Medir la distancia usando el cambio de fase

Bueno, la última pregunta que haces es qué es lo que realmente dificulta este tipo de problema. Si la señal de retorno tiene la misma frecuencia que la señal transmitida, es extremadamente difícil separar las dos. Sin embargo, si va a tener un transpondedor en el otro extremo, puede divertirse un poco. En lugar de transmitir y recibir a 10 MHz, lo que debe hacer es transmitir y recibir en dos frecuencias diferentes más altas, ambas moduladas a 10 MHz. Digamos que elige la banda ISM de 2,4 GHz. Probablemente sea una buena idea porque las antenas son pequeñas y hay muchos RFIC disponibles que funcionarán en ese rango. Con una modulación AM de 10 MHz, necesita 20 MHz de ancho de banda (bandas laterales dobles). Probablemente desee transmitir en 2,42 y 2,48 GHz, ya que la banda ISM es solo de 2,4 a 2,5 GHz. Esto cubrirá aproximadamente 2.41 a 2.43 y 2. 47 a 2,49 GHz. Esto deja una buena cantidad de separación en el medio. El transmisor es simple: solo genere una onda sinusoidal de 2,42 GHz y utilícela a 10 MHz. El receptor es solo un receptor de AM simple, pero primero debe aislar la frecuencia de transmisión. Mézclelo con un LO de 2,42 GHz y un paso de banda de alrededor de 10 MHz con un ancho de banda razonablemente estrecho. Es probable que necesite un AGC en algún momento del camino. Después del mezclador y el filtro de paso de banda, es posible que pueda salirse con la suya con un amplificador limitador. De todos modos, en este punto, ejecuta su señal a través de un PLL de 10 MHz y luego usa la salida de eso para activar un oscilador de 2.48 GHz. Sería una buena idea apagar el lado de transmisión si no se recibe ninguna señal para ahorrar energía, esto se puede hacer con un detector de picos y un comparador. De vuelta en el lado de transmisión original, vuelve a hacer la misma conversión descendente, y luego compare la fase de las señales transmitidas y recibidas. Esto dará una estimación parcial del rango. Es probable que necesite transmitir un par de frecuencias de modulación diferentes para obtener una mejor estimación del rango, ya que los cambios de fase son periódicos. Tal vez bloqueando los 10 MHz a 1 MHz o incluso a 100 KHz.

Este tipo de solución puede ser bastante sensible a la interferencia debida a otros dispositivos que transmiten en la banda de 2,4 GHz. Además, la detección de CW como esta no es muy eficiente desde el punto de vista energético, ni se presta a que más de un sistema esté en funcionamiento en la misma ubicación física. Una mejor idea podría ser construirlo como la FAA construye sus radares: hacer ping a un transpondedor. Básicamente, es la misma idea: transmite en una frecuencia, recibe en otra, pero mides el tiempo de vuelo en lugar de la fase. También puede usar una mayor potencia de transmisión en un ciclo de trabajo más corto para obtener más alcance. También admitiría múltiples usuarios con códigos únicos, y los transpondedores se pueden configurar para responder solo si reciben el código adecuado. El transmisor y el receptor en este caso serían en su mayoría digitales,

Una cosa a considerar sería generar una señal de chirrido en el lado TR (una señal que aumenta linealmente en frecuencia). En el otro extremo, puede utilizar un retransmisor. De vuelta en el lado TR, mezcla la señal de recepción con su chirrido original. Cuanto mayor sea la frecuencia de pulsación (la diferencia de frecuencia), mayor será la distancia. Alternativamente, en lugar de un chirrido, puede generar una señal CW, dividirla en 2 partes (Rf y LO). Luego use un interruptor de estado sólido rápido para activar la RF y generar un pulso. Use el mismo tipo de interruptor para cambiar entre Tx y Rx. Mezcle el RF con el LO y calcule el tiempo de vuelo. La ventaja de este método es que no tienes que generar un chirrido. La desventaja es que hay una separación mínima que puede medir (determinada por la rapidez de estos interruptores ~15 ns).

Podría ser mucho más fácil usar la intensidad de la señal recibida (RSS) y devolver este valor digitalmente (a través de un enlace ascendente de rf diferente) al maestro. En un entorno perfecto sin obstáculos, este método funcionará tan bien como tratar de medir la diferencia horaria. En un entorno imperfecto con reflejos y caminos múltiples, ambos estarán sujetos a errores.

Estoy impulsando la ruta RSS porque será mucho más fácil de construir; el receptor solo necesitará medir la amplitud de la portadora (modulada o no) para determinar la distancia desde el transmisor. Una vez medido (mediante un ADC simple probablemente integrado en una MCU), puede transmitirlo como un valor al transmisor.

Los niveles de sofisticación dependen de las radios en cada extremo, pero para superar los efectos de los trayectos múltiples, se pueden usar varias frecuencias diferentes y los resultados se tabulan y se devuelven al transmisor. No voy a entrar en los detalles de cómo las diferentes frecuencias pueden ayudar a evitar niveles de RSS erróneos porque pueden ser profundos.

Mi dinero estaría en usar RSS en varias frecuencias diferentes en el rango de 2,45 GHz: mida RSS en cada una y calcule la mejor estimación de la distancia entre los dos objetos.