www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Frequentie gemoduleerde continue golfradar met onderbrekingen

Pindiodeschakelaar

Figuur 1: De FMiCW-radar gebruikt een extra pindiodeschakelaar om de vermogensemissie uit te schakelen

sägezahn VCO BF −3dB PowerAmp TxAnt RxAnt LNA Mix TP PIN switch control out
VCO
Pindiodeschakelaar

Figuur 1: De FMiCW-radar gebruikt een extra pindiodeschakelaar om de vermogensemissie uit te schakelen (interactief beeld)

Frequentie gemoduleerde continue golfradar met onderbrekingen

Pindiodeschakelaar

Figuur 1: De FMiCW-radar gebruikt een extra pindiodeschakelaar om de vermogensemissie uit te schakelen

Frequentie gemoduleerde continue golfradar met onderbrekingen (Frequency Modulated interrupted Continuous Wave, FMiCW – Radar of iFMCW- Radar) neemt een speciale plaats in onder de verschillende radartechnologieën. Het werkingsprincipe is dat tijdens het meetproces de signaalstraling gedurende enige tijd wordt uitgeschakeld. Formeel is zo'n radar dus een pulsradar. Terwijl de zendantenne is uitgeschakeld, stopt de oscillatiegeneratie in de zender niet en ontvangt de ontvanger de referentie-oscillatie die nodig is om de frequentie van het ontvangen signaal om te zetten. Het meetproces voor de bepaling van het bereik bestaat uit het meten van het verschil tussen de huidige frequentie van het uitgezonden signaal en de frequentie van het echosignaal, zoals bij FMCW-radar. Het is dus geen tijdvertragingsmeting van het echosignaal zoals bij een intrapulsgemoduleerde pulsradar.

Pulsamplitude modulatie van het uitgezonden signaal
gegenereerde zaagtandfrequentie
stuurspanning voor de pindiodeschakelaar
uitgezonden frequenties
echosignaal (vertraagd)

Figuur 2: Oscillogrammen voor het blokschema

gegenereerde zaagtandfrequentie
stuurspanning voor de pindiodeschakelaar
uitgezonden frequenties
echosignaal (vertraagd)

Figuur 2: Oscillogrammen voor het blokschema

gegenereerde zaagtandfrequentie
stuurspanning voor de pindiodeschakelaar
uitgezonden frequenties
echosignaal (vertraagd)

Figuur 2: Oscillogrammen voor het blokschema

Vergeleken met een pure FMCW-radar heeft de FMiCW-radar voor- en nadelen. In FMCW-radar dringt het uitgezonden signaal gewoonlijk direct door in de ontvanger. In FMiCW-radar wordt de ontkoppeling tussen zender en ontvanger verbeterd door het uitgezonden vermogen tijdelijk uit te schakelen. Tijdens het tijdsinterval waarin de antenne niet straalt, kan de gevoeligheid van de ontvanger worden verhoogd. Bovendien kan door deze ontkoppeling het zendvermogen worden verhoogd. Door deze twee stappen kan het maximale bereik van de radar worden vergroot.

Het uitschakelen van de ontvanger tijdens emissie (bijvoorbeeld door een inverse stuurspanning voor de pindiodes te gebruiken) verkleint echter het tijdsinterval waarin een echosignaal kan worden ontvangen. Echosignalen (blauwe kanaal in figuur 2) kunnen alleen worden ontvangen als de stuurspanning laag is (rode kanaal in figuur 2). In Figuur 2 is het tijdsinterval tussen het echosignaal en een laag stuurspanningsniveau grijs weergegeven. Vaak duurt dit interval maar heel kort. Dit betekent dat de mogelijkheid van incoherente signaalaccumulatie wordt verminderd. Slechts een klein deel van het echosignaal kan worden ontvangen. Dit vermindert de energie van het ontvangen signaal en dus het maximale bereik van de radar. Tegelijkertijd zijn echosignalen die op korte afstand worden ontvangen gevoeliger voor deze vermindering in energie. Dit effect is vergelijkbaar met het effect van tijdgevoelige automatische versterkingsregeling (STC, sensitive time control) in pulsradars.

Dit type FMiCW-radar wordt bijvoorbeeld gebruikt in moderne autoradars (adaptieve cruisecontrol) in de frequentieband 76 … 77 GHz. Om het azimut te bepalen kan de hoek waaronder een bepaalde signaalsubpuls wordt uitgestraald enigszins worden gevarieerd door de voedingspunten van de stripantenne te veranderen.

Toepassing van FMiCW-radar om het gemeten bereik te vergroten
gegenereerde zaagtandfrequentie
stuurspanning voor de pindiodeschakelaar
uitgezonden frequenties
echosignaal (vertraagd)

Figuur 3: Oscillogrammen voor het blokschema

gegenereerde zaagtandfrequentie
stuurspanning voor de pindiodeschakelaar
uitgezonden frequenties
echosignaal (vertraagd)

Figuur 3: Oscillogrammen voor het blokschema

gegenereerde zaagtandfrequentie
stuurspanning voor de pindiodeschakelaar
uitgezonden frequenties
niet-uitgezonden frequenties
echosignaal (vertraagd)

Figuur 3: Oscillogrammen voor het blokschema

Als andere oplossing kan deze methodologie worden toegepast om de toegestane bandbreedte van de uitgestraalde frequenties beter te benutten. Een hogere steilheid van de frequentievariatie zorgt voor een hogere bereikresolutie met behoud van het maximaal mogelijke bereik.

In de ISM band (Industrial, Scientific and Medical Band) 24 GHz hoeft de zender alleen in de 24,0 tot 24,25 GHz band te werken. Er is een afweging nodig tussen resolutie en bereik van de radar wanneer in dit frequentiebereik wordt gewerkt. Met behulp van de FMiCW-methode kan de frequentiesteilheid bijvoorbeeld worden aangepast zodat de bandbreedte van de zender tweemaal de toegestane bandbreedte is, d.w.z. 24,0 tot 24,5 GHz. Wanneer de signaalfrequentie de bovengrens van de ISM-band (24,25 GHz) bereikt, wordt het zendersignaal losgekoppeld van de antenne en wordt dus alleen het signaal in de toegestane frequentieband uitgestraald. De mogelijke vertragingstijdinterval van het echosignaal zal veel langer zijn dan de duur van het uitgestraalde signaal. Zoals te zien is in Figuur 3, wordt de frequentieverschilmeting in dit geval uitgevoerd met betrekking tot frequenties die tot een veel groter mogelijk frequentiebereik behoren (stippellijn).