Integrierter Generator zur Erzeugung hochlinearer und ultrabreitbandiger Frequenzrampen zur Nahbereichsortung

In den vergangenen beiden Jahrzehnten haben satellitengestützte Ortungssysteme eine weite Verbreitung im privaten wie industriellen Bereich gefunden. Für einen zuverlässigen Betrieb sind Satellitennavigationssysteme allerdings auf eine direkte Sichtverbindung zu den Satelliten angewiesen. Hohe Hindernisse können sich negativ auf die Ortungsgenauigkeit auswirken. Ebenso ist eine Ortung im Innenraum durch die starke Signaldämpfung nahezu ausgeschlossen. Diese Bereiche können mit einem Nahbereichsortungssystem erschlossen werden.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem solchen Nahbereichsortungssytem. Das System basiert auf einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW-Radar). Es muss eine Genauigkeit im Zentimeterbereich bieten, die Messung des Einfallwinkels ermöglichen und wahlweise im 5,8 GHz-ISM-Band oder im lizenzfreien Ultrabreitband-Bereich von 6,0 bis 8,5 GHz arbeiten. Dabei soll ein möglichst großer Teil der FMCW-Radarkomponenten in einen einzelnen Chip integriert werden. Der Fokus liegt dabei auf dem Frequenzsynthesizer für linear modulierte Frequenzrampen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiger VCO mit Abstimmlinearisierung vorgestellt und messtechnisch charakterisiert. Dieser erreicht einen kontinuierli¬chen, relativen Abstimmbereich von 69,0 %%; in einem relativen Abstimmbereich von 34,5 %% beträgt die Variation der Abstimmsensitivität ±20 %%. Zur Analyse der Linearität der generierten FMCW-Rampen wird eine auf der Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFT) basierende Methode zur Messung der Nichtlinearität vorgestellt. Diese hat im Vergleich zu phasenbasierten Methoden den Vorteil, dass sie wesentlich robuster gegenüber den Rauschanteilen des gemessenen Signals ist. Der Frequenzsynthesizer erzeugt FMCW-Rampen mit hoher Linearität. Bei einer Sweep-Bandbreite von 2 GHz beträgt die maximale Abweichung vom Mittelwert weniger als 1,1 kHz.