IQ reflected power canceller for an FMCW radar

Stofberg, Anneke (2014-04)

Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2014.

Thesis

ENGLISH ABSTRACT: Large close range environmental reflections or poor isolation between the transmit and receive paths of an FMCW radar can overload the receiver. The In phase and Quadrature phase (IQ) Reflected Power Canceller (RPC) provides a solution to the problem by cancelling any close range reflections. In this study a procedure to optimise the design of an RPC is developed and the performance limits of a practical RPC is investigated in depth. There are four focus areas in the evaluation and design of the IQ Reflected Power Canceller. First, an analysis was performed on a theoretical IQ Reflected Power Canceller, which provided insight into how the system functioned and made it possible to identify practical application issues that would arise during the design. The next focus area was the IQ Reflected Power Canceller’s dynamic range. Equations, based on the power and noise characteristics of each component in the canceller, were derived. From these equations, a system, with an optimised dynamic range, could be developed. Next, the IQ Reflected Power Canceller’s feedback loop stability was investigated. The canceller is an active negative feedback control system but, in order to obtain the negative feedback, the feedback signal has to be phase shifted by 180 degrees to the phase of the input signal. An analysis of the canceller’s RF phase contribution resulted in an equation that can be used to manage the nett RF phase in the feedback loop. The evaluation model of the IQ Reflected Power Canceller produced favourable results. The tests performed on the system included measuring the level of cancellation that can be achieved, whether the dynamic range corresponds to the predicted values and the amount of RF phase error that can be introduced in the feedback path while maintaining a stable system. The IQ Reflected Power Canceller was found to perform well in the evaluation. It provided a cancellation of more than 45 dB for close range reflections and the canceller remained stable across a wide range of RF centre frequencies (1 GHz). This means that the FMCW radar’s frequency modulation bandwidth will not be limited because of the IQ Reflected Power Canceller. The evaluation clearly showed that the modulator in the feedback loop is the critical element that determines the dynamic range of the radar with an RPC.

AFRIKAANSE OPSOMMING: Onvoldoende isolasie tussen die sender en ontvanger van ’n Frekwensie Gemoduleerde Kontinu Golf radar, sowel as groot weerkaatsings vanaf voorwerpe in die omgewing van die radar, veroorsaak dat die ontvanger versadig. Hierdie beperking veroorsaak dat die radar ’n verminderde dinamiese bereik het, en daarmee ook dat die radar se maksimum teiken-afstand verminder word. Die IQ Gereflekteerde Drywingskanselleerder kan as ’n oplossing gebruik word teen hierdie ongewenste refleksies. Hierdie navorsing poog om ’n kanselleerder te evalueer met die eind doel gestel daarop om ’n praktiese stelsel aanmekaar te sit. Die kanselleerder word geëvalueer deur na vier fokus areas te kyk. Eerstens word ’n ideale model opgestel, wat ’n beter begrip van die kanselleerder bewerkstellig. Uit hierdie ideale model, is daar praktiese oorwegings wat die kanselleerder affekteer, geïdentifiseer. Ten einde die dinamiese bereik van die radar ontvanger te verbeter, word ’n metode afgelei wat gebruik word om die kanselleerder se dinamiese bereik te optimeer. Hierdie metode neem die maksimum drywingsbeperkinge van die komponente in die kanselleerder in ag. Die kanselleerder is ’n aktiewe terugvoer beheerstelsel, en aangesien ’n sommeerder in die terugvoer lus gebruik word, moet die fase deur die lus met 180 grade geskuif word om sodoende ’n kansellerende sein by die ontvangde sein te tel. Die RF fase foute in die kanselleerder word geanaliseer deur ’n nie-ideale model van die kanselleerder op te stel. Hierdie nie-ideale model maak dit moontlik om die effek van ’n RF fase fout op die kanselleerder se stabiliteit te ondersoek. ’n Praktiese kanselleerder is ontwerp uit die inligting wat versamel is gedurende die evaluasie, en ’n werkende stelsel is aanmekaar gesit. Met hierdie praktiese kanselleerder is die hoeveelheid drywing-onderdrukking wat bereik kan word, gemeet. Die dinamiese bereik van die kanselleerder is ook bepaal en vergelyk met die teoreties berekende waardes. Die aannames oor die effek van die RF fase fout in die kanselleerder, is bevestig deur metings te neem. Goeie resultate is met die kanselleerder behaal. ’n Kansellasie van meer as 45 dB is gemeet vir naby-geleë refleksies. Die kanselleerder het ook stabiel gebly oor ’n wye band van senter-frekwensies (1 GHz). Dus sal die Frekwensie Gemoduleerde Kontinu Golf radar se modulasie bandwydte nie beperk word as gevolg van die kanselleerder nie. Uit die evaluasie is daar gevind dat die modulator die kritieke element in the kanselleerder se terugvoer lus is, dus bepaal die modulator die dinamiese bereik van die radar met ’n kanselleerder.

Please refer to this item in SUNScholar by using the following persistent URL: http://hdl.handle.net/10019.1/86640
This item appears in the following collections: