Luận văn thạc sĩ: Thiết kế và chế tạo module thu phát cho hệ thống FMCW Radar

Hệ thống FMCW Radar (Frequency Modulated Continuous Wave) là một công nghệ radar hiện đại, cho phép đo khoảng cách và tốc độ của các vật thể di chuyển với độ chính xác cao. Nguyên lý hoạt động của FMCW Radar dựa trên việc phát tín hiệu tần số cao liên tục, sau đó thu tín hiệu phản xạ từ các vật thể. Tín hiệu này được xử lý để xác định khoảng cách và tốc độ của mục tiêu thông qua hiệu ứng Doppler. So với các công nghệ radar truyền thống, FMCW Radar có ưu điểm vượt trội về khả năng tiêu thụ năng lượng thấp và khả năng hoạt động trong điều kiện môi trường phức tạp. Nhờ vào cấu trúc đơn giản và hiệu suất cao, FMCW Radar đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ an ninh quốc phòng đến giao thông vận tải. Đặc biệt, trong các hệ thống tự động hóa và công nghệ thông minh, FMCW Radar đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện và theo dõi các đối tượng di chuyển.

Quá trình thiết kế module thu phát cho hệ thống FMCW Radar bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc lựa chọn linh kiện đến tối ưu hóa thiết kế. Một trong những thành phần chính của module này là mạch khuếch đại công suất (Power Amplifier) và mạch khuếch đại nhiễu thấp (Low Noise Amplifier). Việc lựa chọn transistor phù hợp là rất quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ nhạy của hệ thống. Mạch khuếch đại được thiết kế để hoạt động ở tần số từ 9.75GHz, với mục tiêu mở rộng tầm đo của hệ thống radar. Các mạch này cần được tích hợp một cách chính xác với các thành phần khác như circulator và anten thu phát, tạo thành một module hoàn chỉnh. Kết quả từ quá trình chế tạo cho thấy module thu phát đạt được công suất phát lên đến 15dBm và độ nhạy hệ thống cải thiện nhờ vào độ lợi 20dB và hệ số nhiễu nhỏ hơn 2dB.

Trong quá trình phát triển module thu phát, việc tính toán và tối ưu hóa các thông số là rất cần thiết. Các thông số như độ lợi công suất, hệ số nhiễu và điểm nén 1dB (P1dB) đều cần phải được xác định chính xác để đảm bảo hiệu suất của hệ thống. Sử dụng ma trận tán xạ (S-parameters) giúp phân tích và đánh giá khả năng hoạt động của mạch khuếch đại. Mô phỏng điện từ trường (EM simulation) và mô phỏng post-layout cũng được thực hiện để kiểm tra và xác nhận khả năng hoạt động của mạch trước khi chế tạo. Các kết quả đo đạc thực tế cho thấy module chế tạo có khả năng tăng cường công suất phát và cải thiện độ nhạy, từ đó nâng cao khả năng phát hiện và theo dõi mục tiêu.

Hệ thống FMCW Radar có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống và công nghiệp. Trong lĩnh vực giao thông, radar được sử dụng để đo tốc độ và khoảng cách của các phương tiện, giúp cải thiện an toàn giao thông. Trong lĩnh vực tự động hóa, FMCW Radar được ứng dụng trong các thiết bị đo khoảng cách không tiếp xúc, phục vụ cho việc quản lý và điều khiển tự động. Ngoài ra, công nghệ radar còn được sử dụng trong các hệ thống an ninh, giám sát và phát hiện đối tượng. Với khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường khác nhau, FMCW Radar đang ngày càng trở nên phổ biến và có tiềm năng lớn trong việc phát triển các giải pháp công nghệ thông minh.