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Was ein FMCW-Radar ist. Und wie er funktioniert.

Erfahren Sie mehr über Messprinzip und Funktionsweise von FMCW-Radarsensoren.

Die meisten Radarsensoren für Distanzmessung oder Kollisionsvermeidung basieren auf dem FMCW-Radar (Frequency-Modulated Continous Wave Radar) – auch frequenzmodulierter Dauerstrichradar genannt. OndoSense setzt auf neueste FMCW-Radartechnologie und innovative FMCW-Radaralgorithmen. Erfahren Sie mehr über das Messprinzip und die Funktionsweise von FMCW-Radarsensoren zur Distanzmessung!

FMCW-Radarsensor: Messprinzip

FMCW-Radar: Frequency-Modulated Continous Wave

Der Radar mit dem "Chirp" – ein kontinuierlich moduliertes Radarsignal

OndoSense setzt für Radarsensoren zur Distanzmessung ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradar ein – auch „Frequency-Modulated Continous Wave Radar“(FMCW) genannt. Der FMCW-Radar sendet eine Radarfrequenz aus, die kontinuierlich über eine definierte Frequenzbandweite (bw) erhöht oder reduziert wird.

Diese meist lineare Frequenzmodulation des FMCW-Radarsensors nennt man Sweep oder auch Chirp. Die Zeitdauer dieser wiederkehrenden Modulation des FMCW-Radars wird als Chirp-Zeit (t) bezeichnet.

FMCW-Radarverfahren: Sägezahnmodulation

FMCW-Verfahren: Sägezahn-Modulation mit linearem Chirp

Das Signal des FMCW-Radars steigt linear von der minimalen bis zur maximalen Frequenz an (Up-Chirp)

Die hier verwendete Sägezahn-Modulation gehört neben der Dreiecksmodulation zu den gängigsten FMCW-Verfahren bei Radarsensoren zur Distanzmessung. Bei der Sägezahn-Methode wird das Signal kontinuierlich von der minimalen bis zur maximalen Frequenz erhöht (Up-Chirp) – z. B. im ISM-Band von 122 GHz bis 123 GHz.

Trifft das ausgesendeten Radarsignal auf ein Objekt, werden die Radarwellen ganz oder teilweise reflektiert und vom FMCW-Radarsensor empfangen. Dabei hat das empfangene Signal eine unterschiedliche Frequenz als das ausgesendete Signal. Aus der Frequenzverschiebung (Δ f) der beiden Signale kann der Radarsensor den genauen Abstand zum Objekt ermitteln.

Wie der FMCW-Radar Distanzen berechnet

Die Entfernung des FMCW-Radarsensors (d) zum Zielobjekt errechnet sich aus der Chirp-Zeit (t), der Frequenzdifferenz (Δ f) , der gesamten Frequenzbandweite des Chirps sowie der (annäherenden) Lichtgeschwindigkeit (c), mit der sich die Radarwellen durch den Raum bewegen.

Das Sägezahn-Verfahren eignet sich bei FMCW-Radarsensoren auch für das sogenannte Fast Chirping: Dabei werden sehr kurze Chirps von weniger als 100 μs erzeugt, um u. a. hohe Messfrequenzen zu erreichen.

FMCW-Radar vs. CW-Radar (Doppler-Radar): die Unterschiede

Im Gegensatz zum FMCW-Radarsensor sendet der CW-Radar unmodulierte Radarwellen aus.

FMCW-Radar: Frequenzmodulation

FMCW-Radar: Frequenzmodulation

CW-Radar: keine Frequenzmodulation

CW-Radar: keine Frequenzmodulation

Was ist der Hauptunterschied zwischen CW- und FMCW-Radarsensoren? Der CW-Radarsensor (Continuous-Wave-Radarsensor) sendet im Gegensatz zum FMCW-Radarsensor Radarwellen mit gleichbleibender Frequenz und Amplitude aus. Anders als beim FMCW-Radar findet beim CW-Radar also keine Frequenzmodulation statt.

Im Vergleich zu FMCW-Radarsensoren werden CW-Radarsensoren hauptsächlich zur Geschwindigkeitsmessung eingesetzt. Dazu wird die sogenannte Dopplerfrequenz erfasst, mit der die Frequenzdifferenz zwischen Sendesignal und Empfangssignal gemeint ist.

Über die Dopplerfrequenz kann dann die Geschwindigkeit von bewegten Objekten errechnet werden. Daher heißen CW-Radarsensoren, die Geschwindigkeiten messen, auch Doppler-Radare. So setzt z. B. die Polizei den Doppler-Radar oder CW-Radar in Form von "Radarfallen" ein, um Geschwindigkeitsüberschreitungen zu erfassen. Lernen Sie mehr über CW-Radarsensoren in unserem Radarglossar.

Unterschied zwischen FMCW-Radar und Impuls-Radar (Pulsradar)

Anders als beim FMCW-Radar sendet der Impuls-Radar kein kontinuierliches Radarsignal aus.

Puls-Prinzip beim Impuls-Radar

Puls-Prinzip beim Impuls-Radar

Im Unterschied zum FMCW-Radarsensor mit seinem kontinuierlichem Radarsignal sendet der Impuls-Radarsensor (oder Pulsradar) in wiederkehrenden Abständen kurze Signal-Impulse aus. Diese Impulse werden vom Zielobjekte reflektiert und zurückgeworfen werden. Dann errechnet der Pulsradar aus der Zeitdifferenz zwischen Sende- und Empfangssignal z. B. die Entfernung zum Zielobjekt.

Impuls-Radare können daher ebenso wie FMCW-Radare zur Entfernungsmessung von Objekten eingesetzt werden. Grundsätzlich erreichen FMCW-Radarsensoren jedoch in der Distanzmessung eine deutlich höhere Messgenauigkeit als Impuls-Radare (OndoSense Radarsensoren bieten sogar eine Messgenauigkeit im Mikrometerbereich). Allerdings können Impuls-Radarsensoren, die mit starker Sendeleistung arbeiten, Objekte in großen Entfernungen von mehr als 100 km erfassen.

Impuls-Radare werden u. a. im militärischen Bereich, in der Flugsicherung, in der Wetterbeobachtung und in der Erderkundung eingesetzt. Früher wurden Impuls-Radarsensoren auch als Füllstands-Radarsensoren eingesetzt. Der FMCW-Radar hat den Pulsradar jedoch in der Füllstandsmessung mittlerweile ersetzt. Lernen Sie mehr über Impuls-Radarsensoren in unserem Radarglossar.

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