Alexander Reisenzahn,
"Ultrabreitband Mikrowellensysteme für Sensorik und Nachrichtentechnik Realisierung von Prototypen und Untersuchung von Anwendungen"
, 1-2007
Original Titel:
Ultrabreitband Mikrowellensysteme für Sensorik und Nachrichtentechnik Realisierung von Prototypen und Untersuchung von Anwendungen
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Die Freigabe eines Frequenzbandes mit einer Breite von 7,5 GHz zwischen 3,1 GHz und 10,6 GHz für die unlizenzierte Verwendung in Kommunikations- und Radaranwendungen durch die Federal Communications Commission (FCC) im Jahr 2002 rückte die Ultrabreitband Technik (Ultrawide Band, UWB), die vorher nahezu ausschließlich im militärischen Bereich Anwendung fand, in das allgemeine Interesse. UWB Datenübertragung ist vor allem für kurze Übertragungstrecken interessant, beispielsweise für WPAN (Wireless Personal Area Networks), aber auch in Kombination mit Ortungssystemen. Die Vorteile für Radarsensoren bei der Verwendung von UWB Signalen sind die große Eindringtiefe in Materialien, bei gleichzeitig hoher Ortsauflösung. Es bietet sich deren Verwendung zur Detektion von in Wänden eingeschlossenen, bzw. im Boden vergrabenen Objekten an. Auch der Einsatz zur Abstandsmessung, oder als Füllstandssensoren ist möglich. Ultrabreitband Signale können beispielsweise durch sehr kurze, steilflankige Pulse erzeugt werden, da deren Transformation in den Frequenzbereich ein sehr breites Spektrum, der Idealfall eines Dirac-Pulses sogar ein unendlich breites Spektrum, ergibt. Kommerziell erhältliche Hardware, wenn überhaupt vorhanden, ist extrem teuer. Zum Empfang von Radarsignalen und deren Digitalisierung, um eine Signalverarbeitung zu ermöglichen, steht meist nur ein Sampling Oszilloskop zur Verfügung. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Hardwarekomponenten für pulsbasierte Kommunikations- und Radaranwendungen entwickelt. Hauptaugenmerk wurde dabei auf die Verwendung billiger, leicht erhältlicher Standardbauteile gelegt. Für ein asynchrones Übertragungssystem mit einer Bitrate bis zu einigen 100 MBit/s wurde eine Möglichkeit zur Synchronisation untersucht. Bei dem dabei verwendeten Sampling Phase Detektor handelt es sich um eine preiswerte Alternative zu bisher bekannten Synchronisationsverfahren mit Breitbandmischern. Die Notwendigkeit eines Referenzpulses im Empfänger entfällt.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englische Kurzfassung:
Up to the year 2002 ultra-wideband (UWB) systems have mainly been used in military applications. Due to the release of a new frequency band, with a bandwidth of 7.5 GHz, between 3.1 GHz and 10.6 GHz, for unlicensed use in communication and radar systems by the Federal Communications Commission (FCC), the research interests have been increased rapidly. UWB is very advantageous for short range data transfer, for example for WPAN (Wireless Personal Area Networks), or in combination with ranging. The main advantages of radar UWB sensors are the deep penetration depths together with high spatial resolutions. They are useful for the detection of hidden inclusions in walls or buried objects in the ground. Other possible applications are the use for distance measurements or as fluid level sensors. One way for generating UWB signals is the use of short, steep edged pulses. Being transformed to the frequency domain they produce a very broad spectrum. Commercially available hardware is extremely expensive. In the majority of cases receiving radar signals and digitizing them has been implemented on a sampling oscilloscope. The focus of this doctor thesis was the development of low cost hardware for communication and radar applications using cheap off the shelf components only. For asynchronous data transfer at rates up to several hundred MBit/s a new way for synchronization was investigated. A sampling phase detector was used as a cheap alternative to the known principle employing broadband mixers. This way the template pulse generator in the receiver can be omitted. In addition different sampling down converters, the heart pieces of UWB radar receivers, have been developed. They are necessary because a direct analog to digital conversion of signals at such high frequencies is not possible nowadays. One version uses again the sampling phase detector, which contains all necessary parts for the down conversion, making it very attractive for this application.