www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Basics

Frekvenčně modulovaný radar s nepřetržitým vyzařováním s frekvenční modulací a přerušením

Kolíkový PIN diodový
přepínač

Obrázek 1: Radar FMiCW používá k vypnutí vyzařování přídavný kolíkový diodový spínač

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

Obrázek 1: Radar FMiCW používá k vypnutí vyzařování přídavný kolíkový diodový spínač (interaktivní obrázek)

Frekvenčně modulovaný radar s nepřetržitým vyzařováním s frekvenční modulací a přerušením

Kolíkový PIN diodový
přepínač

Obrázek 1: Radar FMiCW používá k vypnutí vyzařování přídavný kolíkový diodový spínač

Radar s frekvenčně modulovaným přerušovaným spojitým zářením (Frequency Modulated interrupted Continuous Wave, FMiCW – Radar nebo iFMCW- Radar) zaujímá mezi různými radarovými technologiemi zvláštní místo. Princip jeho fungování spočívá v tom, že během procesu měření je vyzařování signálu na určitou dobu vypnuto. Formálně se tedy takový radar řadí mezi pulzní radary. Zatímco je vysílací anténa vypnuta, generování kmitů ve vysílači se nezastaví a přijímač přijímá referenční kmitání potřebné k transformaci frekvence přijímaného signálu. Proces měření pro určení dosahu spočívá v měření rozdílu mezi aktuální frekvencí vysílaného signálu a frekvencí signálu ozvěny, stejně jako u radaru FMCW. To znamená, že se nejedná o měření časového zpoždění signálu ozvěny, podobně jako se to provádí u intrapulsně modulovaného pulzního radaru.

Impulsní amplitudová modulace vysílaného signálu
generovaná pilovitá frekvence
řídicí napětí pro spínač vývodové diody
vysílaná frekvence
echo signál (zpožděný)

Obrázek 2: Oscilogramy pro strukturální schéma

generovaná pilovitá frekvence
řídicí napětí pro spínač vývodové diody
vysílaná frekvence
echo signál (zpožděný)

Obrázek 2: Oscilogramy pro strukturální schéma

generovaná pilovitá frekvence
řídicí napětí pro spínač vývodové diody
vysílaná frekvence
echo signál (zpožděný)

Obrázek 2: Oscilogramy pro strukturální schéma

Ve srovnání s čistě FMCW radarem má FMiCW radar výhody i nevýhody. U radaru FMCW obvykle proniká vysílaný signál přímo do přijímače. V radaru FMiCW se oddělování mezi vysílačem a přijímačem zlepšuje dočasným vypnutím vyzařovaného výkonu. Během časového intervalu, kdy anténa nevyzařuje, lze zvýšit citlivost přijímače. Kromě toho toto oddělení umožňuje zvýšit výkon vysílače. Těmito dvěma kroky lze zvýšit maximální dosah radaru.

Vypnutí přijímače během vyzařování (např. pomocí inverzního řídicího napětí pro vývodové diody) však zkracuje časový interval, během něhož lze přijímat signál ozvěny. Jakékoli signály ozvěny (modrý kanál na obrázku 2) lze přijímat pouze při nízkém řídicím napětí (červený kanál na obrázku 2). Na obrázku 2 je časový interval mezi signálem ozvěny a nízkou úrovní řídicího napětí vyznačen šedě. Tento interval často trvá velmi krátkou dobu. To znamená, že se zhoršuje možnost akumulace nekoherentního signálu. Je možné přijmout pouze malou část signálu ozvěny. Tím se snižuje energie přijímaného signálu, a tím i maximální dosah radaru. Současně jsou na toto snížení energie náchylnější signály echa přijímané z krátkých vzdáleností. Tento efekt je podobný efektu automatické regulace zesílení v závislosti na čase (STC, sensitive time control) u pulzních radarů.

Tento typ radaru FMiCW se používá například v moderních automobilových radarech (adaptivní tempomat) ve frekvenčním pásmu 76 … 77 GHz. Pro určení azimutu lze úhel, pod kterým je vyzařován konkrétní subimpuls signálu, mírně měnit změnou napájecích bodů pásové antény.

Použití radaru FMiCW ke zvýšení měřeného dosahu
generovaná pilovitá frekvence
řídicí napětí pro spínač vývodové diody
vysílaná frekvence
echo signál (zpožděný)

Obrázek 3: Oscilogramy pro strukturální schéma

generovaná pilovitá frekvence
Control voltage for PIN diode switch
vysílaná frekvence
echo signál (zpožděný)

Obrázek 3: Oscilogramy pro strukturální schéma

generovaná pilovitá frekvence
řídicí napětí pro spínač vývodové diody
vysílaná frekvence
nevyzařované frekvence
echo signál (zpožděný)

Obrázek 3: Oscilogramy pro strukturální schéma

Jako další řešení lze tuto metodiku použít pro lepší využití přípustné šířky pásma vyzařovaných frekvencí. Vyšší strmost změny kmitočtu zajišťuje vyšší rozlišení rozsahu při zachování maximálního možného rozsahu.

V pásmu ISM (Industrial, Scientific and Medical Band 24 GHz musí vysílač pracovat pouze v pásmu 24,0 až 24,25 GHz. Při provozu v tomto frekvenčním pásmu je nutný kompromis mezi rozlišením a dosahem radaru. Pomocí metody FMiCW lze nastavit strmost kmitočtu například tak, aby šířka pásma vysílače byla dvojnásobkem povolené šířky pásma, tj. 24,0 až 24,5 GHz. Když frekvence signálu dosáhne horní hranice pásma ISM (24,25 GHz), signál vysílače se od antény odpojí, a tak se bude vyzařovat pouze signál v povoleném frekvenčním pásmu. Možný časový interval zpoždění echo signálu bude mnohem delší než doba trvání vyzařovaného signálu. Jak je patrné z obrázku 3, měření kmitočtového rozdílu se v tomto případě provádí ve vztahu ke kmitočtům patřícím do mnohem většího možného kmitočtového rozsahu (tečkovaná čára).