Grundlagen der Radartechnik zur Füllstandmessung

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4.1.3 Silizium-Bauelemente
Auch bei Transistoren aus Silizium (Si) geht die Entwicklung immer weiter in Richtung
höherer Grenzfrequenzen. In den letzten Jahren wurden beachtliche Fortschritte erzielt, z.B.
mit der SIEGET-Familie 12 (Siemens Grounded Emitter Transistor), die zur Zeit mit Transitfrequenzen
13 bis zu 70 GHz erhältlich ist und genügende Verstärkung im Bereich bis etwa
15 GHz erzielt.
4.1.4 Laufzeitröhren
Mit Laufzeitröhren (z.B. Magnetron, Klystron) lassen sich große Mikrowellenleistungen (bis
einige kW) bei hohem Wirkungsgrad (80%) erzielen. Magnetrons werden z.B. in Mikrowellenöfen
(2.45 GHz) verwendet. Mit speziellen Laufzeitröhren lassen sich Frequenzen bis einige
100 GHz erzeugen.
Für Radar-Füllstandmessungen sind Laufzeitröhren nicht geeignet, da deren Abmessungen
zu groß sind und die hohen Leistungen nicht benötigt werden.
4.2 Oszillatoren zur Erzeugung höchstfrequenter Schwingungen
4.1.1 Festfrequenz-Sender
Oszillatoren für Systeme mit konstanter Sende-Frequenz (CW-Radar) werden meist mit
GaAs-FET, SIEGET oder Gunn-Dioden in bekannten Grundschaltungen aufgebaut.
4.2.2 DRO
Ein Oszillator für eine stabile Festfrequenz kann mit Hilfe eines dielektrischen Resonators
(meist Keramik) in Verbindung mit einem Verstärkerelement (z.B. GaAs-MESFET oder SIEGET)
realisiert werden, hierfür ist die Bezeichnung DRO = Dielectric Resonance Oscillator gebräuchlich.
Da die Resonanzfrequenz im wesentlichen von den geometrischen Abmessungen des
Resonators abhängt, wird eine sehr stabile Frequenz mit geringer Temperaturdrift garantiert.
In Messsystemen wird häufig ein DRO als Mischer-Referenz für die Bestimmung der Sendefrequenz
verwendet (siehe Bild 8).
4.2.3 VCO
Ein spannungsgesteuerter Oszillator (Voltage Controlled Oscillator) wird für Sender benötigt,
die frequenzmodulierte Signale senden. Durch eine Steuerspannung, die z.B. auf eine Kapazitätsdiode
(Varaktordiode) in einem Resonanzkreis wirkt, kann die Sendefrequenz variiert
werden, was zur Realisierung eines FMCW-Radars notwendig ist (siehe Bilder 8 und 11).
Bild 11
Schematischer Aufbau
einer Oszillatorschaltung
mit Transistor Tr
und Varaktordiode C var
12 Im Gegensatz zur Struktur eines Standard npn- oder pnp- Bipolar-Transistors sind beim SIEGET die frequenzlimitierenden
parasitären Effekte durch kurze Bondverbindungen, zwei Metallisierungsebenen und einen „vergrabenen“
Emitterbereich minimiert.
13 Die Transitfrequenz f T ist die aus dem mit - 20 dB/Dekade abfallenden Frequenzgang extrapolierte Frequenz,
bei der die Verstärkung auf 1 (0 dB) gesunken ist. Innerhalb des abfallenden Bereichs ist die Betriebsverstärkung
etwa: v = f T /f.
Radarhandbuch 17