![](https://habrastorage.org/webt/f9/95/bz/f995bznpqgkzqi5h8ymlzw8acvw.jpeg)
Принципы частотно-модулированной радиолокации с постоянной частотой несущей используются в интерферометрии для измерения расстояния до объектов и их скорости. Это достигается путём передачи ЧМ сигнала и измерения разницы в частоте между задержанным принятым и передаваемым согналами. Основное внимание в этом проекте было уделено разработке и внедрению схем делителя мощности и микшера. Архитектура радара показана ниже.
![](https://habrastorage.org/webt/y_/ng/mp/y_ngmpoyjdfgehjpyahqjsflhw4.png)
Архитектура радара на допплеровском эффекте
Разветвитель представляет собой направленный ответвитель со связанными медными микрополосковыми линиями. Когда электрический ток проходит по микрополосковой линии печатной платы, появляются электрическое и магнитное поля между микрополосковой и заземляющей плоскостями на противоположной стороне диэлектрической подложки. В центре микрополоски электрическое поле однородно, но по направлению к краю микрополосковой линии оно перетекает наружу, распространяясь через её границу. Этот эффект позволяет объединять энергию двух микрополосковых линий, физически расположенных близко друг к другу. В случае силовых ответвителей и сплиттеров это весьма выгодно, и, регулируя расстояние между ними, можно отрегулировать количество энергии, проходящее между ними, до желаемой величины.
Используя Qucs — универсальный симулятор цепи, авторы рассчитали размеры для микрополоскового соединителя и самих микрополосок на печатной плате. Часть из них выполняли роль трансформаторов волнового сопротивления 50 Ом.
![](https://habrastorage.org/webt/ms/eb/qm/msebqmbdp862euctsadfs3l52q4.png)
Вертикальная ось — это величина затухания в дБ, а горизонтальная ось — это частота в Гц.
Синяя кривая (S11) — это мощность, отражаемая соединителем, минимизируемая вокруг основной частоты радара 2,4 ГГц. Красная кривая (S13) — это передаваемая мощность, подключённая через ответвитель, -12 дБ соответствует примерно 6% мощности. Почти вся мощность передаётся, как показано розовой кривой (S12).
Авторы изготовили опытный образец на подложке из СВЧ стеклотекстолита FR-1 и измерили параметры рассеяния с помощью сетевого анализатора. Прототип показан ниже.
![](https://habrastorage.org/webt/5g/hx/05/5ghx051pqhx9taziwr9e7ibcha4.jpeg)
Прототип разветвителя
Созданный прототип не был точно настроен на частоту 2,4 ГГц и имел достаточно высокий коэффициент отражения (-10 дБ), однако связь по мощности (-17 дБ) и передача (-7 дБ) были очень приличными. Часть потерь очевидно определялась слабой связью между разъёмами SMA и PCB.
Схема микшера состоит из суммирующего микшера и RC-цепи полуволнового выпрямителя для выделения огибающей. Суммирующий микшер — это силовой сумматор Уилкинсона, который обладает прекрасным свойством изоляции портов, два входных порта (справа на рисунке) разделены на полволны (1,2 ГГц) через сумматор и резистор.
Прототип, изображенный ниже, был также изготовлен из того же СВЧ стеклотекстолита FR-1. И он каким-то образом оказался намного более эстетичным, чем приведённый выше разветвитель, ослабление сигнала достигла -25 дБ на частоте 2,4 ГГц, максимальное значение ослабления сигнала около -35 дБ наблюдалась ближе к частоте 3,5 ГГц, что указывает на то, что длина петли была физически слишком мала для свойств нашего прототипа, она получилась не совсем равной четверти длины волны на частоте 2,4 ГГц.
![](https://habrastorage.org/webt/0w/fs/3b/0wfs3bkffsvnian0rattv6glst0.jpeg)
Прототип микшера
После тестирования прототипов авторы разработали плату, объединяющую все модули, показанные выше на структурной схеме. Плата была вытравлена на подложке из стеклотекстолита FR-4, которая имеет примерно такую же относительную диэлектрическую проницаемость, как и FR-1.
![](https://habrastorage.org/webt/ln/gl/in/lnglinh1bt2q5iyeptislwz4s3u.jpeg)
Изображение платы после травления с тонером
![](https://habrastorage.org/webt/xx/hb/c5/xxhbc5--ycykgt-3hhealydx5so.jpeg)
Доработка горячим воздухом для удаления тонера
Когда авторы наконец закончили монтаж платы и подключили её к функциональному генератору, подающему напряжение настройки на ГУН и к осциллографу, измеряющему напряжение на выходе микшера, они не смогли измерить никакого тона биений, даже с высокоотражающим металлическим угловым «кубом» (показан ниже).
![](https://habrastorage.org/webt/f9/95/bz/f995bznpqgkzqi5h8ymlzw8acvw.jpeg)
Угловой «куб» для отражения волны
В конечном итоге после проверки практически всех возможных частот модуляции и размещения платы в экранирующую коробку, было установлено, что перемещение отражателя приводило к биению с частотой, прямо пропорциональной скорости движения отражателя.
Этот результат подтвердил, что делитель мощности и микшер работали, таким образом был спроектирован допплеровский радар. Движущийся отражатель создает допплеровский сдвиг, так что принимаемый сигнал имеет частоту, отличную от передаваемого сигнала, которую авторы смогли измерить с помощью микшера.
Комментарии (8)
drWhy
11.06.2019 16:07Будущее рядом! Микрополоски на 6 ГГц ЛУТ'ом в массы! Достойный проект, красивая реализация, заслуженный результат.
В качестве развития можно предложить цельный вычислитель на микрополосковых линиях, без активных элементов.
REPISOT
11.06.2019 16:49Перевод так себе. Как будто чистый гуманитарий переводил. Вот что это?
Это достигается путём передачи ЧМ сигнала и измерения разницы в частоте между задержанным приёмным и передаваемым согналами.
Что за «приемный сигнал»? Почему не «принятый»? И вообще глянул оригинал, так тут не перевод, а вольный пересказ. Или ссылка дана не на источник. Потому что в статье по ссылке вообще не упоминается материал плат.
RV3EFE
11.06.2019 17:47помнится делал я UHF RFID. очень похожая была блок схема. ответвитель направленный был готовым компонентом. не нужно было махаться с микрополосковыми линиями. с ним сложности. а на ГГц они при покрытии меди окислом ещё и параметры свои поменяют. надо лаком покрыть. имхо: можно было сделать изящнее. согласен, кстати. перевод не очень тех.
VT100
11.06.2019 21:31+1Таки да, перевод несколько хромает. Помимо того, «микрополоска» это «микрополосковая линия» — это ещё и не радар как таковой, а допплеровский измеритель скорости.
Нечто аналогичное использ[уется/овалось] в радиовзрывателях [миномётных мин]. Одна и та-же лампа используется и как задающий генератор, и как смеситель. По мере приближения к земле — растёт уровень и частота разностного сигнала на выходе смесителя и при заданном уровне производится подрыв для более эффективного применения шрапнели.drWhy
11.06.2019 22:52МикрополоскИ, а не микрополОски. Разговорное сокращение от микрополосковых линий, да.
Да, могут реализовывать антенны. Могут фильтры.
Никто не мешает сделать на них основные логические элементы. Чем не вычислитель?
А ещё у них может быть околонулевое затухание.
Javian
Как-то обрывается на невнятных результатах. Есть более сложный вариант этой идеи hforsten.com/third-version-of-homemade-6-ghz-fmcw-radar.html
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/comment_images/bad/3b5/2d0/bad3b52d0bdecf7c15f35786a8766c6b.png)
drWhy
Начинка существенно отличается. Сегодняшний вариант более достоин гика-пуриста, луддита, если угодно. И точно более «homemade».