Les principes du radar modulé en fréquence à fréquence porteuse constante sont utilisés en interférométrie pour mesurer la distance aux objets et leur vitesse. Ceci est réalisé en transmettant le signal FM et en mesurant la différence de fréquence entre les signaux reçus et transmis retardés. L'objectif principal de ce projet était le développement et la mise en œuvre de circuits diviseurs et mélangeurs de puissance. L'architecture du radar est illustrée ci-dessous.
Architecture du radar Doppler
Le séparateur est un coupleur directionnel avec des lignes de microruban en cuivre connectées. Lorsqu'un courant électrique passe le long de la ligne microruban de la carte de circuit imprimé, des champs électriques et magnétiques apparaissent entre la microruban et les plans de masse sur le côté opposé du substrat diélectrique. Au centre de la microruban, le champ électrique est uniforme, mais vers le bord de la ligne microruban, il s'écoule vers l'extérieur, se propageant à travers sa limite. Cet effet vous permet de combiner l'énergie de deux lignes microrubans physiquement proches l'une de l'autre. Dans le cas des prises de courant et des répartiteurs, cela est très bénéfique, et en ajustant la distance entre eux, vous pouvez ajuster la quantité d'énergie passant entre eux à la valeur souhaitée.
À l'aide de Qucs, un simulateur de circuit universel, les auteurs ont calculé les dimensions du connecteur microruban et du microruban eux-mêmes sur la carte de circuit imprimé. Certains d'entre eux ont joué le rôle de transformateurs d'impédance d'onde 50 Ohms.
L'axe vertical correspond à l'atténuation en dB et l'axe horizontal à la fréquence en Hz.
La courbe bleue (S11) est la puissance réfléchie par le connecteur minimisée autour de la fréquence fondamentale du radar 2,4 GHz. La courbe rouge (S13) est la puissance transmise connectée via un coupleur, -12 dB correspond à environ 6% de la puissance. Presque toute la puissance est transmise comme le montre la courbe rose (S12).
Les auteurs ont fabriqué un prototype sur un substrat de fibre de verre micro-ondes FR-1 et mesuré les paramètres de diffusion à l'aide d'un analyseur de réseau. Le prototype est illustré ci-dessous.
Prototype de séparateur
Le prototype créé n'était pas précisément réglé sur une fréquence de 2,4 GHz et avait un coefficient de réflexion assez élevé (-10 dB), cependant, le couplage de puissance (-17 dB) et la transmission (-7 dB) étaient très décents. Une partie des pertes était évidemment déterminée par la faible connexion entre les connecteurs SMA et PCB.
Le circuit mélangeur se compose d'un mélangeur sommateur et d'un circuit RC d'un redresseur demi-onde pour isoler l'enveloppe. Le mélangeur sommateur est un combinateur de puissance Wilkinson qui possède une excellente propriété d'isolation des ports, les deux ports d'entrée (à droite sur la figure) sont divisés en demi-ondes (1,2 GHz) via le combineur et la résistance.
Le prototype illustré ci-dessous a également été fabriqué à partir de la même fibre de verre micro-ondes FR-1. Et en quelque sorte, il s'est avéré être beaucoup plus esthétique que le séparateur ci-dessus, l'atténuation du signal a atteint -25 dB à une fréquence de 2,4 GHz, l'atténuation maximale du signal d'environ -35 dB a été observée plus près d'une fréquence de 3,5 GHz, ce qui indique que la longueur de la boucle était physiquement trop petite pour les propriétés de notre prototype, il s'est avéré qu'elle n'était pas tout à fait égale au quart de la longueur d'onde à une fréquence de 2,4 GHz.
Prototype de mélangeur
Après avoir testé les prototypes, les auteurs ont développé une carte qui combine tous les modules montrés ci-dessus dans le schéma structurel. Le panneau a été gravé sur un substrat en fibre de verre FR-4, qui a approximativement la même permittivité relative que FR-1.
Image de la planche après gravure avec du toner
Raffinement à l'air chaud pour éliminer le toner
Lorsque les auteurs ont finalement terminé l'installation de la carte et l'ont connectée à un générateur fonctionnel qui fournit la tension d'accord au VCO et à un oscilloscope qui mesure la tension à la sortie du mélangeur, ils n'ont pu mesurer aucune tonalité de battement, même avec un `` cube '' angulaire hautement réfléchissant (illustré ci-dessous).
Coin "cube" pour refléter la vague
Finalement, après avoir vérifié presque toutes les fréquences de modulation possibles et placé la carte dans la boîte de blindage, il a été constaté que le mouvement du réflecteur conduisait à un faux-rond avec une fréquence directement proportionnelle à la vitesse du réflecteur.
Ce résultat a confirmé que le diviseur de puissance et le mélangeur fonctionnaient, de sorte que le radar Doppler a été conçu. Un réflecteur en mouvement crée un décalage Doppler, de sorte que le signal reçu a une fréquence différente du signal transmis, que les auteurs ont pu mesurer à l'aide d'un mélangeur.