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24GHz雷达传感器开发指南

24GHz雷达传感器在各个行业被广泛运用的同时也凸显出雷达开发需要的技术门槛较高的难题。在这里分享一下基于RFbeam的24GHZ雷达传感器开发的一些经验和技巧。包括基础原理、开发工具、产品外壳设计、生产检测等、
工具/原料

多普勒模拟器、示波器、频谱仪等(开发套件ST-100、ST-200、ST-500可选) 

方法/步骤
1

探测动态目标的速度:    由振荡器振荡发出一个发射信号,其中一路经发射天线发射出去,一路又分流成两路分别进入I、Q 所在的通英牺道的混频器中,其中Q 通道的信号在混频之前还需先经90°的移相;接收天线接收到的回波信号,先经低噪声放大处理后,再分别经混频器与实时分流的两路信号进行混频;混频后得到的信号再经中频滤波放大处理,最终得到I、Q 两路中频信号。I、Q 两路中频输出信号中均携带有探测目标随川羞的速度信息。3.算法分析分析I、Q 其中一路信号,均包含有一个多普勒频率或信号差频ƒD,多普勒频率的计算如下ƒD =2 ƒ0··cosα                        (1)                       ƒD       多普勒频率或差频ƒ0        雷达的发射频率 v      运动物体的速度范围c0     光速α     运动的实际方向与传感器——目标连线之间的角度由以上公式可大致得到多普勒频率ƒD与径向运动速度v的对应关系(此时令α=0)。例如:44Hz (ƒD)﹦1km/h(v),8.8kHz(ƒD)﹦200km/h(v)。

2

探测静态目标的距离    探测静止物体的距离,即静态物体到传感器之间的距离,调制信号采用锯齿波即可。这是因为,此时的干扰大多为多普勒信号,而在抗干扰性能方面,锯齿波调制要优于三角波调制。选用线性升坡曲线或者降坡曲线作为发射频率的时间相关函数,并定期重复这些波,以期得到可能的平均值。》调制幅度:选取调谐曲线中线性度最好的一段确定Vtune 的调节范围。》调制频率:调制信号频率理论上最大不能超过150kHz

外壳设计

天线罩的设计主要是降低其对产品灵敏度和雷达天线波形图的影响。天线罩产生的任何反射信号都会降低雷达成品性能。相对于简单的多普勒雷达,天线罩的优劣对FMCW雷达更加重要,因为天线罩的反射信号通过FM信号影响到IF输出,以下2两点需要特别注意。1.天线罩厚度    天线罩材料的波长是一个重要参数。微波在通过天线罩时,其波长会比空气中要短,具体数值取决于材料的电容率 (即介电常数)。在此不便对阻抗变换的物理原理进行详细阐述,不过我们可以得出结论:  天线罩与微波天线的距离两者之间合理的距离有助于降低天线罩对信号的反射,当然我们无法达到完美。我们的目标是让反射回来的微波跟天线发送的微波在同一个相位。最佳的天线罩与微波天线的距离(基于24.125GHz微波而言)设计时应当避免两者距离小于6.2mm, 大于6.2mm无关紧要。 2.抗震性    正如上文所述,我们无法设计完美的天线罩。所以,微波天线和天线罩之间的相对运动(即震动)会在微波天线发生较大的电平信号。这些信号和运动物体产生的多普勒信号很相似,因此有可能会导致雷达出现误报。     综上,雷达的结构设计应该避免或者减少天线罩和天线之间的相对运动。 二)适用的天线罩材料天线罩材料必须是干燥而且是电绝缘的。请勿使用含有金属或者碳颗粒的涂料或者油漆。           材料的介电常数是已知的,以便计算最佳厚度。           选择消耗因素tan较低的材料,以降低微波信号的衰减。           通常情况下,只有在超过100MHz的情况下,介电常数和消耗因素tan才会特别说明。高频率情况下,介电常数会相对小一些。不同的材料,这两个参数可能会有很大不同。请咨询您的供应商了解所用材料的具体参数。

注意事项

©  请勿使用金属外壳©  请勿使用含有金属或者碳颗粒的涂料或者油漆©  天线罩与微波天线的距离应>=6.2mm©  最佳天线罩材料为聚碳酸酯(Polycarbonate)或者ABS©  最佳天线罩厚度为3-4mm©  应避免微波天线和天线罩之间的相对运动(即震动),以防产生干扰信号影响最终测量结果

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