FMCW-Radar

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Ein FMCW-Radar ist ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradar. Die Abkürzung entstammt dem englischen Begriff Frequency Modulated Continuous Wave.

Unmodulierte Dauerstrichradargeräte haben den Nachteil, dass sie wegen fehlenden Zeitbezuges keine Entfernung messen können.

Ein solcher Zeitbezug zur Messung der Entfernung unbewegter Objekte kann aber mit Hilfe einer Frequenzmodulation erzeugt werden. Bei dieser Methode wird ein Signal ausgesendet, welches sich ständig in der Frequenz ändert. Um den Frequenzbereich zu begrenzen und die Auswertung zu erleichtern, wird eine periodische, linear auf- und absteigende Frequenz verwendet. Der Betrag der Änderungsrate df/dt ist dabei konstant.

Wird ein Echosignal empfangen, dann hat dieses eine Laufzeitverschiebung Delta t wie beim Pulsradar und somit eine abweichende Frequenz. Nun kann durch Frequenzvergleich die Entfernung ermittelt werden. Bei einem Modulationsverlauf wie im Diagramm oben entsteht eine konstante Differenzfrequenz f_D, die ein direktes Maß für die Entfernung ist.

geöffnetes Sendergehäuse (Topfkreis) eines Radio-Altimeters (Sowjetunion, ca. 1973):
unten: montierte Baugruppe
links: Topfkreis mit Scheibentriode
rechts: Deckel mit rotierendem Sektorelement zu kapazitiven Frequenzmodulation

Es ist möglich, durch bestimmte Frequenzmuster zu erreichen, dass keine mehrdeutigen Echos zu erwarten sind. Im einfachen Fall wird jedoch nur eine Sägezahn- oder Dreiecksform der Modulation gewählt, die zwar keinen eindeutigen Messbereich hat, jedoch so langsam erfolgt, dass der Bereich der maximalen Messentfernung nicht überschritten wird.

Diese Art der Entfernungsermittlung wird z.B. in Flugzeugen als Radarhöhenmesser (Radio-Altimeter) oder bei einem Bodenfolgeradar verwendet, bei dem das Radar eine konstante Flughöhe über dem Grund ermöglicht. Die Höhe wird aus der gemessenen Frequenzdifferenz f_D des empfangenen Signales zum Sendesignal folgendermaßen berechnet:

mit

c₀ - Lichtgeschwindigkeit = 3·10⁸ m/s

df / dt - Frequenz-Änderungsgeschwindigkeit (Modulationsgeschwindigkeit)

f_D - Frequenzdifferenz zwischen Sende- und Empfangssignal

H - Entfernung Antenne - Objekt (Boden)

Der Divisor 2 resultiert aus der Tatsache, dass die elektromagnetischen Wellen den Weg vom Sender zum Boden und zurück vom Boden zum Empfänger durchlaufen müssen.