Радіолокатор неперервного випромінювання з частотною модуляцією та перериваннями
pin-діодах
Рисунок 1. У FMiCW-радіолокаторі використовується додатковий перемикач на pin-діодах для вимкнення випромінювання потужності
pin-діодах
Рисунок 1. У FMiCW-радіолокаторі використовується додатковий перемикач на pin-діодах для вимкнення випромінювання потужності (інтерактивний рисунок)
Радіолокатор неперервного випромінювання з частотною модуляцією та перериваннями
pin-діодах
Рисунок 1. У FMiCW-радіолокаторі використовується додатковий перемикач на pin-діодах для вимкнення випромінювання потужності
Радіолокатор неперервного випромінювання з частотною модуляцією та перериваннями (Frequency Modulated interrupted Continuous Wave, FMiCW-Radar або iFMCW-Radar) займає особливе місце в ряду різноманітних радіолокаційних технологій. Принцип його дії полягає в тому, що під час процесу вимірювання випромінювання сигналу вимикається на деякий час. Таким чином, формально такий радіолокатор є імпульсним радіолокатором. Під час відключення передавальної антени генерування коливань в передавачі не припиняється і в приймач надходить опорне коливання, необхідне для перетворення частоти прийнятого сигналу. Вимірювання дальності виконується шляхом вимірювання різниці між поточним значенням частоти випромінюваного сигналу та значенням частоти сигналу відлуння, як і в FMCW-радіолокаторі. Отже це не вимірювання часу запізнення сигналу відлуння, яке виконується в імпульсному радіолокаторі з внутришньоімпульсною модуляцією.
Імпульсна амплітудна модуляція випромінюваного сигналу
pin-діодах
Рисунок 2. Осциллограммы для структурной схемы
pin-діодах
Рисунок 2. Осциллограммы для структурной схемы
pin-діодах
Рисунок 2. Осциллограммы для структурной схемы
Порівняно із FMCW-радіолокатором, радіолокатор FMiCW має як переваги, так і недоліки. Зазвичай у FMCW-радіолокаторі випромінюваний сигнал безпосередньо проникає у приймач. В FMiCW-радіолокаторі розв’язка між передавачем та приймачем покращується за рахунок тимчасового вимкнення випромінювання потужності. В інтервалі часу, коли антена не випромінює, можливо підвищувати чутливість приймача. Крім цього, така розв’язка дає змогу збільшити потужність передавача. За рахунок цих двох аспектів може бути збільшена максимальна дальність дії радіолокатора.
Однак відключення приймача під час випромінення (наприклад, за допомогою інверсної керуючої напруги для pin-діодів) зменшує інтервал часу, протягом якого може бути прийнято сигнал відлуння. Будь-які сигнали відлуння (синій канал на Рисунку 2) можуть прийматися тільки якщо керуюча напруга має низький рівень (червоний канал на Рисунку 2). На Рисунку 2 інтервал часу між сигналом відлуння та низьким рівнем керуючої напруги зафарбовано сірим кольором. Часто цей інтервал триває дуже короткий час. Це означає, що можливість некогерентного накопичення сигналу погіршується. Може бути прийнята лише невелика частина сигналу відлуння. Це зменшує енергію прийнятого сигналу і, отже, й максимальну дальність дії радіолокатора. При цьому сигнали відлуння, отримані з малих дальностей, більше піддаються цьому зменшенню енергії. Такий ефект схожий з дією часового автоматичного регулювання підсилювання (ЧАРП або STC, sensitive time control) в імпульсних радіолокаторах.
Такий тип FMiCW-радіолокатора використовується, наприклад, у сучасних автомобільних радіолокаторах (адаптивний круїз-контроль) в смузі частот 76 … 77 ГГц. Для визначення азимуту кут, під яким випромінюється конкретний субімпульс сигналу, може дещо відрізнятися за рахунок змінення точок живлення мікросмужкової антени.
Використання FMiCW-радіолокатора для збільшення вимірюваної дальності
Рисунок 3. Осциллограммы для структурной схемы
Рисунок 3. Осциллограммы для структурной схемы
на pin-діодах
частота
(із запізненням)
Рисунок 3. Осциллограммы для структурной схемы
В якості ще одного рішення дана методологія може застосовуватися для більш ефективного використання допустимої ширини смуги випромінюваних частот. Більш висока крутизна змінення частоти забезпечує більш високу роздільну здатність з дальності при збереженні максимально можливої дальності дії.
В діапазоні ISM (Industrial, Scientific and Medical Band, для промисловості, науки та медицини) 24 ГГц передавач має працювати тільки в смузі від 24,0 до 24,25 ГГц. Потрібно знайти компроміс між роздільною здатністю та дальністю дії радіолокатора при роботі в цьому діапазоні частот. При застосуванні методу FMiCW крутизна змінення частоти може бути відрегульована, наприклад, таким чином, що смуга частот передавача буде вдвічі більшою за допустиму, тобто від 24,0 до 24,5 ГГц. При досягненні частотою сигналу верхньої межі діапазону ISM (24,25 ГГц) сигнал передавача відключається від антени і, таким чином, випромінюватися буде лише сигнал у дозволеному діапазоні частот. Інтервал можливого часу запізнення сигналу відлуння буде значно більшим за тривалість випроміненого сигналу. Як видно по Рисунку 3 вимірювання різниці частот, в даному випадку, виконується по відношенню до частот, що належать до значно більшого можливого інтервалу частот (пунктирна лінія).