Tesis:
Contribución a la integración de cabezales de radiofrecuencia y estructuras radiantes para sistemas radar de exploración superficial con configuración de array digital
- Autor: IBAÑEZ URZAIZ, Fernando
- Título: Contribución a la integración de cabezales de radiofrecuencia y estructuras radiantes para sistemas radar de exploración superficial con configuración de array digital
- Fecha: 2020
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/66467/
- Director/a 1º: GISMERO MENOYO, Javier
- Resumen: Los trabajos presentados en esta tesis se enmarcan inicialmente en un proyecto de investigación (TEC2014-53815-R) de título "Array Digital en Recepción para Radares FMCW de Vigilancia Superficial (RAD-DAR)". El objetivo del proyecto fue el desarrollo de un radar de vigilancia superficial, concretamente un radar ubicuo. Este sistema tiene una arquitectura de array digital en recepción y las contribuciones de esta tesis al proyecto se centran en esa parte. El array digital en recepción está formado por N antenas receptoras con un receptor asociado cada una para llevar las señales a banda base para su posterior digitalización y procesado. Los objetivos de diseño de los elementos radiantes se justifican en función de la aplicación principal del sistema. En este trabajo se analizan diferentes parámetros de la antena (tipo de antena, tipo de alimentación, polarización…) y de su receptor asociado mediante simulaciones electromagnéticas y circuitales para explicar los diseños finales. Además, se presentan medidas de los diferentes subsistemas y del sistema completo para mostrar los objetivos cumplidos. Una parte importante del procesado de señal en un radar de vigilancia superficial es la estimación de la dirección de llegada de las señales. Una de las técnicas más establecidas en los radares de vigilancia para la estimación de la dirección de llegada es la técnica monopulso. En este trabajo se analizan las particularidades de la técnica monopulso en arrays digitales en recepción. Además, gracias a la digitalización de las señales recibidas, se analiza la implementación de otros estimadores de la dirección de llegada. Las tolerancias de los componentes, el acoplamiento entre antenas o los desequilibrios entre receptores entre otros efectos generan diferencias entre canales que limitan las prestaciones del sistema. La calibración del sistema persigue corregir los desequilibrios entre canales, idealizando sus respuestas lo que permite explotar todas las características del sistema desarrollado. El proceso de calibración se demuestra mediante simulaciones numéricas, para después aplicar los algoritmos implementados a datos experimentales. Gracias a sus características se está extendiendo el uso de arquitecturas de array digital a otras aplicaciones y el grupo de investigación al que pertenece el autor ha desarrollado un sensor de tráfico con esta estructura. La contribución de esta tesis a ese sistema es el diseño, análisis y fabricación de sus elementos radiantes. La frecuencia de trabajo, el nivel de lóbulos secundarios o el diseño de las antenas receptores son algunos de las dificultades de su diseño. En esta tesis se muestra todo el proceso de diseño seguido partiendo de los objetivos marcados para las antenas, siguiendo con las simulaciones electromagnéticas y terminando con las medidas de las mismas. ----------ABSTRACT---------- The work presented in this Ph.D. thesis is initially framed in part of a research project (TEC2014-53815-R) named "Digital Array in Reception for Surface Surveillance FMCW Radars (RAD-DAR)". The objective of the project was is the development of a surface surveillance radar, a ubiquitous radar. This system has a digital array architecture on receive and the contributions of this Ph.D. thesis to the project are focused on that part. The digital array on receive is formed by N receiving antennas with an associated receiver each one. The receivers move the signals to the baseband for their later digitalization and processing. The design objectives of the radiating elements are justified according to the main application of the system. In this work, different parameters of the antenna (the type of antenna, type of feed, polarization...) and of its associated receiver are analyzed through simulations. Besides, measurements of the different subsystems are presented to show the objectives achieved. Measurements of the whole system are shown too. A main element of the surface surveillance radar signal processing is the estimation of the direction of arrival of the signals. One of the most established techniques in surveillance radars for the estimation of direction of arrival is the monopulse technique. In this Ph.D. thesis, the characteristics of the monopulse technique in digital arrays on receive are analyzed. Besides, the implementation of other arrival direction estimators is analyzed as well. Component tolerances, the coupling between channels, or imbalances between channels, generate differences between them that limit system performance. The calibration process corrects the imbalances between channels, idealizing their responses. The calibration allows us to exploit all the characteristics of the developed system. The calibration process is demonstrated through numerical simulations first, and then the algorithms implemented are applied to the experimental data. The use of digital arrays is growing and the research group has developed a traffic sensor with this structure. The contribution of this Ph.D. thesis to this system is the design, analysis, and manufacture of its radiating elements. The working frequency, the level of secondary lobes, or the design of the receiving antennas are some of the challenges of this design. This Ph.D. thesis shows the whole design process followed: starting from the radiation objectives for the antennas, following by the electromagnetic simulations results and concluding with their measurements.