Grundlagen der Radartechnik zur Füllstandmessung
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3. Radar-Füllstandsmesssysteme<br />
3<br />
3.6 FMCW-Radar<br />
3.6.1 Prinzip<br />
Beim FMCW-Radar wird ein linear frequenzmoduliertes Hochfrequenz-Signal verwendet; die<br />
Sendefrequenz steigt z.B. in einem Zeitintervall linear an (Frequenz-Sweep).<br />
Sen<strong>der</strong><br />
Mischer<br />
Differenzfrequenz f<br />
Antenne<br />
Verzögerungszeit<br />
t = 2a/c<br />
Frequenz<br />
f<br />
a<br />
Sen<strong>der</strong><br />
Reflektor<br />
Empfänger<br />
Zeit<br />
Bild 7<br />
Funktionsprinzip und<br />
Signalverlauf beim<br />
FMCW-Radar<br />
Durch die Verzögerungszeit während <strong>der</strong> Signalausbreitung än<strong>der</strong>t sich zwischenzeitlich<br />
die Sendefrequenz, so dass man aus <strong>der</strong> Differenz <strong>der</strong> momentanen Sendefrequenz und<br />
<strong>der</strong> Empfangsfrequenz ein nie<strong>der</strong>frequentes Signal (typisch bis einige kHz) erhält. Dessen<br />
Frequenz f ist proportional zum Reflektorabstand a; bei diesem Verfahren wird also die<br />
Verzögerungszeit t in eine Frequenz umgewandelt (df/dt ist die Sweepgeschwindigkeit):<br />
f = df/dt · t<br />
Technisch wird die Differenzfrequenz durch Mischung gebildet. Ist <strong>der</strong> Frequenz-Sweep linear,<br />
bleibt die Frequenz des Nie<strong>der</strong>frequenz-Mischsignal während des Sweepvorgangs konstant.<br />
Durch die niedrigen resultierenden Signalfrequenzen 8 ist die weitere Signalverarbeitung<br />
technisch einfach und sehr genau möglich. Gewöhnlich geschieht die Auswertung mittels<br />
digitaler Signalverarbeitung.<br />
3.6.2 Ausführung<br />
Bild 8 zeigt ein Ausführungs-Beispiel für ein FMCW-Radar-System 9 .Ein variabler Oszillator<br />
VCO wird von einem Mikroprozessor gesteuert, so dass <strong>der</strong> gewünschte Frequenz-Sweep<br />
entsteht. Dieses Signal wird verstärkt und über einen Stiftkoppler in die Sendeantenne eingespeist.<br />
Um eine gute Linearität des Sweeps zu gewährleisten, muss die augenblickliche Frequenz<br />
gemessen werden. Dieses geschieht durch Frequenzzählung nach Heruntermischen mit<br />
einer bekannten Frequenz (DRO).<br />
Das empfangene Signal wird über einen Richtkoppler ausgekoppelt, mit dem Sendesignal<br />
zusammengemischt und vom Mikroprozessor weiterverarbeitet.<br />
8<br />
im Gegensatz zum Puls-Radar-Verfahren<br />
9<br />
Die einzelnen elektronischen Komponenten werden in Kapitel 4 näher erläutert.<br />
Radarhandbuch 13
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