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Radar de radiación continua de frecuencia modulada con modulación de frecuencia e interrupciones

Interruptor de
diodo PIN

Figura 1: El radar FMiCW utiliza un interruptor de diodo de patilla adicional para desconectar la emisión de energía

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

Figura 1: El radar FMiCW utiliza un interruptor de diodo de patilla adicional para desconectar la emisión de energía (imagen interactiva)

Radar de radiación continua de frecuencia modulada con modulación de frecuencia e interrupciones

Interruptor de
diodo PIN

Figura 1: El radar FMiCW utiliza un interruptor de diodo de patilla adicional para desconectar la emisión de energía

El radar de radiación continua con modulación de frecuencia e interrupciones (Frequency Modulated interrupted Continuous Wave, radar FMiCW o radar iFMCW) ocupa un lugar especial entre las distintas tecnologías de radar. El principio de su funcionamiento es que durante el proceso de medición la radiación de la señal se apaga durante algún tiempo. Por lo tanto, formalmente un radar de este tipo es un radar de pulso. Mientras la antena transmisora está apagada, la generación de oscilaciones en el transmisor no se detiene y el receptor recibe la oscilación de referencia necesaria para transformar la frecuencia de la señal recibida. El proceso de medición para determinar el alcance consiste en medir la diferencia entre la frecuencia actual de la señal emitida y la frecuencia de la señal de eco, como en el radar FMCW. Es decir, no se trata de una medición del desfase temporal de la señal de eco similar a la que se realiza en un radar de impulsos modulados intrapulso.

La modulación de amplitud de impulsos de la señal emitida
La modulación de amplitud de impulsos de la señal emitida
tensión de control del interruptor de diodo pin
frecuencias emitidas
señal de eco (retardada)

Figura 2: Oscilogramas del diagrama estructural

La modulación de amplitud de impulsos de la señal emitida
tensión de control del interruptor de diodo pin
frecuencias emitidas
señal de eco (retardada)

Figura 2: Oscilogramas del diagrama estructural

La modulación de amplitud de impulsos de la señal emitida
tensión de control del interruptor de diodo pin
frecuencias emitidas
señal de eco (retardada)

Figura 2: Oscilogramas del diagrama estructural

Comparado con un radar FMCW puro, el radar FMiCW tiene ventajas e inconvenientes. Normalmente, en un radar FMCW, la señal emitida penetra directamente en el receptor. En el radar FMiCW, el desacoplamiento entre emisor y receptor se mejora desconectando temporalmente la potencia radiada. Durante el intervalo de tiempo en que la antena no irradia, se puede aumentar la sensibilidad del receptor. Además, este desacoplamiento permite aumentar la potencia del transmisor. Con estos dos pasos se puede aumentar el alcance máximo del radar.

Sin embargo, la desconexión del receptor durante la emisión (por ejemplo, utilizando una tensión de control inversa para los diodos de patilla) reduce el intervalo de tiempo durante el cual se puede recibir una señal de eco. Las señales de eco (canal azul en la figura 2) sólo pueden recibirse si la tensión de control es baja (canal rojo en la figura 2). En la figura 2, el intervalo de tiempo entre la señal de eco y un nivel bajo de tensión de control aparece atenuado. A menudo, este intervalo dura muy poco tiempo. Esto significa que se degrada la posibilidad de acumulación de señales incoherentes. Sólo puede recibirse una pequeña parte de la señal de eco. Esto reduce la energía de la señal recibida y, por tanto, el alcance máximo del radar. Al mismo tiempo, las señales de eco recibidas desde distancias cortas son más susceptibles a esta reducción de energía. Este efecto es similar al del control automático de ganancia sensible al tiempo (STC, sensitive time control) en los radares de impulsos.

Este tipo de radar FMiCW se utiliza, por ejemplo, en los modernos radares de automóviles (control de crucero adaptativo) en la banda de frecuencias 76 … 77 GHz. Para determinar el acimut, el ángulo con el que se irradia un determinado subimpulso de señal puede variarse ligeramente cambiando los puntos de alimentación de la antena de banda.

Aplicación del radar FMiCW para aumentar el alcance medido
La modulación de amplitud de impulsos de la señal emitida
tensión de control del interruptor de diodo pin
frecuencias emitidas
señal de eco (retardada)

Figura 3: Oscilogramas del diagrama estructural

La modulación de amplitud de impulsos de la señal emitida
tensión de control del interruptor de diodo pin
frecuencias emitidas
señal de eco (retardada)

Figura 3: Oscilogramas del diagrama estructural

La modulación de amplitud de impulsos de la señal emitida
tensión de control del interruptor de diodo pin
frecuencias emitidas
frecuencias no emitidas
señal de eco (retardada)

Figura 3: Oscilogramas del diagrama estructural

Como otra solución, esta metodología puede aplicarse para utilizar mejor el ancho de banda admisible de las frecuencias radiadas. Una mayor inclinación de la variación de frecuencia proporciona una mayor resolución del alcance, manteniendo al mismo tiempo el alcance máximo posible.

En la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) de 24 GHz, el transmisor sólo necesita operar en la banda de 24,0 a 24,25 GHz. Cuando se opera en esta gama de frecuencias, es necesario un compromiso entre la resolución y el alcance del radar. Con el método FMiCW, la inclinación de la frecuencia puede ajustarse, por ejemplo, para que el ancho de banda del transmisor sea el doble del ancho de banda permitido, es decir, de 24,0 a 24,5  GHz. Cuando la frecuencia de la señal alcanza el límite superior de la banda ISM (24,25 GHz), la señal del transmisor se desconecta de la antena y, por tanto, sólo se irradiará la señal en la banda de frecuencias permitida. El posible intervalo de tiempo de retardo de la señal de eco será mucho mayor que la duración de la señal radiada. Como puede verse en la figura 3, la medición de la diferencia de frecuencia en este caso se realiza en relación con frecuencias pertenecientes a una gama de frecuencias posible mucho mayor (línea de puntos).