Impact of PLL nonidealities on FMCW radar systems

The advancement of automotive technology demands for the development of a radar system capable of high-resolution range and large-dynamics velocity measurements. These requirements are typically addressed through the usage of the frequency-modulated continuous wave (FMCW) radar with fast ramps. Recently, phase-locked loops (PLLs) have been employed to implement FMCW radar systems. This thesis provides a comprehensive analysis of the operating principles and signal processing techniques based on the discrete Fourier transform for FMCW radars, aimed at detecting the range and velocity of a target. Based on the proposed FMCW model, the impacts of PLL nonidealities — including phase noise, nonlinearity, and spurs — on the performance of the FMCW radar system are discussed. Furthermore, to strengthen the analytical derivations, this thesis includes simulations employing a modulated signal measured from a real PLL prototype.

L'avanzamento della tecnologia automobilistica richiede lo sviluppo di un sistema radar in grado di effettuare misurazioni ad alta risoluzione di distanza e a larga dinamica di velocità. Tipicamente, questi requisiti vengono soddisfatti tramite l'implementazione del frequency-modulated continuous wave (FMCW) radar a rampe rapide. Recentemente, per realizzare sistemi radar FMCW, sono stati impiegati anelli ad aggancio di fase (PLLs). Questa tesi fornisce un'analisi completa dei principi di funzionamento e delle tecniche di elaborazione del segnale basate sulla trasformata di Fourier discreta per i radar FMCW, volti a rilevare la distanza e la velocità di un oggetto. Sulla base del modello FMCW proposto, viene discusso l’impatto delle non-idealità del PLL, tra cui il rumore di fase, le non-linearità e le spurie, sulle prestazioni del sistema radar FMCW. Inoltre, per convalidare le derivazioni analitiche, questa tesi include simulazioni che impiegano un segnale modulato misurato da un prototipo di PLL reale.