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120 GHz Radar Front End

TRX 120 01 RFE
Beschreibung des Radargerätes; ausgewählte Taktisch-technische Daten

Bild 1: Das eigentliche Radar-Front-End ist der helle IC genau in der Mitte dieser Platine.
© 2016 Silicon Radar GmbH

Bild 1: Das eigentliche Radar-Front-End ist der helle IC genau in der Mitte dieser Platine.

Technische Daten
Frequenzbereich: 122 GHz … 123 GHz (N-Band)
Durchschnittsleistung: 1 mW
angezeigte Entfernung: > 10 m
Entfernungsauflösung:
Genauigkeit:
Öffnungswinkel: ca. 30°
MTBCF:
MTTR:

120 GHz Radar Front End

TRX 120 01 RFE

TRX 120 01 RFE ist ein komplettes Radar im Terahertz-Band, das in einem einzigen Chip integriert ist, der nicht größer ist, als ein Daumennagel. Es ist ein hochintegrierter Baustein in Silicon Germanium Technology, der alle Hochfrequenzbaugruppen eines Radars inklusive Sender, Empfänger und deren Antennen auf einzelnen Chip enthält. Es wird das freie ISM-Band zwischen 122 und 123 GHz genutzt. Das Radar strahlt nur eine minimale Leistung ab und erreicht damit eine maximale Reichweite von mehr als 10 Metern. Diese Reichweite kann noch durch Verwendung einer dielektrischen Linse, welche das Antennendiagramm der im Chip integrierten Patch-Antennen zusätzlich bündelt, erweitert werden.

Der Chip enthält einen rauscharmen Vorverstärker, einen Qadraturdemodulator, Filter und einen spannungsgesteuerten Oszillator. Dieser Oszillator arbeitet als sogenannter push-push-Oszillator, das heißt, der Oszillator arbeitet auf einer niedrigeren Grundfrequenz, aber einer seiner Ausgänge führt eine harmonische Oberwelle dieser Grundfrequenz. Die Grundfrequenz wird auf dem Chip heruntergeteilt und steht als Messsignal zur Verfügung. Die Frequenzregelung erfolgt einmal grob mit einem digitalen 3-Bit-Wort und noch einmal fein mit einer analogen Spannung, die auch als Modulationseingang verwendet werden kann. Die analoge Frequenzregelung kann auch über das gesamte Frequenzband mit einer Bandbreite von 7 GHz ausgedehnt werden. Die Sendefrequenz wird über einen Puffer-Verstärker direkt zur Abwärtsmischung des Empfangssignals verwendet. Die Empfangsleistung wird mit einem rauscharmen Vorverstärker verstärkt.

Das heruntergeteilte Messignal kann zusammen mit der analogen Abstimmspannung auch als externer Regelkreis für einen PLL-Oszillator genutzt werden. Eine mögliche Anwendung ist die Ansteuerung mit einem Sägezahnimpuls als ein linear moduliertes FMCW-Radar. Wenn eine Festfrequenz eingestellt wird, dann arbeitet der Baustein als ein CW-Radar. Auch andere Modulationsmuster sind möglich.

fdiv -out-
(differential)
Teiler
1:32
TX
60 GHz
120 GHz
fine
analog
coarse
3 Bit
Leistungsverstärker
IF Q
(differential)
IF I
(differential)
RX
LNA
Vtune

Bild 2: Vereinfachtes Blockschaltbild des integrierten Bausteins

fdiv -out-
(differential)
Teiler
1:32
TX
60 GHz
120 GHz
fine
analog
coarse
3 Bit
Leistungsverstärker
IF Q
(differential)
IF I
(differential)
RX
LNA
Vtune

Bild 2: Vereinfachtes Blockschaltbild des integrierten Bausteins

Die Ausgänge des Bausteins liegen im Basisband mit einer Bandbreite von bis zu 200 MHz. Für diesen Baustein wurde durch den Hersteller Silicon Radar GmbH auch ein Testboard mit umfangreicher Software entwickelt. Diese Platine ist als Schnittstelle zu einem Computer verwendbar.

Für hochgenaue Anwendungen als FMCW-Radar sollte jedoch kein linearer Sägezahnimpuls verwendet werden, sondern eine sägezahnähnliche Spannung mit freiprogrammierbarem Verlauf, um die Nichtlinearitäten der Abstimmspannung kompensieren zu können. Für eine individuelle Kalibrierung ist dieser heruntergeteilte Messausgang verwendbar, dessen Ausgangsfrequenzen unterhalb von 2 GHz liegen.

Quelle: