Long-range Ultra-wideband Radar Sensor for Industrial Applications
This research work deals with the design of long-range ultra-wideband (UWB) radar sensor for industrial application. The design details include the design of ultra-short, high amplitude pulse generator and ultra-wideband (UWB) antenna. The developed radar sensor was built in a bi-static configuratio...
| Autor principal: | |
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| Formato: | Libro |
| Publicado: |
Kassel University Press GmbH_Legacy
2013
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| Acceso en línea: | Ver este registro en EBSCOhost |
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The design details include the design of ultra-short, high amplitude pulse generator and ultra-wideband (UWB) antenna. The developed radar sensor was built in a bi-static configuration. The goal of this work is to cover a maximum detection range of 20m towards targets with lower reflection coefficients such as bricks with a dielectric constant r of about 4.5. To achieve this goal, a novel ultra-short, high power pulse generator (radar pulser) has been developed. The new pulser consists of a transistor discharge circuit with silicon transistor operating in the avalanche mode and a new step recovery diode (SRD) pulse sharpening circuit. The developed pulse generator produces electrical pulses with an amplitude of 34.5V, a rise-time of 112 ps and a pulse width (FWHM) of 155 ps. In addition to the generation of ultra-short pulses based on silicon avalanche transistor and SRD pulse shaping circuit, the generation of ultra-short high power pulse based on modern GaAs MESFET devices was also investigated in this work. Two-terminal and three-terminal I-V measurements were carried out to study the breakdown phenomenon of this transistor type. By splitting the conventional avalanche pulse generator circuit into separated charging circuit and separated discharging circuit, a new technique to generate ultra-short high-power pulses was found. Through this approach, very fast high amplitude pulses with rise-time of 136 ps, pulse width (FWHM) of 420 ps and amplitude of 169V were obtained. In order to transmit and receive the generated ultra-short pulses, two different types of TEM horn antenna have been analyzed. First, a horn antenna with cylindrical matching aperture was developed. This antenna exhibits a bandwidth of about 1.45 GHz extending from 250 MHz up to 1.7 GHz. Then, to reduce the size of the TEM horn antenna a novel antenna ‘‘double-ridge horn antenna''has been designed. The frequency bandwidth Die vorliegende Forschungsarbeit befasst sich mit dem Entwurf eines weitreichenden Ultrabreitband (UWB)-Radarsensors für industrielle Anwendungen. Er beinhaltet den Aufbau eines Impulsgenerators zur Erzeugung extrem kurzer Impulse hoher Leistung sowie die Bereitstellung einer Ultrabreitband-Antenne. Der entwickelte Radarsensor basiert auf dem bi-statischen Systemkonzept. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Objekte mit einem niedrigeren Reflexionskoeffizienten wie Backsteine mit einer relativen Dielektrizitätszahl von etwa 4,5 bis auf eine maximale Entfernung von 20 m meßtechnisch zu erfassen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein neuartiger (Radar-) Pulsgenerator entwickelt, der ultrakurze Hochleistungsimpulse erzeugt. Der Pulsgenerator besteht aus einer Transistorentladeschaltung mit einem Silizium-Transistor im Avalanche-Betrieb und einer Impulsversteilerungsstufe unter Verwendung von Step-Recovery-Dioden (SRD). Der entwickelte Pulsgenerator erzeugt elektrische Impulse mit einer Anstiegszeit von 112 ps, einer Impulsdauer (FWHM) von 155 ps und einer Amplitude von 34,5 V. Über die Erzeugung von ultrakurzen Impulsen mit Hilfe von Avalanche-Transistoren auf Silizium-Materialbasis und anschließender SRD- Impulsversteilerung hinaus, wurde in dieser Arbeit auch die Erzeugung von ultra-kurzen Hochleistungsimpulsen mit Hilfe von modernen GaAs-MESFETs untersucht. Dazu wurden Strom-/Spannungsmessungen (Zwei-Elektroden- und Drei-Elektroden-Messungen) durchgeführt, um Durchbrucheffekte des gewählten Transistortyps zu studieren. Mit der Aufspaltung eines konventionellen Avalanche-Impulsschaltkreises in eine separate Ladeschaltung und einen separaten Entladekreis wurde eine neue Technik gefunden, ultrakurze Hochleistungsimpulse zu erzeugen. Es konnten Impulse mit einer Anstiegszeit von 136 ps, einer Impulsbreite (FWHM) von 420 ps und einer Amplitude von 169 V erzielt werden. Um die erzeugten ultrakurzen Impulse zu übertragen und zu e pubtype: eBook doctype: Book ougenre: Book language: English copyright: @attributes: flag: N copyrightText: holdings: @attributes: islocal: N |
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