120GHz雷達液位計，調頻連續波雷達(FMCW)工作原理！
調頻連續波雷達的研發歷史，可以追溯到1938年West Electric公司研發的FMCW雷達高度計。經過若干年的技術積累和革新，調頻連續波雷達液位計應用也大放異彩，今天就讓我們聊一聊調頻連續波雷達(FMCW)工作原理。
雷達按照發射信號種類分成脈沖雷達(Pulse Radar)和連續波雷達(CW Radar) 兩大類，常規脈沖雷達發射周期性的高頻脈沖，連續波雷達發射的是連續波信號。
連續波雷達發射的信號可以是單頻連續波(CW)或者調頻連續波(FMCW)，調頻方式也有多種： 常見的有三角波、鋸齒波、編碼調制或者噪聲調頻等。其中，單頻連續波雷達僅可用于測速，無法測距，而FMCW雷達既可測距又可測速，并且在近距離測量上的優勢日益明顯。
FMCW雷達在掃頻周期內發射頻率變化的連續波，被物體反射后的回波與發射信號有一定的頻率差，通過測量頻率差可以獲得目標與雷達之間的距離信息，差頻信號頻率較低，一般為KHz，因此硬件處理相對簡單、適合數據采集并進行數字信號處理。
FMCW雷達收發同時，理論上不存在脈沖雷達所存在的測距盲區，并且發射信號的平均功率等于峰值功率，因此只需要小功率的器件，從而降低了被截獲干擾的概率；其缺點是測距量程較短，距離多普勒耦合以及收發隔離難等缺點。
FMCW雷達具有容易實現、結構相對簡單、尺寸小、重量輕以及成本低等優點，在民用/軍事領域均得到了廣泛的應用。
下圖為中儀知聯LR8雷達液位計的設計圖:
它是一款調頻連續波雷達產品，其工作原理是通過比較任意時刻回波信號頻率與此時刻發射信號的頻率的之差方法來得到目標的距離信息，距離正比于兩者的頻率差。目標的徑向速度和距離可由測量的二者頻率差處理后得到。與其他測距測速雷達相比，調頻連續波雷達的結構更簡單。下面是FMCW雷達的系統框圖：
我們能看到它是由三部分組成，發射天線和接收天線，功分器、功率放大器和混頻器組成的射頻前端，調制信號發生器以及AD采樣和信號處理的后端處理部分。三部分各司其職又相互協作：
調制信號發生器提供所需要的調制信號，經VCO控制產生頻率在時間上按鋸齒形變化的連續高頻等幅波，一部分經放大后通過發射天線輻射出去，另一部分作為本振信號。在無線電波遇到目標后返回到接收天線，這時回波信號和本振信號相比頻率產生了變化，經混頻器出來后就是差拍信號。差拍信號的頻率和目標的距離、速度有關，信號處理的主要任務就是提取出差拍信號的頻率，并通過它得到目標真實的距離和速度等信息。
比較與脈沖體制雷達，這款雷達物位計有著以下優點：
(1)由雷達理論可知，距離分辨力是由雷達信號的帶寬決定的，FMCW雷達具有較大的帶寬，因此具有較高的距離分辨力。
(2) 由于FMCW雷達的回波信號延時遠小于發射信號的時寬，所以雷達發射機和接收機可以同時工作，不存在距離盲區。
(3) 在一定噪聲功率條件下，雷達的檢測能力由雷達信號的能量決定。FMCW雷達具有超大的時帶積，遠大于相同信號帶寬和電平的脈沖雷達，所以在相同檢測能力條件下，FMCW雷達發射功率低，不易被截獲。
(4) 由于FMCW雷達具有超大的時寬帶寬積，所以不需要較高的峰值功率，這樣它的工作電壓就比較低，不需要使用高功率、高電壓器件，從而使得整個系統結構簡單，體積較小、重量較輕、成本較低。
LR8雷達液位計參數
發射頻率：120GHz
等效全向輻射功率：＜10uW
測量范圍：0.01～30m
功率消耗： ＜2.4W
電源電壓：DC 24V
電源電流：70～98mA
顯示分辨率：0.1mm
測量精度：＜±0.5mm
輸出電流：4～20mA
通訊類型：RS485、HART
過程壓力：0～25bar
環境溫度：-30℃～+70℃
外殼材料：賽鋼(POM)+不銹鋼(SS)+高密度聚乙烯(HDPE)；
防護等級： IP67
防爆等級：Ex d IIC T6 Gb