http___radartutorial.de_02.basics_FMKSD-radar_C4_B1.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 4.2 5.1 6.1 7.1 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 15.1 15.2 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 20.2 21.1 21.2 22.1 22.2 22.3 22.4
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 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. Nomally the transmit signal will leak into the receiver directly at a FMCW-radar. At a 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 a 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 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. Thi 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: Oscillograms for the block diagram Figure 3: Oscillograms for the block diagram Figure 3: Oscillograms 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 işaretini kesmek için ilaveten bir PIN-diyot anahtarı kullanır. anahtarı Resim 1: Bir FMkSD-radarı gönderim işaretini 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 işaretini kesmek için ilaveten bir PIN-diyot anahtarı kullanır. Bir Frekans Modüleli kesintili Sürekli Dalga-radarının (FMkSD-radar) radar teknolojisinde çok özel bir yeri bulunmaktadır. FMkSD-radarı olarakta adlandırılan bu radarda ölçüm yapılırken üretilen gönderim işaretinin antene ulaşması geçici olarak kesilir. Bu anlamda radar bir darbe radarıdır. Antene işaret gönderilmesi durdurulduğu sırada da gönderici frekans üretimi sürdürmeye devam eder ve alıcıya aşağıya-karıştırma (down-converting) işleminde kullanması için gerekli frekansı sağlar. Bir FMSD-radarında olduğu gibi, menzil tayini için ölçüm işleminde güncel gönderim frekansı ile yankı işaretinin taşıyıcı frekansı arasındaki frekans farkı kullanılır. Bu ölçüm darbe-içi modülasyonla çalışan bir darbe radarındaki saf yürütme zamanı (runtime) ölçümüne kesinlikle benzemez. Gönderim işaretinin darbe biçimli modülasyonu Resim 2: Blok şeması için osilogram Resim 2: Blok şeması için osilogram Resim 2: Blok şeması için osilogram FMkSD-radarının saf FMSD-radarına göre bazı üstünlükleri ve sakıncaları bulunmaktadır. Göndericinin devre dışı bırakılması, gönderici ile alıcı arasındaki yalıtımı iyileştirmekte ve alıcı ile gönderici arasında artık herhangi bir „çapraz-karışma“ (crosstalk) meydana gelememektedir. Eğer gönderici yayın yapmazsa alıcı çok daha duyarlı çalıştırılabilir. Bu daha yüksek bir gücün yollanmasına imkân verir ve bu iki önlem sayesinde radarın menzili artar. Alıcının, gönderim sırasında devre dışı kalması sonucunda (örneğin, bu sırada PIN-diyotlarına evirtik (inverted) kontrol gerilimi uygulanması ile) bir yankı işaretinin alınabildiği zaman penceresi daralır. Eğer dikdörtgen darbe biçimindeki anahtarlama gerilimi (Resim.2 de kırmızı kanal) düşük seviyede ise bir yankı işareti alınabilir (Resim.2 de mavi kanal). Yankı işareti ve kontrol gerilimi arasındaki bu zamansal fark bölgesi Resim.2 de gri renk ile gösterilmiştir. Bu genellikle çok kısa bir zamandır ve sonuç olarak, bir evreuyumlu-olmayan darbe tümleştirme imkânları daha da kötüleşir. Yankı işaretinin sadece bir kısmı alınabilir, bu da radarın olası enerjik menzil sınırını azaltır. Yakın bölgeden gelen yankı işaretleri, uzak menzillerden gelen yankı işaretlerine göre çok daha olumsuz etkilenir ve sonuçta bir darbe radarındaki Duyarlılık Zaman Kontrolündeki (STC) etkiye benzer bir etki meydana gelir. Bu yöntem örneğin, seyir halindeki bir aracın öndeki araca göre açıklığını ayarlayan (adaptive cruise control), 76 – 77 GHz frekans bandında çalışan modern otomotiv radarlarında kullanılır. Azimut açısının tayininde ışıma, bir yama anten grubunda aralarında çok az azimut açısı farkı bulunan değişik noktalardan gerçekleşir. Ölçüm menzilini genişletebilen FMkSD-radarı Resim 3: Blok şeması için osilogram Resim 3: Blok şeması için osilogram Resim 3: Blok şeması için osilogram Yerel yönetimlerce izin verilen gönderici bant genişliğini daha iyi kullanabilmek için bir başka yöntem daha bulunmaktadır. Bu yöntemle daha büyük bir dikliğe (slope) sahip frekans değişim eğrisi ile ölçülebilecek en büyük menzili kaybetmeksizin, daha yüksek bir menzil çözünürlük yeteneği elde edilir. Bir FMSD-radar göndericisi 24 GHz ISM-bandında (Industrial, Scientific and Medical Band) sadece 24,0 ila 24,25 GHz frekansları arasında çalışabilir. Bu bant genişliğini verimli kullanabilmek için radarın çözünürlük yeteneği ile en büyük menzil parametreleri arasında bir seçim yapmamız, yani birindeki daha fazla bir getiri için diğerinden bir miktar vaz geçmemiz gerekir. Bununla beraber FMkSD-radar yönteminde frekans değişiminin dikliği öyle ayarlanabilir ki, gönderici iki misli bir bant genişliğinde, örneğin 24,0 ila 24,5 GHz arasında da çalışabilir. ISM-bandının üst sınırı 24,25 GHz ulaşıldığında gönderici ile anten arasındaki bağlantı kesilir: sadece izin verilen frekans bölgesinde bir ışıma gerçekleşir. Artık yankı işareti, yayınlanan gönderim işaretinin süresinden çok daha uzun bir yürütme zamanına (runtime) sahiptir. En sonunda dâhili çok büyük testere dişi işaretle karşılaştırılır (Resim.3 de gönderilen işaretin kesikli çizgi ile gösterilen uzamış kısmı). Yukardaki örnekte olduğu gibi, bu modülasyon tekniği gönderici ile alıcı arasında yalıtımı iyileştirmek için (örneğin Uçağa Takılı Yana Bakan Radar (SLAR) gibi) bazı özel yerlerde kullanılır. Nispeten uzun gönderim süresince alıcı yine devre dışı kalmışsa, o zaman yeterli büyüklükte bir en kısa ölçüm menzili imkânı ortaya çıkar. Buna karşın anahtarlama zamanı, bu en kısa ölçüm menzili, uçuş yüksekliğinden daha küçük olacak bir değeri sağlamak üzere en uygun duruma getirilirse (örneğin 3000 m için 20 µs), bu yöntemle göndericiden alıcıya doğrudan gelen parazit yayınlar eşzamanlı engellenebilir ve üzerinde uçulan koridorun daha iyi bir duyarlılıkla haritalanması mümkün olur.