radar xác định tầm xa vật thể sử dụng zbv8

lượng sóng điện từ vào môi trường xung quanh và thu về thông tin thông qua phân tích phản xạ trở lại • Radar có thể được hiểu như 1 cặp kết nối truyền thông chỉ trên 1 đường ,với kết nối

GVHD:Hoàng Mạnh Hà

Trường ĐH Bách Khoa TP HCM

Khoa Điện –Điện Tử

Bài Tập Lớn Anten

Radar Xác Định Tầm Xa Vật

Thể Sử Dụng ZBV8

GVHD: Thầy Hoàng Mạnh Hà

SVTH: Hồ Sỹ Thông 40902647

Trần Vũ Thịnh 40902632

LỚP : DD09KSVT

MỤC LỤC:

I) Giới thiệu tổng quan radar:

2) Tính toán lý thuyết:

3) Quá trình thực hiện:

4) Kết quả đạt được:

I) Giới thiệu tổng quan radar:

radar

Viết tắt của Radio Detection And Ranging :là 1bộ cảm biến sóng vô tuyến ,nói chung(nhưng không hoàn toàn ) hoạt động ở dải tần số microwave (> 1 GHz), và là

1 bộ cảm biến cực “nhạy” Ở đây từ “nhạy” chỉ ra rằng : bộ cảm biến phát năng

lượng (sóng điện từ) vào môi trường xung quanh và thu về thông tin thông qua phân tích phản xạ trở lại

• Radar có thể được hiểu như 1 cặp kết nối truyền thông chỉ trên 1 đường ,với kết nối trở về là sóng phản xạ

• Bộ phận phát và thu đều được đặt cùng 1 vị trí và tín hiệu thu là tín hiệu phản xạ

Receive back-scattered radiation (return signal)

• Sóng được phát đi và sau đó máy thu sẽ thu tín hiệu trở về.

• Cường độ của tín hiệu trở về phụ thuộc vào khoảng cách tới đích và kích cỡ (điện) của nó

• Radar xác định khoảng cách tới đích nhờ vào trễ pha từ khi phát cho tới khi nhận được sóng phản xạ lại

2) Tính toán lý thuyết:

Công thức tính toán:

Mô hình mạng 2 cửa

Ứng với Mặt phẳng chuẩn 0 thì Mạng 2 cửa có ma trận tán xạ là [S0] Ứng với Mặt phẳng chuẩn 1 thì Mạng 2 cửa có ma trận tán xạ là [S1]

Ma trận dịch chuyển : [ϕ]=[e−j 2 πdd / λ 0

Ma trận [S1] cần đo được suy ra từ ma trận [S0]:

[S1] = [ϕ]]-1[S0] [ϕ]]-1 = [S o 11e j 4 πdd/ λ So 12 e j 4 πdd / λ

So 21 e j 4 πdd/ λ So 22 e j 4 πdd / λ]

Như vậy từ độ lệch pha của S 121 và So 21 ta có thể xác định được khoảng cách giữa

2 mặt phẳng Giả sử độ lệch pha của S 121 và So 21 là ∆ φ thì khoảng cách giữa 2 mặt phẳng được tính:

4 πdd

λ =¿ ∆ φ => d = ∆ φ λ

4 πd = ∆ φ c

4 πdf

3) Quá trình thực hiện:

- Sử dụng thiết bị: máy ZBV8 và anten loga chu kỳ để tạo thành mạng 2 cửa Máy ZBV8 dùng để đo các hệ số của ma trận tán xạ

Anten loga chu kỳ :

Đáp ứng tần số của anten tốt nhất trong khoảng từ 800Mhz đến 26Ghz

Đồ thị bức xạ của anten:

Hình : bức xạ điện trường trong mặt phẳng Oxy và Oyz

Hình: đồ thị bức xạ 3D

Anten loga chu kỳ dùng để phát và thu tín hiệu

Ta chiếu thẳng hướng có búp sóng chính của anten về phía vật

Thực hiện trong thực tế:

Số liệu mà máy ZBV8 đo được là các thông số S ứng với mặt phẳng chuẩn nằm bên trong của máy Do đó, cần có một phép dịch chuyển mặt phẳng để hiệu chỉnh thông số đo được

Trước tiên, ta chọn một mặt phẳng với khoảng cách D = 1m biết trước làm chuẩn

đo thông số S021 của mặt phẳng chuẩn

Sau đó đo khoảng cách của 1 vật thể trong không gian đến mặt phẳng chuẩn bằng cách đo S121 của vật thể Từ 2 thông số S021 và S121 ta tính được độ lệch pha của S121

và S021 Sau đó từ độ lệch pha đó ta tính theo công thức được trình bày ở trên ta tính ra được khoảng cách d

Tuy nhiên, để thực hiện dễ dàng và chính xác hơn ta xét tại 2 tần số:

Tại tần số f1:

4 πdd

c f1 = ∆φ1+ 2k1π (1)

Tại tần số f2:( f2 > f1 )

4 πdd

c f2 = ∆φ2+ 2k2π (2)

Từ (1) và (2):

4 πdd

c ¿f2-f1) = ∆φ + 2(k2 – k1 ) π

(Với ∆φ = ∆φ2 -∆φ1 )

Để chọn 2 tần số thích hợp

∆φ + 2(k2 – k1 ) π < 2π

 4 πdd c ¿f2-f1) < 2π

Với dmax = 3m

 f2-f1 < 50Mhz

Đặt : ∆ ∅= ∆φ + 2(k2 – k1 ) π

Vậy : d = 4 πd (f 2−f 1) ∆ ∅ ×c

4) Kết quả đạt được: Với D = 1m, (khoảng cách thực tế d= 1m)

Một vài kết quả đo và tính toán:

Trường hợp 1:

Tại f1 = 2.52Ghz : ∆φ1 = -135.8 – (-143.4) = 7.6 Tại f2 = 2.56Ghz : ∆φ2 = -2.8 – (-117.5) = 114.7

∆∅ = ∆φ2 - ∆φ1 = 107.1 = 1.87 rad

 d = 4 πd (f 2−f 1) ∆ ∅ ×c = 1.12 m

 sai số: e = 12%

Trường hợp 2:

Tại f1 = 3.68Ghz : ∆φ1 = 170 – 108 = 62

Tại f2 = 3.72Ghz : ∆φ2 = -57 – 113 = -170

∆∅ = ∆φ2 - ∆φ1 + 360 = 128 = 2.23 rad

 d = 4 πd (f 2−f 1) ∆ ∅ ×c = 1.33 m

 sai số: e = 33%

Trường hợp 3:

Tại f1 = 5.04Ghz : ∆φ1 = 48.3 – 142 = -93.7 Tại f2 = 5.08Ghz : ∆φ2 = = -144 – 154 = -298

∆∅ = ∆φ2 - ∆φ1 + 360 = 155.7= 2.72 rad

 d = 4 πd (f 2−f 1) ∆ ∅ ×c = 1.62 m

 sai số: e = 62%

Kết luận:

Kết quả sai số lớn

Nguyên nhân:

1 Môi trường không lý tưởng Cường độ nhiễu lớn (công suất tín hiệu phản xạ không mong muốn bao gồm công suất nhiễu trắng và công suất phản xạ từ các vật không mong muốn lớn)

2 Các điểm nối cáp không lý tưởng

3 Sai số đo lường và tính toán

4. Suy hao lớn