Radarsensoren

Radarsensoren, die wir in diesem Ratgeber vorstellen, sind sozusagen Miniatur-Ausgaben großer Systeme. Sie arbeiten ebenfalls mit Radarwellen im Bereich von etwa 24 bis 77 Gigahertz, enthalten einen Sender ebenso wie einen Empfänger. Allerdings ist die Energieabgabe erheblich niedriger, entsprechend gering ist die Reichweite, die meist nur einige Meter beträgt.

Haupteinsatzgebiet dieser Sensoren ist die Meldung von Bewegungen. Sie stehen damit in direkter Konkurrenz mit klassischen Bewegungsmeldern, die im Allgemeinen auf die Detektion von Infrarot – also Wärmestrahlung – spezialisiert sind. Bekannteste Vertreter sind PIR-Sensoren.

Das P steht für passiv, infrarote Strahlung wird also nicht ausgesendet, sondern nur empfangen. Eine Bewegung erkennen diese Sensoren nur, wenn ein Objekt im Erfassungsbereich mehr Wärme ausstrahlt als in der Umgebung vorhanden ist.

Die Temperaturdifferenz löst in der Sensor-Elektronik eine Aktion aus, zum Beispiel für das Öffnen einer Tür oder das Einschalten der Beleuchtung.

Größter Nachteil eines PIR-Sensors: Er reagiert nur auf Temperaturdifferenzen, das heißt, es muss sich ein Mensch oder ein Tier im Erfassungsbereich des Sensors befinden. Außerdem benötigt die Sensorik eine freie Sicht, jedes Hindernis beeinträchtigt die Empfindlichkeit.

Im Gegensatz zu PIR-Sensoren verfügen einige Radar-Bewegungsmelder über eine Schaltung, die den Doppler-Effekt nutzt. Sie können damit die Bewegung eines Objekts relativ zum Sensor messen. Der Doppler-Effekt wird durch die Kompression oder Dehnung der Wellenlänge verursacht. Wenn sich das Objekt dem Sensor nähert, werden die Wellen schneller reflektiert, die Wellenlänge verkürzt sich. Dies führt zu einer höheren wahrgenommenen Frequenz. Bei einer Bewegung von Sensor weg wird die Wellenlänge gedehnt, die Frequenz erscheint niedriger.

Schaltungstechnisch gesehen besteht ein modular aufgebauter Radar-Bewegungsmelder meist aus folgenden Komponenten: dem eigentlichen Sender-Empfänger-Modul mit Oszillator und eingebautem Mischer zur Überlagerung der Basis- mit der Doppler-Frequenz, einer stabilisierten Stromversorgung für Spannungen von 8 bis 15 Volt Gleichstrom, einem Niederfrequenz-Vorverstärker und einem Analog-Digital-Wandler.

Der Vorverstärker ist notwendig, um die Signale des Detektors sowohl zu verstärken als auch deren Frequenz zu begrenzen, in der Regel auf 400 Hertz. Bewegt sich ein Objekt beispielsweise mit 1 km/h Richtung Sensor, erzeugt die Schaltung ein Ausgangssignal von etwa 44 Hertz. Mit der 400-Hertz-Begrenzung lassen sich somit Objektbewegungen bis maximal 9 km/h erkennen. Die Erfassungsweite liegt im Freifeld bei rund 15 Metern, der Erfassungsradius bei 70 bis 80 Grad horizontal und 32 bis 70 Grad vertikal.

Wichtig bei Bewegungsmeldern sind die Verarbeitungsmöglichkeiten der vom Wandler gelieferten Signale. Als optimal erweist sich offener Kollektor-Transistor-Ausgang, der bei erkannter Bewegung gegen Masse durchschaltet. Mit einer integrierten Freilauf-Diode lässt sich damit direkt ein Relais ansteuern. Zusätzlich ist meist auch die Ausgabe von CMOS- oder TTL-Logikpegeln möglich.