Bygg en radar
Radar är kul. Framför allt kan man bygga flera olika typer själv. Men först lite grunder.
Radar står för Radio Detection And Ranging (ekoradio på "gammalsvenska") alltså en radio som kan användas för upptäckt och för avståndsmätning. Sätter man sedan snurr på radarantennen kan man även få ut vinkeln till det upptäckta objektet, fast det kommer jag inte att befatta mig med nu (kanske något för någon PIC-pulare att fundera på..) Hur som helst så fungerar det som i bilden nedan. Sändaren sänder ut en radiovåg som förhoppningsvis reflekteras från något objekt och kan tas emot i mottagaren.
Avståndet till objektet blir
hälften av den tid det tar för radiovågen att, i ljusets
hastighet, färdas fram och tillbaka från
radarstationen.Alltså R=(C*T)/2 där R=avståndet,
C=ljushastigheten (3*10E8), T=tiden mellan utsänd och
mottagen puls.
Radar behöver ju inte alltid använda radiovågor utan det går lika bra med ljudvågor (SONAR) eller laser (LIDAR). Jag kommer att kika lite på allt men vi börjar med radio. Det man först tänker på är mikrovågor, mest för att det är enkelt att bygga antenner med smala strålningslober på höga frekvenser men man faktiskt använda KV/VHF/UHF också. För vad är meteorscatter och månstuds egentligen?.. Radiovågor som studsar (och som visar att det finns något där som de kan studsa på och hur långt det är dit).
Hursomhelst åter till mikrovågorna. Ett enkelt sätt att generera mikrovågor är att använda en GUN oscillator (hur den funkar hittar du på andra ställen på nätet) och som mottagare använder jag en detektordiod.
Båda dioderna sitter i varsin vågledare som i sin tur är anslutna till varsitt horn.
Radar behöver ju inte alltid använda radiovågor utan det går lika bra med ljudvågor (SONAR) eller laser (LIDAR). Jag kommer att kika lite på allt men vi börjar med radio. Det man först tänker på är mikrovågor, mest för att det är enkelt att bygga antenner med smala strålningslober på höga frekvenser men man faktiskt använda KV/VHF/UHF också. För vad är meteorscatter och månstuds egentligen?.. Radiovågor som studsar (och som visar att det finns något där som de kan studsa på och hur långt det är dit).
Hursomhelst åter till mikrovågorna. Ett enkelt sätt att generera mikrovågor är att använda en GUN oscillator (hur den funkar hittar du på andra ställen på nätet) och som mottagare använder jag en detektordiod.
Båda dioderna sitter i varsin vågledare som i sin tur är anslutna till varsitt horn.
Min sändare arbetar på
10,265 GHz vilket är mitt i amatörbandet och var således
klar att använda.
Den här typen av sändare/mottagare är ganska vanlig i dörröppnare, larmsensorer, enklare telemetriutrustning mm. Så vill du prova själv så är det bara att hålla ögonen öppna på nästa loppis. Fast det där visste du som radioamatör väl redan.. På med lödkolven istället.
Jag genererar pulser som i sin tur driver sändaren. Om man nu tänker efter inser man att pulsen måste vara riktigt kort för att inte dölja den reflekterade signalen. Då min sändare är ganska svag (typ 10mW) blir inte räckvidden speciellt stor den heller. Den skarpögde kan se att jag bytt ut mottagaren då originalet var lite okänslig.
Den här typen av sändare/mottagare är ganska vanlig i dörröppnare, larmsensorer, enklare telemetriutrustning mm. Så vill du prova själv så är det bara att hålla ögonen öppna på nästa loppis. Fast det där visste du som radioamatör väl redan.. På med lödkolven istället.
Pulsradar
Jag genererar pulser som i sin tur driver sändaren. Om man nu tänker efter inser man att pulsen måste vara riktigt kort för att inte dölja den reflekterade signalen. Då min sändare är ganska svag (typ 10mW) blir inte räckvidden speciellt stor den heller. Den skarpögde kan se att jag bytt ut mottagaren då originalet var lite okänslig.
På bilderna nedan ser vi överst
de utsända pulserna och nedan den signal som mottagaren tar
emot. Det vi ser överst är två skurar med utsända och
mottagna pulser. Den nedre bilden är på en puls.
Tidsskillnaden mellan dem är ca 1 uS vilket motsvarar ett
avstånd på 150 meter ((3*10E8 * 1*10E-6)/2=150).
Ett varningens ord om du vill prova detta själv. Bilderna ovan är inspelade med PC:s ljudkort som är alldeles för långsamt för att kunna användas. Man behöver ett riktigt oscilloskop för att mäta upp denna snabba tidsskillnad. Bilderna här är bara för demonstration.
Då vi redan
har allt som behövs för att bygga en dopplerradar gör vi det
också. Fast här använder jag annan hårdvara (tack för
”skrotet” Olle!).
Som radioamatör vet du vad doppler är.
Ni andra kan slå upp det i någon bok..
Fördelen med doppler är att det är direkt proportionellt mot hastigheten, med andra ord man kan mäta hur fort ett föremål rör sig i förhållande till radarn. Det är kanske känns familjärt hos er som betalat 1200 kr till polisen. De använder dopplerradar/laser vid hastighetskontroller.
Nackdelen är att du inte kan mäta avståndet.. Hur mäter man då frekvensskillnaden mellan utsänd och reflekterad signal. Mycket enkelt. Man blandar bara den utsända signalen med den mottagna och skillnaden är dopplerfrekvensen. För att åstadkomma LO-injektion (dvs att en liten del av sändarsignalen går direkt in i mottagaren) kan man använda en liten plåtbit framför antennerna. Denna reflex är tillräcklig stark för att verka som lokal oscillator. Eller som i exemplet nedan, använda en dörröppnare/larmsensor som redan har LO-injektion inbyggd.
Ett varningens ord om du vill prova detta själv. Bilderna ovan är inspelade med PC:s ljudkort som är alldeles för långsamt för att kunna användas. Man behöver ett riktigt oscilloskop för att mäta upp denna snabba tidsskillnad. Bilderna här är bara för demonstration.
Doppler radar
Då vi redan
har allt som behövs för att bygga en dopplerradar gör vi det
också. Fast här använder jag annan hårdvara (tack för
”skrotet” Olle!). Som radioamatör vet du vad doppler är.
Ni andra kan slå upp det i någon bok..
Fördelen med doppler är att det är direkt proportionellt mot hastigheten, med andra ord man kan mäta hur fort ett föremål rör sig i förhållande till radarn. Det är kanske känns familjärt hos er som betalat 1200 kr till polisen. De använder dopplerradar/laser vid hastighetskontroller.
Nackdelen är att du inte kan mäta avståndet.. Hur mäter man då frekvensskillnaden mellan utsänd och reflekterad signal. Mycket enkelt. Man blandar bara den utsända signalen med den mottagna och skillnaden är dopplerfrekvensen. För att åstadkomma LO-injektion (dvs att en liten del av sändarsignalen går direkt in i mottagaren) kan man använda en liten plåtbit framför antennerna. Denna reflex är tillräcklig stark för att verka som lokal oscillator. Eller som i exemplet nedan, använda en dörröppnare/larmsensor som redan har LO-injektion inbyggd.
Det som kommer ut ur
mottagarens detektordiod är alltså summan och skillnaden
mellan utsänd och reflekterad signal. Frekvensen på
blandningssignalen ger i sin tur hastigheten enligt:
F(doppler)= (2*V)/lamda [Hz] [m/s]
Så här ser den ut uppställd. Jag spela in utsignalen med en PC:n vilket går bra då det är lågfrekventa signaler
Nedan några exempel på vad man höra/se:
Här ser vi TDF995 som presterar 644 Hz vilket är snabbare än 30 km/h. Han tänker inte på barnen ! På den högra bilden ser vi en bil som kommer emot radar; accelererar lite försiktigt, bromsar vid ett gupp och sedan gasar igen.
F(doppler)= (2*V)/lamda [Hz] [m/s]
Så här ser den ut uppställd. Jag spela in utsignalen med en PC:n vilket går bra då det är lågfrekventa signaler
Nedan några exempel på vad man höra/se:
Här ser vi TDF995 som presterar 644 Hz vilket är snabbare än 30 km/h. Han tänker inte på barnen ! På den högra bilden ser vi en bil som kommer emot radar; accelererar lite försiktigt, bromsar vid ett gupp och sedan gasar igen.
Det här är lite kul. Det vi
ser är dopplern från benen på en person som går mot
radarn.
Ett enkelt experiment du kan göra själv är en akustisk radar. Använd PC:ns mikrofon som mottagare och analysera ljudet i något fiffigt analysprogram och vips så har du en ljudradar.
Här kan vi se radarsvaret (vad vi hemma brukar kalla eko) från en ljudpuls ( eh.. jag slog hårt med en sked i ett plåtskåp). Svaret kommer efter ca 160 mS vilket skulle motsvara ca 26 meter (330m/s * 0,16 s /2) Det stämmer bra när jag stegar upp avståndet. Om du ger dig på detta så glöm inte att vågutbredningshastigheten för ljud är lägre än för radiovågor! När jag ändå hade lödkolven igång kunde jag inte motstå att prova en annan sak:
När vi nu redan är på gång så är det väl bara att fortsätta... Laser är ju en kul och billig grej. Samma principer som gäller för radio gäller ju för laser så på med lödkolven igen.
Först
behöver vi ju en pulsad laser vilket är snabbt ordnat.
Jag matar bara en laserdiod med 4,5 volts pulser och den
saken är löst. Om du rör laserstrålen snabbt över taket
samtidigt som du pulsmodulerar den kan du se pulserna
som korta streck.
Ganska kul faktiskt.. Mottagaren är nästan lika enkel.
Jag har använt en fototransistor BPW41som jag stoppat in i en filmkassett tillsammans med ett optiskt filter för att inte bli (så) störd av allt annat ljus än (laser-) rött. Den kan anslutas direkt till min PC:s mikrofoningång. Skyll inte på mig om du provar och din PC går sönder...
Här kan vi bjuda på ett litet tips. På SB kort (och säkert många andra..) med mikrofoningång så kan man lätt tro att det är en stereoingång, men icke ! Det är en LF ingång och en spänningsmatning samt jord. Tänk på det om du vill använda mikrofoningången till någonting annat.
Ja ha ja.. Om det här med microvågor verkar knöligt, laser lite farligt och att slå skedar i plåtskåp lite fjolligt så finns det hopp även för er.
Radar går ju ut på att man tar emot en utsänd signal, men du behöver ju inte alltid sända själv. En s.k. Bi-statisk radar har sändare och mottagarna skilda åt och det kan vi utnyttja. Tag en sändare, om det så är en flygradar eller din lokala TV sändare gör inget bara den är stark. Om du nu kan ta emot dels direktsignalen och dels den reflekterade signalen så kan du få ut dopplerfrekvensen.
Eller så försöker man ta emot både den utsända signalen och ekot från t.ex. ett flygplan
Akustisk Radar
Ett enkelt experiment du kan göra själv är en akustisk radar. Använd PC:ns mikrofon som mottagare och analysera ljudet i något fiffigt analysprogram och vips så har du en ljudradar.
Här kan vi se radarsvaret (vad vi hemma brukar kalla eko) från en ljudpuls ( eh.. jag slog hårt med en sked i ett plåtskåp). Svaret kommer efter ca 160 mS vilket skulle motsvara ca 26 meter (330m/s * 0,16 s /2) Det stämmer bra när jag stegar upp avståndet. Om du ger dig på detta så glöm inte att vågutbredningshastigheten för ljud är lägre än för radiovågor! När jag ändå hade lödkolven igång kunde jag inte motstå att prova en annan sak:
Laser-Radar
När vi nu redan är på gång så är det väl bara att fortsätta... Laser är ju en kul och billig grej. Samma principer som gäller för radio gäller ju för laser så på med lödkolven igen.
Först
behöver vi ju en pulsad laser vilket är snabbt ordnat.
Jag matar bara en laserdiod med 4,5 volts pulser och den
saken är löst. Om du rör laserstrålen snabbt över taket
samtidigt som du pulsmodulerar den kan du se pulserna
som korta streck. Ganska kul faktiskt.. Mottagaren är nästan lika enkel.
Jag har använt en fototransistor BPW41som jag stoppat in i en filmkassett tillsammans med ett optiskt filter för att inte bli (så) störd av allt annat ljus än (laser-) rött. Den kan anslutas direkt till min PC:s mikrofoningång. Skyll inte på mig om du provar och din PC går sönder...
Här kan vi bjuda på ett litet tips. På SB kort (och säkert många andra..) med mikrofoningång så kan man lätt tro att det är en stereoingång, men icke ! Det är en LF ingång och en spänningsmatning samt jord. Tänk på det om du vill använda mikrofoningången till någonting annat.
Här har vi så
lasern och mottagaren monterad på en vanlig kikare
Så här ser de mottagna
laserpulserna ut när de studsat på en vägg några meter
bort.
Ja ha ja.. Om det här med microvågor verkar knöligt, laser lite farligt och att slå skedar i plåtskåp lite fjolligt så finns det hopp även för er.
Radar går ju ut på att man tar emot en utsänd signal, men du behöver ju inte alltid sända själv. En s.k. Bi-statisk radar har sändare och mottagarna skilda åt och det kan vi utnyttja. Tag en sändare, om det så är en flygradar eller din lokala TV sändare gör inget bara den är stark. Om du nu kan ta emot dels direktsignalen och dels den reflekterade signalen så kan du få ut dopplerfrekvensen.
Eller så försöker man ta emot både den utsända signalen och ekot från t.ex. ett flygplan
Ganska listigt! Är det
en pulsad sändare och då vet var den står kan du även
räkna ut avståndet.
Ha så kul!
Ha så kul!