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El radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) es un tipo de radar que transmite una onda continua cuya frecuencia varía linealmente con el tiempo y que utiliza la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y el eco recibido para medir simultáneamente la distancia y la velocidad del objetivo. A diferencia del radar de impulsos, que funciona en un ciclo de “emisión-espera-recepción”, el radar FMCW emite y recibe simultáneamente, obteniendo información sobre el objetivo mientras la señal se emite de forma continua.
El académico Mao Erke señaló en una ocasión que la contradicción fundamental en el desarrollo de la tecnología de radar siempre ha sido el equilibrio entre “ver con claridad” y “medir con precisión”, y abogó por “llevar a cabo investigaciones innovadoras sobre sistemas de radar y desarrollar radares de nueva arquitectura”. El radar FMCW es una encarnación clásica de esta filosofía en el ámbito de la ingeniería: utiliza un enfoque “continuo” para lograr una detección de alta resolución bajo restricciones de baja potencia máxima.
1. Principio básico de funcionamiento del radar FMCW
1.1 Estructura de la señal: modulación de frecuencia lineal y “chirp”
La señal transmitida por Radar FMCW es una onda continua cuya frecuencia varía linealmente con el tiempo, lo que se conoce comúnmente como “chirp”. Tomando como ejemplo la modulación en diente de sierra más habitual, la frecuencia de la señal transmitida aumenta linealmente desde una frecuencia inicial f₀ hasta f₀+B, donde B es el ancho de banda de barrido, T es el período de barrido y la pendiente del chirp es S = B/T.
1.2 Principio de telemetría: el método de la diferencia de frecuencias
El principio fundamental de la medición de distancias mediante radar FMCW radica en la “diferencia de frecuencia”. La señal transmitida y la señal recibida se mezclan para generar una señal de frecuencia intermedia (FI), cuya frecuencia f_FI es igual a la diferencia de frecuencia entre las señales transmitida y recibida en un instante dado.
Dado que la señal tarda un tiempo τ = 2R/c en llegar al objetivo y volver (siendo R la distancia al objetivo y c la velocidad de la luz), la frecuencia de la señal transmitida ha aumentado en S·τ durante ese intervalo. Por lo tanto, la frecuencia de la señal de frecuencia intermedia es:
f_IF = S · τ = S · 2R / c
A partir de esto, el rango objetivo es:
R = c · f_IF / (2S)
El alcance es proporcional a la frecuencia de IF: cuanto mayor sea la frecuencia de IF, más lejos estará el objetivo.
1.3 Principio de medición de la velocidad: el método de fase Doppler
El radar FMCW mide la velocidad mediante Variación de fase Doppler. El sistema transmite continuamente múltiples chirps y calcula la velocidad radial del objetivo analizando el cambio de fase de la señal de frecuencia intermedia (IF) entre chirps adyacentes.
Si el cambio de fase del objetivo durante el intervalo de tiempo T_c entre dos chirps adyacentes es ΔΦ, la velocidad radial del objetivo es:
v = λ · ΔΦ / (4π · T_c)
donde λ es la longitud de onda de la señal transmitida.
1.4 Principio de medición de ángulos: diferencia de fase entre múltiples antenas
El radar FMCW requiere al menos dos antenas receptoras para medir el ángulo. Al comparar la diferencia de fase de la misma señal de eco en las dos antenas receptoras, se puede calcular el ángulo de llegada del objetivo. La relación entre la diferencia de fase Δφ y el ángulo del objetivo θ es la siguiente:
Δφ = 2π · d · senθ / λ
donde d es la distancia entre antenas.
2. Ventajas principales del radar FMCW
Potencia máxima extremadamente baja. Esta es la ventaja más destacada del radar FMCW. Al transmitir de forma continua, el radar FMCW no necesita liberar una enorme cantidad de energía en un tiempo extremadamente breve, como ocurre con el radar de impulsos. En cambio, alcanza un rendimiento de detección comparable utilizando una potencia baja en estado estacionario. Esto permite que el radar FMCW utilice transmisores de estado sólido de bajo coste, evitando la necesidad de moduladores de alta tensión y válvulas de vacío.
Sin zonas ciegas en el alcance. El radar de impulsos no puede recibir ecos mientras transmite, lo que crea una zona ciega a corta distancia. El radar FMCW transmite y recibe de forma continua, lo que elimina este problema y lo hace especialmente adecuado para la detección de alta precisión a corta distancia.
La resolución de alcance está directamente relacionada con el ancho de banda. La resolución de distancia de un radar FMCW es ΔR = c/(2B), y viene determinada exclusivamente por el ancho de banda de barrido, independientemente de la anchura del pulso. Esto significa que la resolución puede mejorarse aumentando el ancho de banda sin reducir la anchura del pulso.
Estructura y procesamiento de señales relativamente sencillos. La parte frontal de radiofrecuencia (RF) del radar FMCW tiene una estructura sencilla, y el procesamiento de la señal se basa en la transformada rápida de Fourier (FFT), lo que la hace económica y fácil de integrar.
Antinterferencias y baja probabilidad de interceptación. La baja potencia máxima hace que las señales de radar FMCW sean difíciles de detectar a larga distancia por los sistemas de inteligencia electrónica del enemigo, lo que ofrece ventajas inherentes en materia de sigilo.
3. Principales limitaciones del radar FMCW
Alcance de detección limitado. El alcance de detección de los radares FMCW suele limitarse a unos cientos de metros o a unos pocos kilómetros. Los problemas relacionados con el aislamiento entre transmisión y recepción limitan la potencia de transmisión que se puede alcanzar, lo que impide alcanzar el alcance de detección de cientos de kilómetros que tienen los radares de impulsos.
Aliasing espectral en escenarios con múltiples objetivos. En escenarios con múltiples objetivos y alta densidad, los ecos procedentes de varios objetivos pueden solaparse en el dominio de la frecuencia, lo que provoca un acoplamiento entre distancia y velocidad y reduce la resolución de los objetivos.
Acoplamiento alcance-velocidad. En la modulación por onda triangular, la distancia y la velocidad deben calcularse conjuntamente; en la modulación en diente de sierra, un solo chirp no permite separar simultáneamente la distancia y la velocidad, por lo que se necesita la información de fase procedente de varios chirps.
4. Avances técnicos clave en los radares FMCW (2025-2026)
Algoritmos de medición de distancias de alta precisión. Una investigación publicada en 2025 propuso un algoritmo de medición de distancias por radar FMCW de alta precisión basado en la descomposición generalizada de valores propios (GEVD). Al establecer una relación analítica entre los valores propios generalizados y la señal de batido, reduce de forma eficaz los errores de discretización y las interferencias de ruido. Los datos experimentales muestran que, con una frecuencia de muestreo superior a 400 kHz, la desviación máxima de la distancia se mantiene por debajo de 0,2 mm.
Aprendizaje disperso y estimación de superresolución. En una investigación realizada en 2025 se aplicó el aprendizaje disperso a la estimación conjunta de distancia y Doppler en radares FMCW de banda ancha, lo que permitió mejorar la resolución en situaciones con múltiples objetivos.
Redes MIMO FMCW distribuidas. Las redes de radares MIMO distribuidas basadas en formas de onda FMCW de frecuencia escalonada (SF-FMCW) amplían el ancho de banda sintetizado al aumentar gradualmente la frecuencia inicial de cada chirp, lo que permite obtener una resolución de distancia más precisa sin aumentar el ancho de banda de un solo chirp.
Supresión de interferencias en la detección de drones. Una investigación realizada en 2025 abordó el grave problema de las interferencias en los radares FMCW para la detección de drones, proponiendo un método robusto de supresión de interferencias basado en el aprendizaje a priori basado en la física, lo que mejoró de forma efectiva la detección de objetivos pequeños, lentos y a baja altitud en entornos urbanos complejos.
5. Aplicaciones típicas del radar FMCW
5.1 Radar para automóviles
El radar FMCW es la arquitectura más habitual en los radares para automóviles. El radar FMCW de onda milimétrica se utiliza ampliamente para el control de crucero adaptativo, el frenado automático de emergencia, la detección de ángulos muertos y el aparcamiento automático. Una investigación publicada en 2025 presentó un sistema de radar FMCW de 135 GHz basado en un proceso CMOS de 28 nm, que detectó con éxito un vehículo objetivo a 112 metros con una relación señal-ruido de 14,58 dB.
5.2 Detección de drones y vigilancia a baja altitud
El radar FMCW presenta ventajas únicas en la vigilancia a baja altitud. Su baja potencia máxima lo hace adecuado para su uso en entornos urbanos, mientras que su alta resolución de alcance permite detectar drones pequeños con secciones eficaces de radar de tan solo 0,01 m². Una investigación realizada en 2025 demostró que el radar FMCW de banda X puede detectar de forma fiable drones con una sección transversal de radar (RCS) de 0,01 m² a 300 metros.
5.3 Electrónica industrial y de consumo
El radar FMCW se ha introducido en la medición a nivel industrial, la detección de presencia en hogares inteligentes y la monitorización de signos vitales. Un informe de investigación de 2026 describía chips de radiofrecuencia para radares FMCW multimodo de 60 GHz y 77 GHz con configuración 4T/4R, que permitían obtener soluciones compactas y de bajo consumo para la detección por ondas milimétricas mediante un proceso CMOS de 28 nm.
5.4 Meteorología y teledetección
El radar FMCW se lleva utilizando desde hace décadas para medir la altura de la ionosfera y detectar precipitaciones. En los últimos años, gracias a los avances en los dispositivos de estado sólido y los procesadores de señales digitales, el radar meteorológico FMCW ha logrado mejoras significativas en cuanto a resolución y sensibilidad.
6. Cartera tecnológica de STARDL para front-ends de RF de radares FMCW
El límite máximo de rendimiento de un radar FMCW depende de la calidad de su etapa frontal de RF: la linealidad del transmisor determina la precisión de la medición de distancias, la figura de ruido del receptor determina el límite máximo de sensibilidad del sistema y el ruido de fase de la cadena de señal determina la precisión de la medición de la velocidad. La gama de tecnologías de etapa frontal de RF de STARDL ofrece un soporte de hardware completo para los radares FMCW:
Cadena de transmisión: dispositivos de potencia de GaN. Aunque el radar FMCW no requiere una potencia máxima elevada, presenta requisitos estrictos en cuanto a la linealidad y la eficiencia de la señal de transmisión. Los dispositivos de potencia de GaN de STARDL cubren la banda de 0,5 a 8,0 GHz y cuentan con redes de impedancia internas preajustadas que mantienen una linealidad estable tanto en modo de onda continua como en modo pulsado. La alta eficiencia y la estabilidad térmica del GaN lo hacen especialmente adecuado para sistemas de radar FMCW que requieren un funcionamiento continuo a largo plazo.
Cadena de recepción: amplificadores de bajo ruido. La cadena de recepción de un radar FMCW debe extraer señales de eco débiles de la fuga de transmisión continua, lo que impone requisitos extremadamente exigentes en cuanto a la figura de ruido y el rango dinámico. Los amplificadores de bajo ruido (LNA) de STARDL se basan en un proceso de GaAs, con lo que alcanzan figuras de ruido de tan solo 0,35 dB al tiempo que mantienen una buena linealidad, lo que proporciona una recepción de alta sensibilidad para el radar FMCW.
Cadena de señal: circuitos integrados de radiofrecuencia y microondas. El radar FMCW tiene requisitos estrictos en cuanto al ruido de fase y la linealidad en la cadena de señal. Los circuitos integrados de microondas de RF de STARDL abarcan desde CC hasta 50 GHz, desde mezcladores hasta multiplicadores y desfasadores, lo que constituye una solución completa para la cadena de señal. Un diseño con bajo ruido de fase influye directamente en la precisión de la medición de la velocidad del radar FMCW y en su capacidad para separar el acoplamiento entre distancia y velocidad.
Integración de sistemas: circuitos integrados encapsulados y módulos de transmisión/recepción. Para aplicaciones que requieren transmisión y recepción multicanal (como los radares MIMO FMCW), las líneas de productos de circuitos integrados encapsulados y módulos de transmisión/recepción de STARDL ofrecen soluciones de integración de alta densidad. Los circuitos integrados encapsulados cubren un rango de frecuencias desde CC hasta 40 GHz y son compatibles con los procesos SMT estándar, lo que reduce las dificultades de integración de los sistemas de radar FMCW.
7. Radar FMCW frente a radar de impulsos: comparación de opciones
| Dimensión | Radar FMCW | Radar de impulsos |
|---|---|---|
| Potencia máxima | Bajo | Alto |
| Zona ciega del alcance | Ninguno | Existe |
| Método de clasificación | Diferencia de frecuencia (indirecta) | Retardo de tiempo (directo) |
| Resolución de alcance | Depende del ancho de banda | Se determina en función de la anchura del pulso y la relación de compresión |
| Alcance máximo de detección | De cientos de metros a unos pocos kilómetros | De decenas a cientos de kilómetros |
| Capacidad multiobjetivo | Limitado por el aliasing espectral | Más fuerte |
| Aplicaciones típicas | Radares para automóviles, detección de drones, sensores de nivel para aplicaciones industriales | Radar de búsqueda, radar de seguimiento, radar meteorológico |
8. Marco de decisión para la selección de soluciones de ingeniería
Elige un radar FMCW cuando: Se requiere una detección de alta precisión a corta distancia sin zonas ciegas; la potencia máxima está estrictamente limitada; el tamaño, el coste y el consumo energético son factores críticos; y es necesario actualizar continuamente la información sobre los objetivos.
Elige el radar de impulsos cuando: se requiere una detección de largo alcance (decenas de kilómetros o más); se necesita una potencia máxima elevada para superar la atenuación a larga distancia; se requiere una mayor capacidad de resolución en situaciones con múltiples objetivos.
La realidad de la ingeniería
La esencia del radar FMCW consiste en sacrificar la “continuidad” a cambio de una “baja potencia máxima” y la “ausencia de zonas ciegas”, y sacrificar la “diferencia de frecuencia” a cambio de “información sobre el alcance”. Consigue una detección de alta resolución bajo restricciones de baja potencia máxima, lo que constituye una práctica de ingeniería exitosa de la filosofía del “radar de nueva arquitectura” defendida por el académico Mao Erke.
Para los ingenieros que diseñan sistemas de radar FMCW, la calidad del front-end de RF determina directamente el alcance del sistema. La linealidad del transmisor determina la precisión de la medición de distancias, la figura de ruido del receptor determina el límite máximo de sensibilidad y el ruido de fase de la cadena de señal determina la precisión de la medición de la velocidad. La gama de productos de STARDL para estas etapas —desde dispositivos de potencia de GaN hasta amplificadores de bajo ruido, y desde circuitos integrados de microondas de RF hasta dispositivos encapsulados— ofrece un soporte completo de hardware para la etapa frontal de RF de los sistemas de radar FMCW.
