Hallo Zusammen, im Rahmen eines Studienprojektes soll ich einen Monopulsempfänger zur Winkelmessung realisieren, um ein Modellauto zu orten. Folgendes ist gegeben: - Zwei Modellautos - beide sind mit Funkmodulen im 2,4 GHz Band ausgestattet Nun soll es so sein, dass ein Auto das andere orten kann, d.h. zumindest den Azimuthwinkel, wo sich das andere Auto momentan befindet. Das ganze muss nicht auf sehr weite Entfernungen geschehen, ca. 3-4 Meter. Mein Gedanke war es nun einen Monopulsempfänger (evtl. mit Sendeeinheit) aufzubauen. So dass ich eine Sendeantenne habe und zwei Empfangsantennen. Mit den Empfangsantennen wird mit einem 180° Hybridkoppler die Summe und die Differenz gemessen, und daraus dann irgendwie über eine Kalibriertabelle oder ähnliches der Winkel bestimmt (Die Platine möchte ich gerne selber designen, d.h. auch den Koppler, und den Rest der Schaltung). So jetzt ist meine Frage an Euch, ist das so zu realisieren, und kann das in der von mir geschilderten Form geschehen. Ich bin zwar nicht komplett unerfahren auf diesem Gebiet, allerdings ist das für mich auch ziemliches Neuland, sodass ich für alle weiterführenden Ratschläge sehr dankbar bin. Viele Grüße Sebastian
Ich sage mal nein. In einem Raum wirst auch Reflektionen von den Wänden bekommen. Radar verhält sich ähnlich wie Ultraschall (Eifallswinkel = Ausfallswinkel).
@Frankl Danke dir erst mal. Fading (Mehrwegausbreitung) ist ein bekanntest "Problem" allerdings kann man dabei soweit ich weiß einiges wegplausibilisieren.... Des weiteren soll es erst einmal funktionieren, d.h. egal ob drinnen oder draußen, hauptsache ist, dass ich ein Ergebnis bekomme. Und das es funktionieren kann, hat z.B. "Merrill Skolinik" in seinem Radar Handbook schon beschrieben, sodass ich dazu ein paar Tipps zur praktischen Umsetzung benötige, d.h. welche Platinen mit welchem Epsilon r, welcher HF Switch, Amplituden -oder Phasenmessung, usw... Gruß
Die Mehrwegeausbreitung kann zu Problemen führen, aber Monopuls schätzt normalerweise den Winkel des stärksten einfallenden Signals. D.h. ab einigen dB (10 reichen normal) kriegst du den Winkel des stärkeren Signals, was auch der Direktpfad sein sollte. Zweitens bewegen sich die Objekte, die Mehrwegeausbreitung ist daher nicht stabil, der Direktpfad schon. Mit ein wenig Tracking ist die Reflektion dann weg. Ansonsten: 2 Antennen ist gut, mehr sind besser. Amplitudenvergleich ist bevorzugt. Wenn du die zwei einmal addierst und einmal subtrahierst, bekommst du zwei verschiedene Richtcharakteristiken, d.h. für einen Einfallswinkel zwei verschiedene Amplituden. Das Verhältnis bilden und in einer Lookup-Table nachschlagen reicht. (Zur Not noch ein wenig interpolieren). Kommt halt drauf an wie genau du die Winkel haben willst. Kalibrieren musst du allerdings immer, und die Genauigkeit der Kalibrierung entscheidet über die Genauigkeit der Winkelschätzung. Falls du keinen elektronischen Scan haben möchtest kannst du auch über einen mechanischen Scan nachdenken. Oder, je nach Frequenzbereich, einfach mehrere Antennen mit größerer Richtwirkung verwenden und einen einfachen Amplitudendetektor. Multichannel ADC und du kannst direkt vergleichen, insbesondere auch einen größeren Winkelbereich abdecken. Mit zwei Antennen wirst du keine 360° abdecken können (jedenfalls nicht eindeutig)...
@Radarmensch Danke für deine ausführliche Erklärung. Ich glaub in der Theorie hab ich das fürs erste soweit verstanden. Mein großes Problem liegt nun bei dem Design eines entsprechenden Layouts und die Auswahl der Komponenten die am besten bzw. überhaupts dafür geeignet sind. Nach deiner sehr gute Schilderung hege ich die Hoffnung, dass du vielleicht weißt wie ich da am besten ran gehe. Gibts evtl. soetwas wie ein Beispiel?
Naja, kommt auf die Frequenz drauf an. Die meisten Radar-Systeme sind ja im GHz-Bereich, ich bin mir nicht so sicher ob man das im Hobby noch hinkriegt. 2,4GHz soll ja auf FR4 noch ganz gut gehen. Aber wenn du da noch nichts gemacht hast in dem Bereich dann rate ich dir da jetzt nicht zu... Ansonsten sollte im Skolnik was dazu stehen. Kernidee ist schließlich, eine Winkelabhängigkeit durch die Antennen zu erzeugen. Dazu kannst du parallel mit mehreren Antennen arbeiten, oder über die Zeit das Antennendiagramm verändern - z.B. durch Umschalten. Wenn du das auf 2,4GHz machen willst (da senden die Teile ja ohnehin schon?), dann bau doch einfach mal einen Detektor für die Frequenz, um ein Gefühl zu bekommen. Tut das, dann musst du nur noch umschaltbare Antennen bauen, oder mehrere Detektoren... Umschalten sollte eigentlich auch per PIN-Dioden gehen, die 180° durch ne lange Leitung (lambda/2 sind ungefähr 6cm dazu noch das epsilon-r macht noch weniger). Letztlich gibts da viele Möglichkeiten. Ich bin mehr der Signalverarbeiter, ich lasse das Radar bauen ;-) Dann kommt mein Part, die Winkel schätzen... Ich weiß nicht welchen Background du hast, insbesondere bei HF. Und noch wichtiger, welche Messmittel... Auch ne Idee wäre, das für UKW-Radio mal aufzubauen und ein Gefühl dafür zu kriegen... Vielleicht finde ich auch ein Paper dazu, das im Netz frei verfügbar ist. Grüße Michael
@Michael Man merkt schon dass du viel Ahnung davon hast. Was auf diesem Gebiet echt selten der Fall ist, wie ich leider in den letzten Tagen feststellen musste. Irgendwie trauen sich da viele nicht so wirklich ran... Vielen Dank nochmal!!! (Wenn du noch ein Paper finden würdest, wäre das sehr hilfreich für mich) Ich hab mir jetzt gedacht ich mach es folgendermaßen. Ich nehme eines meiner Funkmodule, die bei 2,4GHz senden, dieses lasse ich kontinuierlich senden. Das ist der Sendeteil. Weiter werde ich mir dann eine Platine designen, darauf kommen zum einen 2 * 2,4GHz SMD Antennen. Von einer dieser Antennen gehe ich auf einen 90° Phasenschieber (einfach lambda/4 Streifenleitung) und dann weiter auf einen 3dB Richtkoppler, in Form von 4 quadratisch angeordneten lambda/4 Streifenleitungen (das ist mein Addierer und Summierer). Mit dem anderen Antennenport gehe ich direkt auf den Richtkoppler. Die Summe und die Differenz (an dem jeweiligen Ausgangsport) gebe ich dann auf einen HF-Switch, den ich mit dem uC getaktet permanent umschalte, und dieses Signal wird dann im Empfänger ausgewertet. Klingt das einigermaßen plausiebel und vor allem funktionsfähig? Meinst du, dass ich vor dem HF Switch noch eine Art Verstärker benötige? Wie könnte ich das mit dem Empfänger realisieren, ich brauch ja dazu irgendeinen uC der Signalstärken relativ gut auswerten kann... das ist mir noch eher unklar. Grüße Sebastian
Ok. Im Prinzip sollte das so funktionieren. Wegen dem Verstärker, da kommt es auf die Empfindlichkeit drauf an, und die Leitungs- und Schaltverluste. Schaden würde es nicht denk ich mal... Da gibt es ja Standard-MMICs für 50Ohm das sollte es eigentlich tun, die Rauschzahl ist nicht so schlecht, auch wenn noch einiges mehr ginge (aber das ist Aufwand). Damit wären auch ein wenig die Antennen entkoppelt von dem Koppler. Die Amplitudendetektion ist ein anderes Thema. Du könntest z.B. einen AD8311 verwenden, der hat quasi alles integriert. Oder selber einen Amplitudendetektor aus einer geeigneten Diode bauen. Oder oder oder, da gibt es viele Möglichkeiten. Sobald du die Amplitude hast, kannst du mit einem AD-Wandler die einlesen. Wenn du zwei Detektoren baust, kannst du dir den Schalter sparen. Damit bist du gegen Fading auch besser geschützt, weil durch die Schalterei muss das Signal gleich stark bleiben während der Umschaltung - praktisch musst du sehr schnell schalten damit nichts passiert (pi mal Daumen einige kHz mindestens) und dein Detektor muss dafür schnell genug sein. Ein Problem hast du allerdings noch, das Difference-Antennenpattern ist symmetrisch um 0° herum. D.h. du kannst zwar Winkel schätzen, aber nicht rausfinden ob die positiv oder negativ sind. Letztlich hast du damit einen nutzbaren Winkelbereich von sagen wir mal +10°...+80°. Du müsstest noch das Vorzeichen detektieren, da ein Phasensprung im Pattern bei 0° auftritt, um die Seite zu erkennen. Damit wärst du bei -80°...80° mit schlechten Schätzungen um die 0° (wegen der Nullstelle im Pattern, da kommt einfach nur noch Rauschen an). Sobald du die AD-Werte im uC hast ist es nur noch bischen in der Tabelle nachschlagen und rechnen, das ist fast schon geschenkt. Grüße Michael
@Michael das mit dem AD8311 ist eine sehr gute Idee, dazu gibt es auch ein Eval-Board dass ich nutzen könnte. Deweiteren ist das mit den 2 Dedektoren, die beste Lösung. Ich werde mich jetzt mal daran machen und ein Design erstellen. Ich denke dann werden sich bald die nächsten Fragen ergeben:-) Aber soweit herzlichen Dank für die Mühe die du dir gemnacht hast. Viele Grüße Sebastian
Dann bist du ja erstmal beschäftigt :-) Viel Spaß und Erfolg! Bin mal gespannt wie es klappt. Mich persönlich würde passive radar reizen z.B. mit UKW-FM oder DVB-T, aber da ich beruflich (Doktorand) gerade genug von Radar hab schieb ich das für die nächsten Jahre, wenn ich wieder etwas Abstand habe... Grüße Michael
Kann mir jemand grundlegnede Fragen beantworten? Senden die 2 Antennen synchron? Was ist ein Impuls? Impuls=Periode? Sendet jede Antenne nur linear in eine Richtung oder breitflächig in der ebene oder sogar im Raum? Wird die Entfernung und der Winkel durch die dauer des "Echos" bestimmt? Gruß Jumper
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