Radar promieniowania ciągłego z modulacją częstotliwości i przerwaniami
pin-diodowy
Ilustracja 1: radar FMiCW wykorzystuje dodatkowy przełącznik diodowy do wyłączania emisji mocy
pin-diodowy
Ilustracja 1: radar FMiCW wykorzystuje dodatkowy przełącznik diodowy do wyłączania emisji mocy (Obraz interaktywny)
Radar promieniowania ciągłego z modulacją częstotliwości i przerwaniami
на pin-диодах
Ilustracja 1: radar FMiCW wykorzystuje dodatkowy przełącznik diodowy do wyłączania emisji mocy
Radar FMiCW (Frequency Modulated interrupted Continuous Wave), lub iFMCW- Radar zajmuje szczególne miejsce wśród różnych technologii radarowych. Zasada jego działania polega na tym, że podczas procesu pomiaru promieniowanie sygnału jest wyłączane na pewien czas. Tak więc formalnie taki radar jest radarem impulsowym. Podczas gdy antena nadawcza jest wyłączona, generowanie oscylacji w nadajniku nie zatrzymuje się, a odbiornik otrzymuje oscylację odniesienia niezbędną do przekształcenia częstotliwości odbieranego sygnału. Proces pomiaru w celu określenia zasięgu polega na pomiarze różnicy między bieżącą częstotliwością emitowanego sygnału a częstotliwością sygnału echa, podobnie jak w radarze FMCW. Oznacza to, że nie jest to pomiar opóźnienia czasowego sygnału echa podobny do tego wykonywanego w radarze impulsowym z modulacją wewnątrzimpulsową.
Modulacja amplitudy impulsu emitowanego sygnału
Rysunek 2: Oscylogramy dla schematu strukturalnego
Rysunek 2: Oscylogramy dla schematu strukturalnego
Rysunek 2: Oscylogramy dla schematu strukturalnego
W porównaniu z czystym radarem FMCW, radar FMiCW ma zalety i wady. Zwykle w radarach FMCW emitowany sygnał przenika bezpośrednio do odbiornika. W radarze FMiCW odsprzężenie między nadajnikiem a odbiornikiem jest poprawione poprzez tymczasowe wyłączenie emitowanej mocy. W czasie, gdy antena nie emituje sygnału, czułość odbiornika może zostać zwiększona. Ponadto to odsprzężenie umożliwia zwiększenie mocy nadajnika. Dzięki tym dwóm krokom można zwiększyć maksymalny zasięg radaru.
Jednak wyłączenie odbiornika podczas emisji (np. poprzez zastosowanie odwrotnego napięcia sterującego dla diod pinowych) zmniejsza przedział czasu, w którym można odebrać sygnał echa. Wszelkie sygnały echa (niebieski kanał na rysunku 2) mogą być odbierane tylko wtedy, gdy napięcie sterujące jest niskie (czerwony kanał na rysunku 2). Na rysunku 2 odstęp czasu między sygnałem echa a niskim poziomem napięcia sterującego jest wyszarzony. Często odstęp ten trwa bardzo krótko. Oznacza to, że możliwość niespójnej akumulacji sygnału jest ograniczona. Odbierana może być tylko niewielka część sygnału echa. Zmniejsza to energię odbieranego sygnału, a tym samym maksymalny zasięg radaru. Jednocześnie sygnały echa odbierane z niewielkich odległości są bardziej podatne na tę redukcję energii. Efekt ten jest podobny do efektu czułej na czas automatycznej regulacji wzmocnienia (STC, sensitive time control) w radarach impulsowych.
Ten typ radaru FMiCW jest stosowany na przykład w nowoczesnych radarach samochodowych (tempomat adaptacyjny) w paśmie częstotliwości 76 … 77 GHz. Aby określić azymut, kąt, pod którym emitowany jest określony podimpuls sygnału, można nieznacznie zmienić, zmieniając punkty zasilania anteny paskowej.
Zastosowanie radaru FMiCW do zwiększenia mierzonego zasięgu
Rysunek 3: Oscylogramy dla schematu strukturalnego
Rysunek 3: Oscylogramy dla schematu strukturalnego
Rysunek 3: Oscylogramy dla schematu strukturalnego
Innym rozwiązaniem jest zastosowanie tej metodologii w celu lepszego wykorzystania dopuszczalnej szerokości pasma promieniowanych częstotliwości. Większa stromość zmian częstotliwości zapewnia wyższą rozdzielczość zakresu przy zachowaniu maksymalnego możliwego zasięgu.
W paśmie ISM (Industrial, Scientific and Medical Band, pasmo przemysłowe, naukowe i medyczne) 24 GHz nadajnik musi działać tylko w paśmie od 24,0 do 24,25 GHz. Podczas pracy w tym zakresie częstotliwości wymagany jest kompromis między rozdzielczością a zasięgiem radaru. Korzystając z metody FMiCW, stromość częstotliwości można dostosować, na przykład tak, aby szerokość pasma nadajnika była dwukrotnie większa niż dopuszczalna szerokość pasma, tj. 24,0 do 24,5 GHz. Gdy częstotliwość sygnału osiągnie górną granicę pasma ISM (24,25 GHz), sygnał nadajnika zostanie odłączony od anteny, a tym samym wypromieniowany zostanie tylko sygnał w dozwolonym paśmie częstotliwości. Możliwy interwał czasowy opóźnienia sygnału echa będzie znacznie dłuższy niż czas trwania sygnału promieniowanego. Jak widać na rysunku 3, pomiar różnicy częstotliwości w tym przypadku jest wykonywany w odniesieniu do częstotliwości należących do znacznie większego możliwego zakresu częstotliwości (linia przerywana).