Diseño de un radar FMCW en Banda ISM (2.4-2.5 GHz)

Abstract

RESUMEN: En la actualidad se utilizan sistemas radar para muchas aplicaciones. La mayoría de ellos tiene la peculiaridad de que se necesitan que sean portátiles ya que lo que se va a detectar con ellos, ya sean vehículos, personas, animales..., no son estáticos. Este Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo el diseño de un radar FMCW portátil para detectar la velocidad y la distancia de diferentes tipos de blanco. Para la realización del diseño y la verificación de su correcto funcionamiento se utilizará el programa ADS (Advanced Design System ) de Keysight. Para en un futuro poder hacer pruebas libremente se ha utilizado la banda ISM de libre uso que va de 2.4-2.5 GHz utilizándose el ancho de banda completo y emitiendo a la frecuencia central de 2.45 GHz. Para el diseño se utilizarán componentes de montaje superficial, proporcionados por el fabricante Minicircuits para que las dimensiones del sistema completo permitan hacerlo compacto. También, se tendrá en cuenta que la polarización de cada uno de los componentes se pueda proporcionar con una fuente de alimentación portátil, ya sean pilas o baterías. En primer lugar, se realizará el diseño del transmisor y el receptor, utilizando modelos comportamentales de ADS que precisen el comportamiento de los componentes físicos, y se verificará su funcionamiento por separado. Se analizará simultáneamente el transmisor y el receptor, modelando el blanco de la manera más realista posible con modelos comportamentales de ADS. Se precisará tanto el comportamiento del blanco como la atenuación debida a la propagación por el espacio libre. En principio se comprobará que el sistema radar funcione con una antena comercial y se analizaran sus limitaciones, tanto en distancia como en velocidad para diferentes tipos de blanco. Posteriormente se analizará la posibilidad de diseño de una antena compacta cuyas características permitan utilizarla sin problema con el sistema. También se analizarán las limitaciones con esta antena. Por último, se realizará el diseño de la placa de circuito impreso (PCB) del sistema con componentes de tipo montaje superficial chip con el objetivo de que sus dimensiones permitan hacerlo portátil, para implementarlo en un futuro. Se colocarán en la placa varios conectores del tipo SMA para la de conexión del sistema radar a diferentes antenas, generadores y amplificadores de banda base.

ABSTRACT: Radar systems are used for many applications today. Most of them have the peculiarity of needing to be portable because what these systems are going to detect are vehicles, people, animals…which are not static. This Final Degree Project aims to design a portable FMCW radar to detect the speed and distance of different types of targets. Keysight's ADS (Advanced Design System) program will be used to carry out the design and verify its correct operation. In order to be able to carry out tests freely in the future, the free use ISM band has been used, which goes from 2.4-2.5 GHz, using the full bandwidth and broadcasting at the central frequency of 2.45 GHz. Surface mount components will be used for the design, provided by the manufacturer Minicircuits so that the dimensions of the complete system allow a compact system. Also, it will be taken into account that the polarization of each of the components can be provided with a portable power source, either cells or batteries. First, the design of the transmitter and receiver will be carried out, using ADS behavioral models that specify the behavior of the physical components, and their operation will be verified separately. The transmitter and receiver will be analyzed simultaneously, modeling the target in the most realistic way possible with ADS behavioral models. Both the behavior of the target and the attenuation due to propagation through free space will be specified. In principle, it will be verified that the radar system works with a commercial antenna and its limitations will be analyzed, both in distance and speed for different types of targets. Subsequently, the possibility of designing a compact antenna whose characteristics allow it to be used without problems with the system will be analyzed. Limitations with this antenna will also be discussed. Finally, the system's printed circuit board (PCB) will be designed with chip surface mount components with the aim that its dimensions allow it to be portable, to be implemented in the future. Several SMA-type connectors will be placed on the board for connecting the radar system to different antennas, generators and baseband amplifiers.