多普勒测速仪



具有恒定载波频率的调频雷达原理在干涉测量中用于测量到物体的距离及其速度。 这是通过发送FM信号并测量延迟的接收信号和发送信号之间的频率差来实现的。 该项目的主要重点是功率分配器和混频器电路的开发和实施。 雷达的架构如下所示。



多普勒雷达架构


分离器是具有连接的铜微带线的定向耦合器。 当电流沿着印刷电路板的微带线流动时,在电介质基板另一侧的微带和接地层之间会出现电场和磁场。 在微带线的中心,电场是均匀的,但它朝向微带线的边缘向外流动,并通过其边界传播。 此效果使您可以组合物理上彼此靠近的两条微带线的能量。 对于电源分路器和分路器,这是非常有益的,并且通过调节它们之间的距离,可以将它们之间通过的能量调节至所需值。

使用通用电路模拟器Qucs,作者计算了微带连接器的尺寸以及微带本身在印刷电路板上的尺寸。 他们中的一些人扮演了50欧姆的波阻抗变压器的角色。



纵轴是衰减,以dB为单位,横轴是频率,以Hz为单位。

蓝色曲线(S11)是连接器反射的功率,在2.4 GHz雷达的基本频率附近最小。 红色曲线(S13)是通过耦合器连接的发射功率,-12 dB相当于功率的6%。 如粉红色曲线所示,几乎所有功率都被传输(S12)。

作者在FR-1微波玻璃纤维的基板上制作了原型,并使用网络分析仪测量了散射参数。 原型如下所示。



分离器原型


所创建的原型无法精确地调谐到2.4 GHz的频率,并且具有相当高的反射系数(-10 dB),但是,功率耦合(-17 dB)和传输(-7 dB)非常不错。 损耗的部分显然是由SMA与PCB连接器之间的连接不良所决定的。

混频器电路由求和混频器和半波整流器的RC电路组成,以隔离包络。 求和混频器是具有出色端口隔离性能的Wilkinson功率组合器,两个输入端口(在图的右侧)通过组合器和电阻器分成半波(1.2 GHz)。

下面显示的原型也由相同的FR-1微波玻璃纤维制成。 某种程度上它比上面的分离器更加美观,在2.4 GHz频率下信号衰减达到-25 dB,在接近3.5 GHz频率时观察到最大信号衰减约为-35 dB,这表明由于环路长度在物理上太小,无法满足我们原型的性能要求,因此发现它并不完全等于2.4 GHz频率下波长的四分之一。



搅拌机原型


在对原型进行测试之后,作者开发了一块电路板,该电路板结合了结构图中上面显示的所有模块。 将该板刻在FR-4玻璃纤维基板上,该基板的相对介电常数与FR-1大致相同。



用碳粉蚀刻后的电路板图像



用热风精制以去除碳粉

当作者最终完成板子的安装并将其连接到向VCO提供调谐电压的功能发生器以及测量混频器输出电压的示波器时,即使具有高反射角“立方体”(如下所示),他们也无法测量任何拍音。



角落里的“立方体”反映出波浪


最终,在检查了几乎所有可能的调制频率并将电路板放置在屏蔽盒中之后,发现移动反射镜会导致跳动,其频率与反射镜的速度成正比。

该结果证实了功率分配器和混频器正常工作,因此设计了多普勒雷达。 移动反射器会产生多普勒频移,因此接收信号的频率与发射信号的频率不同,作者可以使用混频器进行测量。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN455216/


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