Forum: HF, Funk und Felder Radar Signal Erzeugung


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von Vicky M. (vicky_m)


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Hallo alle zusammen,

ich habe eine Frage bezüglich der Signalerzeugung bei einem FMCW Radars. 
Viele Radars arbeiten heutzutage bei ca. 80GHz und haben eine Bandbreite 
von 1 GHz. Nun habe ich mich gefragt wie die Hersteller es schaffen eine 
Frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen bei 80GHz mit dieser Bandbreite.

Zum Beispiel anhand eines FPGA´s und einer Modulation mit Sägezahn:

Das Radarsignal wird in einem Voltage-Controlled Oscillator (VCO) 
erzeugt, welcher über eine Phase-Locked Loop (PLL) mit einer 
Referenzquelle stabilisiert wird.

Die Rampe kann man theoretisch mit einer DDS erzeugen. Einmal eine 
positive und negative Rampe.

Anschließend wird der VCO mit der DDS erzeugten Rampe angesteuert, so 
dass der VCO eine Sinus-Signal herausgibt, welches von 79,5GHz - 80,5GHz 
sich ändert.

Sieht dann ähnlich aus wie ein Chirp in diesem Bereich?!

Diese Schwingung wird Verstärkt und auf die Antenne gegeben 
(abgestrahlt). Ist das so korrekt?

Ist ein sauberer Sägezahn mit einer DDS und LUT am besten umzusetzen?

Vielen Dank für euere Unterstützung.

Beste Grüße

: Bearbeitet durch User
von Gustl B. (-gb-)


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DDS braucht man glaube ich nicht für einen Sägezahn.

von Thomas (Gast)


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Du erzeugst eine konstante Frequenz mit der Pll, und hast dann einen 
Mixer.
Der Vco sitzt ja in der Regelschleife der PLL, den kannst du nicht 
einfach modulieren.

von Vicky M. (vicky_m)


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Hm, jetzt bin ich ein wenig verwirrt. Ich dachte ich steuere mit dem 
Dreieck den VCO an. Wie schaffe ich sonst mein Signal zu modulieren?

Habe euch mal ein Bild angehangen

(Quelle: 
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwj_xYvmmeXkAhWF66QKHXf7B-kQFjABegQIBxAC&url=https%3A%2F%2Fpublikationen.bibliothek.kit.edu%2F1000062132%2F5489975&usg=AOvVaw2wKjrLZv11-xOc9-T4nquL)

von Vicky M. (vicky_m)


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Hallo alle zusammen,

ich habe eine Frage bezüglich der Signalerzeugung bei einem FMCW Radars.
Viele Radars arbeiten heutzutage bei ca. 80GHz und haben eine Bandbreite
von 1 GHz. Nun habe ich mich gefragt wie die Hersteller es schaffen eine
Frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen bei 80GHz mit dieser Bandbreite?

Zum Beispiel anhand eines FPGA´s und einer Modulation mit Sägezahn:

1.) Das Radarsignal wird in einem Voltage-Controlled Oscillator (VCO)
erzeugt, welcher über eine Phase-Locked Loop (PLL) mit einer
Referenzquelle stabilisiert wird.

2.) Die Rampe kann man theoretisch mit einer DDS erzeugen. Einmal eine
positive und negative Rampe.

3.) Anschließend wird der VCO mit der DDS erzeugten Rampe angesteuert, 
so
dass der VCO eine Sinus-Signal herausgibt, welches von 79,5GHz - 80,5GHz
sich ändert.

Sieht dann ähnlich aus wie ein Chirp in diesem Bereich?!

Diese Schwingung wird Verstärkt und auf die Antenne gegeben
(abgestrahlt). Ist das so korrekt?

Ist ein sauberer Sägezahn mit einer DDS und LUT am besten umzusetzen?

Vielen Dank für euere Unterstützung.

Beste Grüße

(Quelle 
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiwg5ngpOXkAhXGLFAKHa9TDHEQFjABegQIBBAC&url=https%3A%2F%2Fpublikationen.bibliothek.kit.edu%2F1000062132%2F5489975&usg=AOvVaw2wKjrLZv11-xOc9-T4nquL)

: Verschoben durch Moderator
von nachtmix (Gast)


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Vicky M. schrieb:
> aben eine Bandbreite
> von 1 GHz. Nun habe ich mich gefragt wie die Hersteller es schaffen eine
> Frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen bei 80GHz mit dieser Bandbreite?

Wo siehst du das Problem?
Jeder LNB einer SAT-Schüssel hat eine solche Bandbreite und mehr. Bei 
deutlich niedrigerer Frequenz.
Die Schwierigkeit wird eher darin bestehen sicherzustellen, dass der 
80GHz VCO unter allen Umständen (Exemplarstreuung, Temperatur, Nässe, 
Alterung) innerhalb des zugewiesenen Frequenzbandes bleibt.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Vicky M. schrieb:
> Vielen Dank für euere Unterstützung.
Ich habe die beiden Threads mal zusammengefasst (sieht jetzt halt ein 
wenig wild aus) und dorthin verschoben, wo sie generisch hingehören.

von Vicky M. (vicky_m)


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Lothar M. schrieb:
> Vicky M. schrieb:
>> Vielen Dank für euere Unterstützung.
> Ich habe die beiden Threads mal zusammengefasst (sieht jetzt halt ein
> wenig wild aus) und dorthin verschoben, wo sie generisch hingehören.

Vielen Dank dir und Entschuldigung für das Chaos.

von Dirk (Gast)


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@ Vicky M.

was soll der Mischer mischen?

Ich hätte nach dem VCO einen Splitter eingebaut und die VCO Frequenz 
einmal auf die Antennen und einmal auf den Mischer gegeben.
Den zweiten Anschluss für den Mischer kannst du vom Richtkoppler nehmen.

Du möchtest ja die zwei, in der Frequenz, verschobenen Signale mischen 
um die Differenz zu bekommen.

Problem wird aber sein, das du vermutlich nur die Modulaktionsfrequenz 
am Ausgang sehen wirst.

von Rübezahl (Gast)


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Man kann das ganze Mischgedöns auch einfacher im unteren Frequenzbereich 
erzeugen und anschließend die Frequenz und prozentual auch den Hub, mit 
einer Gunn- oder Varaktordiode auf höhere Frequenzen bringen.

von N. B. (saint1234)


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Hi,

Also aus Erfahrung kann ich dir sagen, dass die Signalerzeugung (FM 
Rampe) meistens in der PLL durch Delta-Sigma Modulatoren sowie fixen 
Frequenzteilern erzeugt wird. Meistens ist die Frequenzerzeugung auch 
bei niedrigeren Frequenzen z.B. 20GHz und wird dann über 
Frequenzverdoppler "hochgemischt". Das hat Vorteile in der Wahl der 
Referenzfrequenz, Ansteuerung des DS-Modulators und dem Design der PLL. 
Nachteile an dem Konzept sind schlechteres Phasenrauschen 
(~6dB/Frequenzverdoppler), sowie größerer Stromverbrauch, Spektraler 
Reinheit und komplexität des RF-Front ends.

@Dirk wenn das ein monostatic Zero IF transceiver ist, wird nach dem 
Koppler das aktuelle TX signal mit dem Zeitverschobenen RX signal in 
richtung DC gemischt 0-1GHz IF. Die von Vicky gezeigte Architektur hat 
jedoch zu viele Nachteile für eine praktische Implementierung.

Gruß

von Simon K. (simon) Benutzerseite


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Nico B. schrieb im Beitrag #6015904
> @Dirk wenn das ein monostatic Zero IF transceiver ist, wird nach dem
> Koppler das aktuelle TX signal mit dem Zeitverschobenen RX signal in
> richtung DC gemischt 0-1GHz IF. Die von Vicky gezeigte Architektur hat
> jedoch zu viele Nachteile für eine praktische Implementierung.
>
> Gruß

Wieso? Praktisch jedes Automobil Radar macht das so. Zusammen mit dem 
Delta Sigma Modulator plus PLL.

von N. B. (saint1234)


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@Simon

Das stimmt nicht. Die PLL + DSM ist Standard, jedoch fehlt das komplette 
analoge Front-End. PA, LNA, Mixer (üblich ist Quadratur mixer im RX 
Pfad). Zudem kann man über einen BPSK-Modulator vor der PA mit einem DSM 
modulationssignal einen besseren Chirp + Frequenzoffset erreichen, dass 
hilft vor allem gegen Blocker + verbessertes SNR der IF (Flicker noise 
und DSM noise können besser gefiltert werden oder fallen aus IF-Band 
raus)

Gruß,
Nico

von Kontext Bewahrer (Gast)


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Vicky M. schrieb:
> Ist ein sauberer Sägezahn mit einer DDS und LUT am besten umzusetzen?

Nicht im GHz-Bereich.
Diesen GHz-DDS-FPGA Bullshit wurde hier doch schon vor wenigen Tagen 
verrissen. Neuer Anlauf einen Dummen zu finden?

Beitrag "UpChirp / DownChirp mit Phasenmmodulation"

von Simon K. (simon) Benutzerseite


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Nico B. schrieb:
> @Simon
>
> Das stimmt nicht. Die PLL + DSM ist Standard, jedoch fehlt das komplette
> analoge Front-End. PA, LNA, Mixer (üblich ist Quadratur mixer im RX
> Pfad).
Einen PA und LNA braucht man nicht unbedingt, ein Mixer ist doch im 
Schaltbild vorhanden? Die grundlegende Funktionsweise von einem heutigen 
FMCW-Automobilradar ist dem was in dem Diagramm gezeigt ist schon sehr 
ähnlich. Quadratur-Mixer macht man eigentlich nur selten aufgrund des 
doppelten Hardware Aufwands. Vor Allem im Automobilbereich geht es um 
Kosten, Kosten und Kosten.

> Zudem kann man über einen BPSK-Modulator vor der PA mit einem DSM
> modulationssignal einen besseren Chirp + Frequenzoffset erreichen, dass
> hilft vor allem gegen Blocker + verbessertes SNR der IF (Flicker noise
> und DSM noise können besser gefiltert werden oder fallen aus IF-Band
> raus)
Flicker Noise und DSM-Noise spielen in der FMCW Radar Anwendung eine 
sehr stark untergeordnete Rolle, da das DSM Rauschen üblicherweise weit 
genug Abseits vom Träger erst zum Tragen kommt und es sich außerdem 
durch die in der Signalauswertung nachgeschaltete FFT des ZF-Signals 
über die Dauer der Sweepzeit wegmittelt.

Flicker Noise ist bei FMCW Radarsystemen gar kein Problem, da niedrige 
ZF Frequenzen nahen Zielen entsprechen und diese aufgrund der niedrigen 
Entfernung einen, im Vergleich zu weiter entfernten Zielen, sehr hohen 
Signalpegel aufweisen.

Einen BPSK Modulator habe ich abseits der Forschung in einem FMCW 
Automobilsystem (noch) nicht gesehen. Die kommende Generation der 
Automobilradarsysteme wird aber weg von FMCW hin zu Codemodulierten 
Systemen gehen. Da wird der BPSK Modulator dann wieder interessant, aber 
da das FMCW Verfahren komplett wegfällt sehen diese Systeme etwas anders 
aus als auf dem oben gezeigten Blockdiagramm.

Glaube mir, FMCW Automobilradarsysteme funktionieren praktisch alle nach 
dem oben gezeigten Diagramm. Ich bin schon einige Zeit in FMCW Radar 
Bereich unterwegs.

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