A Radar Front-End of a Planetary Altimeter
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Licentiate thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2019
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
77
Series
Abstract
The European Space Agency (ESA) is aiming for small landers in future planetary exploration missions. This imposes drastic design constraints on individual components in terms of size, mass and power. A reliable measurement of the ground distance by an altimeter is the key asset for the planetary descent and landing system. In the case of small landers, the size, mass and power consumption of the altimeter must be minimized as well. Harp Technologies Ltd. was responsible for developing a radar front-end of a planetary altimeter. The main project objective was to analyse the most promising radar concept for ESA’s exploration programme, and then design and bread-board the chosen concept. A development of a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar front-end for the frequency band 13.25 – 13.35 GHz is described in this Licentiate thesis. At first, a theoretical background for pulse and FMCW radars is presented. Based on the operational requirements, the FMCW radar concept is selected for the further development. The detailed design of the radar front-end is then described, and the performance of the manufactured breadboard is verified in laboratory conditions. The measured power consumption of the radar front-end is less than 2.5 W. The output frequency range is 13.28 – 13.389 GHz and the output power is approximately 14 dBm. The noise figure of the receiver is 6.5 dB. The performance of the realised radar altimeter is deemed satisfactory, and it has also sufficient improvement potential to be suitable for the next phase of the project (i.e. Engineering Model).Euroopan avaruusjärjestö (ESA) tähtää pieniin laskeutujiin tulevaisuuden planeetta-tutkimusohjelmissa. Tämä aiheuttaa merkittäviä suunnittelurajoituksia yksittäisten komponenttien koolle, massalle ja tehonkulutukselle. Luotettava maanpinnan etäisyyden mittaus korkeusmittarilla on planeettalaskeutumisjärjestelmän keskeinen voimavara. Pienten laskeutujien tapauksessa myös korkeusmittarin koko, massa ja tehonkulutus täytyy minimoida. Harp Technologies Oy oli vastuussa planetaarisen korkeusmittarin tutkaetupään kehityksestä. Projektin päätavoite oli analysoida lupaavin tutkakonsepti ESAn tutkimusohjelmaa varten ja sitten suunnitella ja toteuttaa koekytkentämalli valitulle konseptille. Tässä lisensiaatintyössä kuvaillaan taajuusmoduloidun jatkuvalähetteisen (FMCW) tutkan etupään kehitys taajuusalueelle 13.25 – 13.35 GHz. Aluksi esitetään pulssi- ja FMCW-tutkien teoreettinen tausta. FMCW-tutkakonsepti valitaan jatkokehitykseen toimintavaatimusten perusteella. Tämän jälkeen tutkaetupään suunnittelu kuvaillaan yksityiskohtaisesti ja valmistetun koekytkentämallin suorituskyky varmistetaan laboratoriomittauksin. Tutkaetupään mitattu tehonkulutus on pienempi kuin 2.5 W. Ulostulon taajuusalue on 13.28 – 13.389 GHz ja ulostuloteho on noin 14 dBm. Vastaanottimen kohinaluku on 6.5 dB. Toteutetun tutkakorkeusmittarin suorituskyky todetaan hyväksi ja siinä on riittävästi jatkokehityspotentiaalia projektin seuraavaa vaihetta eli insinöörimallia varten.Description
Supervisor
Taylor, ZacharyThesis advisor
Räisänen, AnttiKeywords
radar, FMCW, altimeter, breadboard, tutka, FMCW, korkeusmittari