統的干擾問題，歐盟為此設置了失效截止日期.  雷達還使用77GHz頻段來長距離檢測物體，但是該頻段被限制在1 GHz以下，這不足以實現高分辨率。因此，可用的4 GHz帶寬，79 GHz頻帶（77 GHz至81 GHz）將成為短距離雷達的主流。下表顯示了79 GHz高分辨率雷達所需的性能。

77 GHz和79 GHz頻段的典型汽車雷達特性

參考：ITU-R M.2057-0（02/2014）建議書在智能交通系統應用中工作于76-81 GHz頻帶的汽車雷達的系統特性

3、高分辨率毫米波雷達的無線電特性測試

在歐洲和日本，以下規范中定義了針對79 GHz雷達的無線電特性測試。下表顯示了ETSI EN 302264-1中定義的測試用例的摘要。每個測試案例都可以使用頻譜分析儀進行測量。

?ETSI EN 302 264 : 在77 GHz至81 GHz頻帶中運行的短程雷達設備

?ARIB  STD-T111  :  79GHz頻段高分辨率雷達ARIB標準

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

此外，驗證相位噪聲性能對于高分辨率雷達的設計和生產也很重要。

?驗證相位噪聲性能

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

ETSI EN 302 264-1測試案例摘要

4、無線特性測試中的挑戰和解決方案

(1) 無鏡像響應影響的Tx頻率和功率測量

通過頻譜分析儀測量毫米波信號時，通常使用諧波混頻器。在諧波混頻器內部，通過與頻譜分析儀饋入的本地信號產生的諧波混合，將測試信號轉換為IF信號，然后將IF信號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試系統降低成本，但需要注意頻譜分析儀上顯示的“鏡像響應”。

諧波混頻器

對測量結果影響最大的鏡像響應顯示為中頻頻率的兩倍。如果通過1.58 GHz IF頻率設計的頻譜分析儀和諧波混頻器測量FMCW雷達4 GHz帶寬的信號，則由于鏡像響應與實際雷達信號重疊，因此無法測量頻率誤差/占用帶寬和發射功率。在其他情況下，可以通過鏡像抑制方法解決。但是，在FMCW調制中實時更改頻率的情況下是無效的。

FMCW 4GHz帶寬的測量

帶鏡像抑制的FMCW測量

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，您可以根據測試信號的頻率和帶寬來設計理想的中頻頻率。另一方面，您必須準備合適的組件，例如混頻器/本振信號源/乘法器/濾波器/增益放大器，并且需要配置和維護測試系統。

下變頻器

下圖顯示了信號分析儀MS2830A /MS2840A和高性能波導混頻器MA2808A對FMCW4 GHz帶寬的測量示例，顯示雷達的頻譜而不受鏡像響應的影響。MS2830A / MS2840A設計為具有1.875 GHz的非常高的IF頻率，適用于寬帶調制信號的頻譜測量。此外，MA2808A內部混頻器/濾波技術和獨特的“ PS功能”使得能夠測量4 GHz帶寬的FMCW信號的頻率和功率，從而避免鏡像響應的影響。

具有PS功能的FMCW 4 GHz BW的測量

MS2830A/MS2840A和MA2808A只能通過一根同軸電纜連接。通過一鍵操作將MA2808A的轉換損耗從USB存儲器加載到MS2830A / MS2840A。這種緊湊的測試系統可以簡化設計和制造現場的布局，還可以減少測量儀器的維護和校準成本。

(2)發射功率和具有足夠靈敏度的雜散發射測量

在許多實際的汽車雷達測試環境中，您將需要對空口（OTA）測試具有良好靈敏度的測試設備。如果測試天線距離DUT 50厘米，則79 GHz信號的自由空間損耗為65 dB。由于ETSI EN 302264-1中定義的最大輻射平均功率譜密度（eirp）要求測量<-40 dBm / MHz，因此在23 GHz的測試天線增益下，測試設備的要求在79 GHz時約為-142 dBm / Hz。

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

通常，諧波混頻器的轉換損耗通常約為35至40 dB。由于結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，可實現發射功率和雜散發射所需的靈敏度。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時測試信號的方向性。

MA2808A的典型損耗

MS2840A的底噪

FMCW4 GHz BW的總功率測量

(3) 短程雷達的相位噪聲性能

當雷達檢測到相鄰物體時，發射和接收信號之間的時間和頻率差異會變小。如果相位噪聲性能不足，則無法分離兩個信號，因為接收信號可能隱藏在發送信號的相位噪聲中，如下圖所示。

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

79GHz的相位噪聲測量

5、總結

-隨著ADAS的普及，對可探測小物體的79GHz高分辨率雷達的需求將不斷增長

-由于79 GHz高分辨率雷達使用最大4GHz帶寬，因此您將需要頻譜分析儀來解決無線電特性測試中的問題

避免鏡像響應

對OTA測試具有足夠的靈敏度

-MS2830A / MS2840A信號分析儀和MA2808A高性能波導混頻器的組合是適用于79GHz高分辨率雷達測試的最佳解決方案

高IF中頻和PS（極性反轉）功能，可測量寬帶信號

出色的靈敏度性能

簡單緊湊的毫米波測試系統