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Hochfrequenzbaugruppen

Bild 1: Baugruppe mit Hochfrequenzbauteilen.

Bild 1: Baugruppe mit Hochfrequenzbauteilen.

Hochfrequenzbaugruppen

Sender und Empfänger bilden zusammen einen kompletten Radar-Transceiver für das S-Band. Je nach Ansteuerung an dem Abstimm-Pin des spannungsgesteuerten Oszillators (Voltage Controlled Oscillator, VCO) können diese beiden Baugruppen zusammen das Front-End eines CW oder FMCW-Radars bilden.

Sender

Die Erzeugung der Sendefrequenz geschieht in einer separaten Baugruppe. Die Sendefrequenz wird in einem freischwingenden spannungsgesteuerten Generator erzeugt. Je nach gewähltem Typ hat dieser eine Ausgangsleistung zwischen 5 und 9 dBm, das entspricht etwa 3 bis 8 mW.

Vorsicht! Dieses Bauteil nicht ohne eine angeschlossene Last am Ausgang betreiben. Anderenfalls ist es sofort nach Anlegen der Betriebsspannung zerstört!

Die Betriebsspannung des VCO beträgt je nach Typ zwischen 6 und 10 Volt, weswegen sich eine Spannungsstabilisierung mit einem Regler vom Typ 78xx anbietet.

Die Ausgangsleistung des VCO wird in einem −3dB Leistungsteiler auf zwei Wege geteilt. Ein Ausgang wird als Sendeleistung verstärkt. Der Verstärker ist dahingehend auszusuchen, dass er sowohl den benötigten Frequenzgang als auch ausreichende Verstärkung aufweist. Er ist aber möglichst nicht zu übersteuern: das heißt, die Ausgangsleistung darf einen bestimmten Wert nicht übersteigen wollen.

Hier im gezeigten Beispiel mit dem Typ wären das maximal 24 dBm bei einer Verstärkung von 15,3 dB, die durch die Eingangsleistung nicht erreicht werden kann. Diese Ausgangsleistung war jedoch trotzdem für eine Anwendung im Nahbereich schon viel zu hoch und musste noch drastisch bedämpft werden um den Empfänger nicht durch das Übersprechen zwischen den Antennen in die Begrenzung zu treiben. Diese Ausgangsleistung im Bereich 20 dBm entspricht 100 mW und ist in maritimen Navigationsradargeräten mit getrennten Sende-/Empfangsantennen ausreichend für bis zu 50 km[1] Reichweite!

Ein zweiter Ausgang wird bedämpft und zum Empfänger weitergeleitet. Dieser Leistungsanteil wird dort zum Heruntermischen des Echosignals in das Basisband benötigt.

Diese Baugruppe enthält zusätzlich auch eine kleine Platine mit einem programmierbaren Signalgenerator auf Basis des AD9833. Diese Platine kann mit einer seriellen Datenverbindung programmiert werden und erzeugt entweder eine Sinusspannung, eine Dreieckspannung oder eine Rechteckspannung im Bereich von 1 Hz bis 20 MHz. Dieses Signal kann direkt als Abstimmspannung an den VCO gelegt werden. Damit wird der Sender zu einem FMCW-Radar erweitert.

Bild 2: AD8347 - Erprobungsplatine mit der empfohlenen Schaltung des Herstellers.

Bild 2: AD8347 - Erprobungsplatine mit der empfohlenen Schaltung des Herstellers.

Empfänger

Der Empfänger ist im Kern ein integrierter Baustein mit dem I&Q-Demodulator (AD8347). Die Leistung der Oszillatorspannung sollte zwischen −8 und 0 dBm liegen (deshalb auch das Dämpfungsglied am Ausgang im Sender). An die Ausgänge des Demodulators kann direkt ein Analog-/Digital- Wandler des gleichen Herstellers geschaltet werden. (Auch hier wird die empfohlene Testplatine mit der vom Hersteller empfohlenen Schaltung genutzt.) Die Notwendige Verstärkung der demodulierten Echosignale wird schon intern in dem Demodulatorschaltkreis vorgenommen. Zu Testzwecken wurde an einen der Ausgänge einfach das billige USB-Oszilloskop angeschlossen. Es sollten jedoch sowohl bipolare Puffer-Verstärker als auch ein Analog-/Digital- Wandler mit zwei Kanälen für die I&Q- Signalverarbeitung verwendet werden.

Wegen der übertrieben hohen Sendeleistung in dieser Testschaltung konnte die Mischer-Platine direkt ohne einen rauscharmen Vorverstärker an die Empfangsantenne angeschlossen werden. Wenn von einer sehr viel geringeren Sendeleistung ausgegangen wird (im Bereich von weniger als 10 dBm), dann empfiehlt sich ein Vorverstärker mit einer Verstärkung von bis etwa 15 dB. Im Prinzip würde es reichen, den im Sender genutzten Verstärker im Empfänger einzusetzen und nur mit den 5,2 dBm direkt aus dem Leistungsteiler zu senden. Das sollte für eine maximale Entfernung von bis zu 50 m ausreichen.

In der im Bild 2 gezeigten Platine sind die gelöteten Brücken (z.B.: J8) für eine automatische Verstärkungsregulierung (ähnlich wie in einem Radio) ausgeführt. Für ein Radar ist das ungünstig: diese Brücken müssen gelöst werden und statt dessen die Brücke J7 für eine spannungsgesteuerte Verstärkungsregelung (unterste SMA-Buchse: „VIN“) gelegt werden. Hilfe bietet dazu das Datenblatt des Herstellers.