แนะนำสถาปัตยกรรมเรดาร์ FMCW และพัลส์
- เรดาร์ FMCW มีต้นทุนต่ำ สร้างได้ง่าย และใช้เสาอากาศรับส่งแยกกัน จึงไม่จำเป็นต้องสลับระหว่างการส่งและการรับ
- เรดาร์พัลส์ต้องการการสลับระหว่างโหมดส่งและรับอย่างรวดเร็ว สามารถใช้กำลังส่งสูงได้ และได้เปรียบในการวัดความเร็วของเป้าหมายที่เคลื่อนที่เร็ว
- เรดาร์ FMCW ส่วนใหญ่ใช้กับงานระยะใกล้ ขณะที่เรดาร์พัลส์ส่วนใหญ่ใช้กับงานระยะไกล
เรดาร์บีบอัดพัลส์
- เรดาร์บีบอัดพัลส์รองรับรูปคลื่นแบบกำหนดเอง และต้องใช้ DAC ที่มีอัตราการสุ่มตัวอย่างสูงพอสำหรับสร้างรูปคลื่นที่ส่งออก
- สถาปัตยกรรมของเรดาร์มีความคล้ายกับ SDR มาก และใช้เสาอากาศรับ 2 ตัวที่ทำงานแบบ time-multiplexed ร่วมกับเสาอากาศส่ง 1 ตัว
- สถาปัตยกรรม zero-IF อาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดในแง่ประสิทธิภาพ แต่เป็นตัวเลือกที่ถูกที่สุด
ADC และ DAC
- อัตราการสุ่มตัวอย่างของ ADC เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของระบบ และควรสุ่มตัวอย่างให้เร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
- DAC ถูกจำกัดโดยแบนด์วิดท์ของระบบ แต่การมีแบนด์วิดท์เพียงพอก็เป็นประโยชน์เพื่อให้การกรองทำได้ง่ายขึ้น
FPGA
- ไมโครคอนโทรลเลอร์เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันนี้ และจำเป็นต้องใช้ FPGA สำหรับการสร้างพัลส์ที่มีจังหวะเวลาแม่นยำ รวมถึงการจัดการข้อมูลของ ADC และ DAC
- Zynq 7020 มาพร้อม CPU ARM-A9 แบบดูอัลคอร์และ programmable logic แบบ FPGA ทั่วไปอยู่ในแพ็กเกจเดียว
การออกแบบดิจิทัล
- เมื่อใช้ ADC และ DAC ความเร็วสูง สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าระบบสามารถประมวลผลข้อมูลได้หรือไม่
- FPGA SoC ประกอบด้วย processing system (PS) และ programmable logic (PL) ซึ่งเชื่อมต่อกันผ่านบัส AXI
- จำเป็นต้องมีอินเทอร์เฟซ PC ที่รวดเร็วเพื่อส่งตัวอย่าง ADC ที่จับได้ไปยัง PC อย่างรวดเร็ว
การออกแบบ RF
- ชิ้นส่วน RF ใช้พื้นที่บน PCB เพียงเล็กน้อย และต้องใช้ปริมาณงานค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับส่วนอื่นของโปรเจ็กต์
- การออกแบบชิ้นส่วน RF ค่อนข้างเรียบง่าย และกำหนดความถี่การทำงานไว้ที่ประมาณ 6 GHz
ระยะตรวจจับสูงสุด
- ระยะตรวจจับสูงสุดของเรดาร์สามารถคำนวณได้โดยพิจารณาพารามิเตอร์หลายอย่าง เช่น ความยาวของพัลส์ที่ส่ง กำลังเฉลี่ย และอัตราขยายของเสาอากาศ
- ประเมินว่าระยะตรวจจับสูงสุดอยู่ที่ราว 1 km และที่ระยะนี้เป้าหมายจะถูกตรวจจับได้ด้วยความน่าจะเป็นเฉลี่ย 50%
การออกแบบ PCB
- สำหรับการนำระบบไปสร้างจริง จำเป็นต้องออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่รวมทุกองค์ประกอบเข้าด้วยกัน
- PCB นี้มีทั้งวงจร RF และวงจรดิจิทัลความเร็วสูง จึงต้องวางลายวงจรอย่างระมัดระวังเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง
ความเห็นของ GN⁺
- บทความนี้แบ่งปันประสบการณ์การสร้างเรดาร์บีบอัดพัลส์ ช่วยให้เข้าใจเทคโนโลยีเรดาร์ลึกซึ้งขึ้น โดยเฉพาะให้มุมมองต่อสถาปัตยกรรมที่คล้ายกับ software-defined radio (SDR)
- คำอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับการออกแบบดิจิทัลและ RF ของระบบเรดาร์ อาจช่วยให้วิศวกรมือใหม่เข้าใจกระบวนการออกแบบระบบที่ซับซ้อนได้ดีขึ้น
- บทความเน้นย้ำความสำคัญของการประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ด้วย FPGA ซึ่งเป็นแนวคิดสำคัญที่สามารถนำไปใช้กับงานประมวลผลสัญญาณความเร็วสูงหลากหลายประเภท
- ความแตกต่างของราคาของ FPGA รุ่น Zynq 7020 ที่กล่าวถึงในบทความ เป็นกรณีศึกษาที่น่าสนใจเกี่ยวกับซัพพลายเชนและการตั้งราคาของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ควรคำนึงถึงในการพัฒนาผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์
- การคำนวณระยะตรวจจับสูงสุดมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของระบบเรดาร์ และอาจช่วยในการคาดการณ์ประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมจริงได้
1 ความคิดเห็น
วิศวกรรมสุดเพี้ยนที่เกินกว่าจะจินตนาการได้...
ใกล้เคียงกับภาพวิศวกรที่ฉันเคยนึกฝันไว้ราง ๆ มากเกินไป