Prinsip-prinsip radar termodulasi-frekuensi dengan frekuensi pembawa konstan digunakan dalam interferometri untuk mengukur jarak ke objek dan kecepatannya. Ini dicapai dengan mentransmisikan sinyal FM dan mengukur perbedaan frekuensi antara sinyal yang diterima dan yang ditunda. Fokus utama dari proyek ini adalah pada pengembangan dan implementasi pembagi daya dan sirkuit mixer. Arsitektur radar ditunjukkan di bawah ini.
Arsitektur Doppler Radar
Splitter adalah directional coupler dengan jalur microstrip tembaga yang terhubung. Ketika arus listrik melewati garis mikrostrip dari papan sirkuit tercetak, medan listrik dan magnet muncul di antara microstrip dan bidang tanah pada sisi berlawanan dari substrat dielektrik. Di tengah microstrip, medan listrik seragam, tetapi ke arah tepi microstrip mengalir ke luar, merambat melalui batasnya. Efek ini memungkinkan Anda untuk menggabungkan energi dari dua garis mikrostrip yang secara fisik terletak berdekatan satu sama lain. Dalam hal keran listrik dan pembagi, ini sangat bermanfaat, dan dengan menyesuaikan jarak di antara mereka, Anda dapat menyesuaikan jumlah energi yang lewat di antara mereka ke nilai yang diinginkan.
Menggunakan Qucs, simulator rangkaian universal, penulis menghitung dimensi untuk konektor microstrip dan microstrip itu sendiri pada papan sirkuit tercetak. Beberapa dari mereka melakukan peran transformator impedansi gelombang 50 Ohm.
Sumbu vertikal adalah pelemahan dalam dB, dan sumbu horizontal adalah frekuensi dalam Hz.
Kurva biru (S11) adalah daya yang dipantulkan oleh konektor yang diperkecil di sekitar frekuensi dasar radar 2,4 GHz. Kurva merah (S13) adalah daya yang ditransmisikan terhubung melalui coupler, -12 dB sesuai dengan sekitar 6% dari daya. Hampir semua daya ditransmisikan seperti yang ditunjukkan oleh kurva merah muda (S12).
Penulis membuat prototipe pada substrat FR-1 microwave fiberglass dan mengukur parameter hamburan menggunakan penganalisa jaringan. Prototipe ditunjukkan di bawah ini.
Prototipe pembagi
Prototipe yang dibuat tidak tepat disetel ke frekuensi 2,4 GHz dan memiliki koefisien refleksi yang agak tinggi (-10 dB), namun, kopling daya (-17 dB) dan transmisi (-7 dB) sangat layak. Bagian dari kerugian itu jelas ditentukan oleh lemahnya koneksi antara konektor SMA dan PCB.
Rangkaian mixer terdiri dari mixer penjumlahan dan sirkuit RC dari penyearah setengah gelombang untuk mengisolasi amplop. Mixer penjumlahan adalah penggabung daya Wilkinson yang memiliki properti isolasi port yang sangat baik, dua port input (di sebelah kanan dalam gambar) dibagi menjadi setengah-gelombang (1,2 GHz) melalui combiner dan resistor.
Prototipe yang ditunjukkan di bawah ini juga dibuat dari fiberglass microwave FR-1 yang sama. Dan entah bagaimana ternyata jauh lebih estetika daripada splitter di atas, redaman sinyal mencapai -25 dB pada frekuensi 2,4 GHz, redaman sinyal maksimum sekitar -35 dB diamati lebih dekat ke frekuensi 3,5 GHz, yang menunjukkan bahwa panjang loop secara fisik terlalu kecil untuk properti prototipe kami, ternyata tidak cukup sama dengan seperempat dari panjang gelombang pada frekuensi 2,4 GHz.
Prototipe mixer
Setelah menguji prototipe, penulis mengembangkan papan yang menggabungkan semua modul yang ditunjukkan di atas dalam diagram struktural. Papan itu terukir pada substrat fiberglass FR-4, yang memiliki kira-kira relatif sama dengan FR-1.
Gambar papan setelah etsa dengan toner
Perbaikan dengan udara panas untuk menghilangkan toner
Ketika penulis akhirnya selesai memasang papan dan menghubungkannya ke generator fungsional yang memasok tegangan tuning ke VCO dan ke osiloskop yang mengukur tegangan pada output mixer, mereka tidak dapat mengukur nada detak, bahkan dengan "kubus" sudut yang sangat reflektif (ditunjukkan di bawah).
Pojok "kubus" untuk mencerminkan gelombang
Pada akhirnya, setelah memeriksa hampir semua frekuensi modulasi yang mungkin dan menempatkan papan di kotak pelindung, ditemukan bahwa pergerakan reflektor menyebabkan runout dengan frekuensi yang berbanding lurus dengan kecepatan reflektor.
Hasil ini mengkonfirmasi bahwa pembagi daya dan mixer berfungsi, sehingga radar Doppler dirancang. Reflektor yang bergerak menciptakan pergeseran Doppler, sehingga sinyal yang diterima memiliki frekuensi yang berbeda dari sinyal yang ditransmisikan, yang dapat diukur oleh penulis dengan menggunakan mixer.