High Resolution FMCW Radar

Radar, radyo frekansı (RF) sinyalleri kullanarak hedeflerin menzilini ve hızını ölçen bir cihazdır. Bir radar sensörü açısından temel amaç, gözlem alanı içindeki tüm hedefleri tespit etmek ve yüksek bir güncelleme oranı ile eş zamanlı olarak hedef menzili ve bağıl hızı tahmin etmektir. Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga (FMSD) eş zamanlı olarak hız ve menzili ölçebilme yeteneğine sahiptir. FMSD radar, kısa mesafe ölçümlerde ve yüksek çözünürlük gerektiren uygulamalarda sıklıkla tercih edilir. FMSD radarı, iletim sinyalinin frekansını modüle etmek için Voltaj Kontrollü Osilatör (VCO) kullanır. VCO, frekansı giriş voltajına göre modüle eder. Ancak giriş voltajı için çıkış frekansı doğrusal değildir. Menzil çözünürlüğü modüleli sinyalin nonlinear olması durumunda oldukça kötüleşir. Modüler bileşenler; karıştırıcı (mixer), düşük gürültü yükselteci (low noise amplifier), güç yükselteçleri (amplifier) kullanıldığında, kablolar üzerindeki zaman gecikmeleri kritiktir. Oluşan kayıplar vuruş frekansını değiştirmesinden dolayı menzil çözünürlüğü kötüleşir. Yüksek çözünürlük elde etmek için componentlerin tasarımında kayıpların dikkate alınması gerekir. Bu tezde C bant FMSD radarın menzil çözünürlüğünü artırmak ve menzil hatasını azaltmak için teorik araştırma ve tasarım yapılmıştır. Tasarlanılan radarda düşük güç ile çalışması, düşük maaliyetli olması ve yüksek çözünürlük sağlaması amaçlanmıştır. VCO, karıştırıcı, yükselteçler hazır kullanılırken, anten ve güç bölücü tasarlanılmıştır. Power divider tasarımı ile yüksek izolasyon ve iyi eşleşme (matching) elde edilmiştir. Mikroşerit yama anten tasarımı düşük güç ile çalışmasından dolayı simüle edilmiştir.

The radar is a device that measures the range and speed of targets using radio frequency (RF) signals. The main purpose of a radar sensor is to detect all targets within the observation area and simultaneously estimate the target range and relative velocity with a high update rate. Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) is capable of measuring speed and range simultaneously. FMSD radar is often preferred for short-range measurements and applications requiring high resolution. FMCW radar uses a Voltage Controlled Oscillator (VCO) to modulate the frequency of the transmit signal. The VCO modulates its frequency according to the input voltage. But for the input voltage, the output frequency is not linear. Range resolution deteriorates considerably if the modulated signal is nonlinear. Modular components; When using mixers, low noise amplifiers, and power amplifiers, time delays on cables are critical. The range resolution deteriorates as the resulting losses change the beat frequency. To achieve high resolution, losses must be considered in the design of the components. In this thesis, theoretical research and design were carried out to increase the range resolution of the C band FMSD radar and to reduce the range error. The designed radar is aimed to work with low power, be low cost, and provide high resolution. While VCO, mixer and amplifiers are used ready, antenna and power divider are designed. High isolation and good matching have been achieved with the power divider design. The microstrip patch antenna design is simulated due to its low-power operation.