2-Kanal Radarverstärker

Bereits seit längerem beschäftige ich mich mit dem Thema Objekterkennung mit Radarsensoren. Diese Sensoren kann man inzwischen günstig in verschiedenen Varianten erwerben. Das Ausgangsignal eines solchen Radarsensors muss verstärkt werden, bevor man es weiter verwenden kann. Je nach gewünschter Reichweite ist eine hohe Verstärkung von bis zu 80 dB notwendig. Bei solchen Werten wird das Rauschen des Verstärkers wichtig, die Bandbreite muss also nach oben hin begrenzt werden. Nach längerer Recherche bin ich dann auf die "Multiple-Feedback-Topologie" gestoßen, welche es ermöglicht einen Filter mit einem Verstärker in einer Schaultung zu kombinieren.

Das folgende Bild zeigt die von mir verwendete Schaltung. Es handelt sich um einen 4. Ordnung Tiefpass mit Bessel-Charakteristik und einer Verstärkung von 80 dB. Die Grenzfrequenz ist 11 kHz damit es auch möglich ist Autos zu erkennen (250 km/h). Für reine Personenerkennung bietet sich eine Umdimensionierung an um das Rauschen noch besser zu unterdrücken. Dem Verstärker ist ein Schmitt-Trigger nachgeschaltet um ein Digitalsignal zu erhalten. Die gesamte Schaltung führt sowohl das analoge als auch das digitale Signal zu Weiterverarbeitung heraus.

Schaltplan von einem Kanal des Radarverstärkers

Die Gesamtschaltung ist aus zwei der im Bild gezeigten Kanäle aufgebaut und besitzt zusätzlich noch eine schaltbare 5V-Stromversorgung. Die beiden Referenzspannungen sind je nach verwendetem Operationsverstärker und gewünschtem Ausgangsspannungsbereich zu wählen. Wichtig ist es, einen Low-Noise Operationsverstärker zu verwenden, der mit 5V Betriebsspannung auskommt. Der Operationsverstärker muss eine Grenzfrequenz von mindestens 1MHz haben. Der von mir hier verwendete MC33272 ist dafür nicht unbedingt der beste Kandidat, war jedoch gerade greifbar. Mit diesem Operationsverstärker messe ich am Ausgang etwa 20 mV RMS Rauschspannung, was ganz gut zu dem Datenblattwert 18nV/Sqrt(Hz) der Eingangsrauschspannung dieses Operationsverstärkers passt. Brauchbare Operationsverstärker für diesen Anwendungsfall wären z.B.

  • TL971
  • TLC072
  • OPA172
  • OPA211
  • OPA377

Die fertig aufgebaute Schaltung misst 6x7 cm und benötigt eine Betriebsspannung von 5,5V bis 30V. Der Strombedarf liegt bei etwa 50 mA, davon 40 mA für das Radarmodul. Ich benutze ein IPS-265 Radarmodul von InnoSenT. Mit dem Verstärker ergibt sich eine Reichweite von 6-8 m für Personenerkennung. (Ausgangssignal bei dieser Entfernung etwa 100 mV RMS)

Fot fertig aufgebaute Platine