http___radartutorial.de_02.basics_FMKSD-radar_C4_B1.tr.html_1.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 5.2 6.1 7.1 8.1 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 16.1 16.2 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 21.2 22.1 22.2 23.1 23.2 23.3 23.4
Frequency-Modulated Interrupted Continuous-Wave Radar (FMiCW Radar) switch Figure 1: FMiCW radar uses an additional PIN diode switch to turn off the transmitter power. switch Figure 1: FMiCW radar uses an additional PIN diode switch to turn off the transmitter power. (interactive picture) Frequency-Modulated Interrupted Continuous-Wave Radar (FMiCW Radar) Schalter Figure 1: FMICW radar uses an additional PIN diode switch to turn off the transmitter power during the measuement. Frequency Modulated interrupted Continuous Wave, FMiCW - Radar or also-called iFMCW- Radar, radar gets a special position within the radar technologies. During the measuring process, the transmit signal is switched off temporarily. Formally, the radar is thus a pulse radar. During the shutdown of the transmitting antenna, the frequency generation in the transmitter, however, continues to operate and provides the receiver with the necessary for downconversion frequency. The measuring process for determining the distance is a measure of the frequency difference between the actual transmitter frequency and the carrier frequency of the echo signals as in an FMCW radar. So it is not a pure runtime measurement similar to a pulse radar with intra-pulse modulation. Pulse-shaped amplitude modulation of the transmitted signal Figure 2: Oscillograms for the block diagram Figure 2: Oscillograms for the block diagram Figure 2: Oscillograms for the block diagram Compared with the pure FMCW radar the FMICW radar has advantages and disadvantages. Normally the transmit signal will leak into the receiver directly at an FMCW-radar. At an FMiCW radar, the isolation between the transmitter and the receiver is improved by a temporary disconnection of the transmission power. During the time in which the antenna does not radiate, the receiver can be made much more sensitive. This would also allow a higher transmission power. Both measures together can increase the maximum range of the radar. However, turning off the receiver during the transmission time (for example, by the inverted control voltage for the PIN diodes) reduces the time window in which an echo signal can be received. Any echo signals (in Figure 2 the blue channel) can only be received, if the control voltage has a low level (in Figure 2 the red channel). In Figure 2, this difference in time between the echo signal and the control voltage is colored in gray. This is often only a very short time. This means that the possibilities deteriorate for non-coherent signal integration. It can be received a small portion of the echo signal only. This reduces the energetic content of the received echo signals and consequently the maximum range of the radar. Echo signals from the close range have a bigger disadvantage than echo signals from larger distances. The effect is similar to the sensitive time control (STC) in a pulse radar. This kind of FMiCW radar is used for example in modern automotive radars (adaptive cruise control) in the frequency band 76 – 77 GHz. Each of the sub-pulses can be emitted in a slightly different side angle by switching the feed points of a patch antenna array for azimuth determination. FMiCW radar as a measuring range extension Figure 3: Oszillogramms for the block diagram Figure 3: Oszillogramms for the block diagram Figure 3: Oszillogramms for the block diagram As another solution, the methodology can be used to better exploiting the allowable transmitter bandwidth. The higher steepness of the frequency change then allows a higher resolution while maintaining the maximum possible range. In an FMCW radar in the ISM band (Industrial, Scientific and Medical Band) 24 GHz, the transmitter shall work only from 24.0 to 24.25 GHz. When using this transmitter bandwidth, a compromise must be found between resolution and maximum range of the radar. Using the FMICW radar method, the steepness of the change in frequency can be adjusted so that the transmitter, for example, has twice the bandwidth, therefore it operates from 24.0 to 24.5 GHz. When reaching the upper border of the ISM-Band (24.25 GHz), the transmitter signal is then switched off from the antenna: it will be emitted the allowed frequency range only. The echo signal can now have a much larger runtime than the duration of the radiated transmit signal. It is then compared with the much larger internal sawtooth (in Figure 3 the dashed extension of the transmitted signal).
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1
Frekans Modüleli Kesintili Sürekli-Dalga Radarı (FMKSD-radarı) anahtarı Resim 1: Bir FMKSD-radarı gönderim sinyalini kesmek için ilaveten bir PIN-diyot anahtarı kullanır. anahtarı Resim 1: Bir FMKSD-radarı gönderim sinyalini kesmek için ilaveten bir PIN-diyot anahtarı kullanır. (Etkileşimli resim) Frekans Modüleli Kesintili Sürekli-Dalga Radarı (FMKSD-radarı) Schalter Resim 1: Bir FMKSD-radarı gönderim sinyalini kesmek için ilaveten bir PIN-diyot anahtarı kullanır. Bir Frekans Modüleli Kesintili Sürekli-Dalga Radarı, FMKSD-radarının (ya da KFMSD-radarının) radar teknolojisinde çok özel bir yeri bulunmaktadır. Ölçüm yapılırken gönderim sinyali geçici olarak kesilir. Şeklen bu anlamda bu radar bir darbe radarıdır. Antene sinyal gönderilmesi durdurulduğu sırada da gönderici frekans üretimi sürdürür ve alıcıya frekansını aşağıya kaydırma işleminde kullanması için gerekli frekansı sağlar. Menzil hesaplanma ölçüm işleminde bir FMSD-radarında (Frekans Modüleli Sürekli Dalga) olduğu gibi güncel gönderim frekansı ile yankı sinyalinin taşıyıcı frekansı arasındaki fark kullanılır. Bu ölçüm intra-darbe modülasyonla çalışan bir darbe radarındaki işleyiş zamanı ölçümüne kesinlikle benzemez. Gönderim sinyalinin darbe biçimli modülasyonu Resim 2: Blok şeması için osilogram Resim 2: Blok şeması için osilogram Resim 2: Blok şeması için osilogram Saf FMSD-radarının FMKSD-radarına göre bazı üstünlükleri ve sakıncaları bulunmaktadır. Göndericinin devre dışı bırakılması gönderici ile alıcı arsındaki yalıtımı iyileştirmekte ve alıcı ile gönderici arasında artık herhangi bir „çapraz-karışma“ (crosstalk) meydana gelememektedir. Eğer gönderici yayın yapmazsa alıcı çok daha hassas çalıştırılabilir. Bu daha yüksek gücün yollanmasına imkân verir ve bu iki önlem sayesinde radar menzilini arttırır. Bununla beraber alıcının sinyal gönderimi sırasında devre dışı kalması (örneğin PIN-diyotlarına evirtik (inverted) kontrol gerilimi uygulanarak) bir yankı sinyalinin alınabildiği sırada zaman penceresini küçültür. Eğer kontrol gerilimi düşük-seviyede ise (Resim.2 de kırmızı kanal), o zaman sadece bir yankı sinyali alınabilir (Resim.2 de mavi kanal). Yankı sinyali ve kontrol gerilimi arasındaki bu zamansal fark Resim.2 de gri renk ile gösterilmiştir. Bu sıkça çok kısa bir zamandır. Bu bir evreuyumlu olmayan sinyal tümleştirmenin imkânlarını daha da kötüleşeceği anlamına gelir. Yankı sinyalinin sadece bir kısmı alınabilir, bu da radarın menzil yeteneğini azaltır. Yakın bölgeden gelen yankı sinyalleri, uzak menzillerden gelen yankı sinyallerine göre daha dezavantajlıdır. Bu etki bir darbe radarındaki Duyarlılık Zaman Kontrolünde (STC) etkiye benzer. Bu yöntem örneğin modern otomotiv radarlarında (uyarlanabilir seyir kontrol sisteminde) 76 – 77 GHz frekans bandında kullanılır. Azimut açısı tayininde ışıma bir yama anten grubundaki aralarında çok az azimut açısı farkı olan noktalardan yapılır. Ölçüm menzilini genişletebilen FMKSD-radarı Resim 3: Blok şeması için osilogram Resim 3: Blok şeması için osilogram Resim 3: Blok şeması için osilogram Müsaade edilen gönderici bant genişliğini daha iyi kullanabilmek için bir başka yöntem bulunmaktadır. Frekans değişim eğrisinin daha sert bir eğimi (slope) azami menzili kaybetmeksizin daha iyi bir menzil çözünürlük yeteneğine imkân sağlar. Bir FMSD-radar 24 GHz ISM-bandında (Industrial, Scientific and Medical Band) gönderici sadece 24,0 ila 24,25 GHz frekansları arasında çalışabilir. Bu bant genişliğini kullanırken çözünürlük yeteneği ile radarın en büyük menzili arasında bir seçim yapmamız, yani birinden taviz vermemiz gerekir. Bununla beraber FMKSD-radar yönteminde frekans değişiminin dikliği öyle ayarlanabilir ki gönderici iki misli bant genişliğinde örneğin 24,0 ila 24,5 GHz arasında çalışabilir. ISM-bandının üst sınırı 24,25 GHz ulaşıldığında gönderici antenden ayrılır: gerçekte sadece müsaade edilen frekanslar gönderilir. Şimdi yankı sinyali, yayınlanan gönderim sinyalinden çok daha uzun bir işleyiş süresine sahiptir. Nihayet içerde çok büyük testere dişi sinyalle karşılaştırılır (Resim.3 gönderilen sinyallin kesikli çizgi ile gösterilen kısmı) Örneğin yukardaki örnekte olduğu gibi bu modülasyon tekniği gönderici ile alıcı arasında yalıtımı iyileştirmek için (örneğin uçağa takılı SLAR gibi) bazı özel yerlerde kullanılır. Eğer göreceli uzun gönderim süresince alıcı keza devre dışı kalmışsa o zaman yeter büyüklükte bir en kısa ölçüm menzili imkânı ortaya çıkar. Buna karşın anahtarlama zamanı, bu en kısa ölçüm menzili uçuş yüksekliğinden daha küçük bir değeri için en uygun duruma getirilirse (örneğin 3000 m için 20 µs) bu yöntemle göndericiden alıcıya doğrudan gelen parazit yayınlarda eşzamanlı engellenerek daha iyi bir hassasiyetle üzerinde uçulan koridorun haritalanması mümkün olur.