www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Радар с непрекъснато излъчване, честотна модулация и прекъсвания

PIN диоден
превключвател

Изображение 1: FMiCW радарът използва допълнителен диоден превключвател за изключване на излъчването на енергия

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

Изображение 1: FMiCW радарът използва допълнителен диоден превключвател за изключване на излъчването на енергия (интерактивно изображение)

Радар с непрекъснато излъчване, честотна модулация и прекъсвания

PIN диоден
превключвател

Изображение 1: FMiCW радарът използва допълнителен диоден превключвател за изключване на излъчването на енергия

Радарът с непрекъснато излъчване, честотна модулация и прекъсвания (Frequency Modulated interrupted Continuous Wave, FMiCW – Radar или iFMCW- Radar) заема специално място сред различните радарни технологии. Принципът му на действие се състои в това, че по време на процеса на измерване излъчването на сигнала се изключва за известно време. Следователно формално такъв радар е импулсен радар. Докато предавателната антена е изключена, генерирането на трептения в предавателя не спира и приемникът получава референтни трептения, необходими за преобразуване на честотата на приетия сигнал. Процесът на измерване за определяне на обхвата е измерване на разликата между текущата честота на излъчвания сигнал и честотата на ехосигнала, както при FMCW радара. Това означава, че не става дума за измерване на ехосигнала със закъснение във времето, подобно на това, което се извършва в импулсен радар с вътрешноимпулсна модулация.

Импулсна амплитудна модулация на излъчвания сигнал
генерирана честота на пила
управляващо напрежение за PIN диодния
превключвател
излъчвана честота
ехосигнал (забавен)

Изображение 2: Осцилограми за структурната схема

генерирана честота на пила
управляващо напрежение за PIN диодния
превключвател
излъчвана честота
ехосигнал (забавен)

Изображение 2: Осцилограми за структурната схема

генерирана честота на пила
управляващо напрежение за PIN диодния
превключвател
излъчвана честота
ехосигнал (забавен)

Изображение 2: Осцилограми за структурната схема

В сравнение с чистия радар с непрекъснати вълни с честотна модулация (FMCW радар), FMiCW радарът има предимства и недостатъци. Обикновено при FMCW радарите излъчваният сигнал прониква директно в приемника. При FMiCW радара разединяването между предавателя и приемника се подобрява чрез временно изключване на излъчваната мощност. По време на интервала от време, когато антената не излъчва, чувствителността на приемника може да се увеличи. Освен това това разединяване позволява да се увеличи мощността на предавателя. Чрез тези две стъпки може да се увеличи максималният обхват на радара.

Въпреки това изключването на приемника по време на излъчване (например чрез използване на обратно управляващо напрежение за диодите на изводите) намалява интервала от време, през който може да се приеме ехосигнал. Всички ехо-сигнали (синият канал на изображение 2) могат да се приемат само ако управляващото напрежение е ниско (червеният канал на изображение 2). На изображение 2 интервалът от време между ехосигнала и ниското ниво на управляващото напрежение е отбелязан в сиво. Често този интервал трае много кратко време. Това означава, че възможността за натрупване на некохерентен сигнал се влошава. Само малка част от ехосигнала може да бъде приета. Това намалява енергията на приетия сигнал и следователно максималния обхват на радара. В същото време ехосигналите, получени от къси разстояния, са по-чувствителни към това намаляване на енергията. Този ефект е подобен на ефекта на автоматичния контрол на усилването по време (ВАРУ или STC, sensitive time control, чувствителен контрол по време) в импулсните радари.

Този тип FMiCW радар се използва например в съвременните автомобилни радари (адаптивен круиз контрол) в честотната лента 76 … 77 GHz. За да се определи азимутът, ъгълът, под който се излъчва определен подимпулс на сигнала, може да се променя леко чрез промяна на точките на захранване на лентовата антена.

Приложение на FMiCW радар за увеличаване на измервания обхват
генерирана честота на пила
управляющее напряжение для переключателя на pin-диодах
излъчвани честоти
ехосигнал (забавен)

Изображение 3: Осцилограми за структурната схема

генерирана честота на пила
Control voltage for PIN diode switch
излъчвани честоти
ехосигнал (забавен)

Изображение 3: Осцилограми за структурната схема

генерирана честота на пила
управляющее напряжение для
переключателя на pin-диодах
излъчвани честоти
неизлъчвани честоти
ехосигнал (забавен)

Изображение 3: Осцилограми за структурната схема

Като друго решение тази методика може да се приложи за по-добро използване на допустимата честотна лента на излъчваните честоти. По-голямата стръмност на изменение на честотата осигурява по-висока разделителна способност на обхвата, като същевременно се запазва максималният възможен обхват.

В диапазоната ISM (Industrial, Scientific and Medical Band, радиодиапазони, запазени предимно за нетърговска употреба – промишлени, научни и медицински цели) 24 GHz предавателят трябва да работи само в честотната лента от 24,0 до 24,25 GHz. Необходим е компромис между разделителната способност и обхвата на радара при работа в този честотен диапазон. С помощта на метода FMiCW честотната стръмност може да се регулира, например така, че честотната лента на предавателя да е два пъти по-голяма от допустимата, т.е. 24,0 до 24,5 GHz. Когато честотата на сигнала достигне горната граница на ISM лентата (24,25 GHz), сигналът на предавателя се изключва от антената и по този начин ще се излъчва само сигналът в разрешената честотна лента. Възможният времеви интервал на закъснение на ехосигнала ще бъде много по-дълъг от продължителността на излъчвания сигнал. Както може да се види от изображение 3, измерването на честотната разлика в този случай се извършва по отношение на честоти, принадлежащи към много по-голям възможен честотен диапазон (пунктирана линия).