DE102005037960A1

DE102005037960A1 - Radarsensor in Kompaktbauweise

Info

Publication number: DE102005037960A1
Application number: DE200510037960
Authority: DE
Inventors: Thomas Walter; Herbert Olbrich; Dirk Steinbuch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-02-15
Also published as: WO2007017352A1; CN101243328A; EP1915634A1

Abstract

Bei einem Radarsensor in Kompaktbauweise sind Sende- und Empfangsarray (2, 3) mitsamt ihrer Speisezuleitungen (4) aus der Frontseite eines HF-Substrats aufgebracht. Aktive Hochfrequenzbaugruppen (6, 7, 8, 10, 11) sind auf der Rückseite des HF-Substrats (1) angeordnet. Die Verkopplung der Speisezuleitungen (4) mit den Hochfrequenzbaugruppen auf der Rückseite erfolgt durch Hochfrequenzkopplungseinrichtungen (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Radarsensor in Kompaktbauweise. Aus der DE 10300955 A1 ist ein Radar-Transceiver für Mikrowellen bekannt. Aktive Schaltungskomponenten sind dort auf der Oberseite eines Substrates angeordnet. Im Substrat selbst sind passive Komponenten in einem Vielschichtaufbau integriert.

Die ältere Anmeldung DE 102004059332.9 zeigt ebenfalls einen Radar-Transceiver, bei dem ein Oszillator, ein Mischer und eine Antenne auf einem einzigen Chip in einer Ebene nebeneinander liegend angeordnet sind.

Für Abstandssensoren als eine Einparkhilfe werden üblicherweise ultraschallbasierte Systeme verwendet. Trotz immer weiterer Erhöhung der Reichweite kommt der Ultraschallsensor an seine physikalischen Grenzen. Eine Reichweite über 4 m ist mit vertretbarem Aufwand kaum noch zu erreichen. Weiterhin ist mittels Ultraschall keine Dopplerauswertung möglich, d. h. eine direkte Geschwindigkeitsbestimmung funktioniert nicht. Die Bestimmung des Ablagewinkels eines Objekts wird momentan durch Kreuzechoauswertung bewerkstelligt, d. h. es sind immer zwei oder mehrere Sensoren an der Bestimmung einer Winkelinformation beteiligt. Die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit ist sehr limitiert, da auftretende Windgeräusche eine Auswertung nicht mehr erlauben. Der Ultraschallsensor muss immer in direktem Kontakt zum Medium Luft eingebaut werden, d. h. er ist immer an der Stoßstange sichtbar.

Vorteile der Erfindung

Mit dem Radarsensor gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem HF-Substrat, einem Sendearray und mindestens einem Empfangsarray, wobei Sende- und Empfangsarray inklusive ihrer Speisezuleitungen auf einer ersten Seite des HF-Substrats integriert sind, Hochfrequenzbaugruppen auf einer zweiten Seite des HF-Substrats, insbesondere bestehend aus einem Mikrowellenoszillator, einem Sende- und Empfangschalter sowie mindestens einem empfangsseitigen Mischer zur Herabmischung des mindestens einen Radar-Empfangssignals, Hochfrequenzkopplungseinrichtungen im HF-Substrat zur hochfrequenzmäßigen Verkopplung der Speisezuleitungen von Sende- und Empfangsarray mit Hochfrequenzbaugruppen auf der zweiten Seite des HF-Substrats, ist es möglich, einen Ultraschallsensor zu ersetzen, ohne einen größeren Bauraum zur Verfügung stellen zu müssen. Gegenüber einem Ultraschallsensor lässt sich die Reichweite um den Faktor 5 erhöhen. Mit den zusätzlichen Maßnahmen der Unteransprüche ist eine direkte Geschwindigkeitsauswertung mittels Dopplereffekt möglich. Ebenso kann eine Winkelinformation durch einen einzigen Sensor ohne Kreuzechoauswertung mittels zweier Sensoren gewonnen werden.

Die erfindungsgemäße Realisierung liefert einen noch kompakteren Aufbau als sie Lösung gemäß der DE 102004059332.9 .

Durch den kompakten Aufbau können die Außenabmessungen und die Apertur auf einen bisherigen Ultraschallsensor abgestimmt werden, sodass keine Umkonstruktionen am Einbauort notwendig sind und der Radarsensor in die Halterung eines Ultraschallsensors eingebracht werden kann. Der Radarsensor nach der Erfindung ist immun gegen Windgeräusche, daher ist er auch einsetzbar für höhere Geschwindigkeiten. Es ist eine unsichtbare Montage hinter der Stoßstange möglich. Die Messgenauigkeit und die Trennschärfe eines Ultraschallsensors lässt sich durch Ausnutzung der verfügbaren Bandbreite von 4 GHz im UWB (Ultra wide band)-Band bei 79 GHz mit dem erfindungsgemäßen Radarsensor erreichen. Durch die erhöhte Reichweite können neue Funktionalitäten der Fahrerunterstützung, z. B. neue Park-Funktionalitäten, erreicht werden. Ebensolche neuen Funktionalitäten ermöglichen Geschwindigkeitsinformationen und die höhere Einsatzgeschwindigkeit, z. B. für PSS-Anwendungen im Bereich Fußgängerschutz oder Unterstützung des LRR (long range radar) für den Stop-and-go-Betrieb.

Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
1 eine Aufsicht auf die Frontseite des Radarsensors,
2 eine Aufsicht auf die Rückseite des Radarsensors,
3 ein Blockschaltbild für die Signalaufbereitung und – verarbeitung des Radarsensors.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Der Radarsensor nach 1 der Erfindung besteht aus einem verlustarmen HF-Substrats 1 mit runder Apertur. Auf der Frontseite des HF-Substrats ist ein Sendearray, bestehend aus vier Patchelementen 2 und mindestens ein Empfangsarray – in diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Empfangsarrays dargestellt – mit jeweils vier Patchelementen 3 aufgebracht. Die Signalzuführung zu den Arrays erfolgt über Speisezuleitungen 4, die ebenfalls auf das HF-Substrat, z. B. als Streifenleiter, aufgebracht sind. Die Patch-Arrays ermöglichen eine Bündelung in der Elevation, z. B zur Ausblendung von Strassenclutter. Die Speiseports der drei Arrays werden mittels Hochfrequenzkopplungseinrichtungen 5, im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies Schlitzkopplungen, auf die Rückseite des HF-Substrats geführt. Auf der Rückseite des HF-Substrats erfolgt die Signalaufbereitung für den Sendebetrieb und die Signalauswertung für den Empfangsbetrieb des Radarsensors.
Für die Radararchitektur kann bis auf die doppelte Ausführung der Empfangskanäle das Konzept eines SRR (short range radar) beispielsweise gemäß WO 2004/051305 A2 oder EP 1245964 B1 verwendet werden. Gemäß den 2 und 3 ist ein Mikrowellenoszillator 6 in Form eines VCO-MMIC-Oszillators vorzugsweise in SiGe (Silizium-Germanium) Technologie vorgesehen. Eine Stabilisierung mittels Referenz-Oszillator und PLL ist nicht erforderlich, da die Anforderungen nach Phasenrauschen aufgrund des Erfassungsbereichs nicht so hoch sind. Ein derartiger SiGe VCO beansprucht eine Fläche von lediglich von 1 – 2 mm². Über einen typischerweise symmetrischen Ausgangs des Oszillator-MMICs werden die Signale für Sende- und die Empfangspfade parallel bereitgestellt. Zur Erzeugung der Bandbreite werden nun Sende- wie auch Empfangssignal einem schnellen Sende- und Empfangsschalter 7, 8 vorzugsweise MMIC-Schalter in SiGe realisiert, zugeführt, der mittels Erzeugung extrem kurzer Pulse im Bereich 250ps ein Spektrum von 4 GHz Bandbreite erzeugt. Der Sendepuls wird über die Sendeantenne 9 (Patches 2) abgestrahlt, die Empfangspulse von den Empfangsarrays 20 und 21 werden jeweils den beiden Empfangsmischern 11 und 12, die ebenfalls in MMIC-Technologie aufgebaut sind als Referenz zur Verfügung gestellt. Durch zeitliche Variation des Schaltzeitpunkts der Empfangsschalter 7 bezogen auf den des Sendeschalters 8 ist es möglich, in den Empfangsmischern 10 und 11 selektiv zu empfangen und somit einen Entfernungsscan durchzuführen.
Die Ansteuerung der HF-Platine (HF-Substrat 1) und Auswertung der Signale geschieht auf einer nachgelagerten NF-Platine, die mittels Flexkabel an die HF-Platine angeschlossen ist. Die NF-Platine enthält im Wesentlichen drei Baugruppen: die Spannungsversorgung 13 und das Interface zum Steuergerät des Kraftfahrzeugs als ASIC, die Ansteuerung der Frontseite des Radarsensors in Form einer Verzögerungsleitung 14 als ASIC und den Prozessor 15 mit DSP (digital signal processing) zur Signalverarbeitung. Die Verzögerungsleitung 14 wird so eingestellt, dass in einer zu beobachtenden Entfernungszelle jeweils an beiden Eingängen der Mischer 11 und 12 HF-Signale anliegen. Die Ausgänge der Mischer 10 und 11 liefern dann ZF-Ausgangssignale, die zur Entfernung- und Geschwindigkeitsbestimmung (Doppler) weiter verarbeitet werden. Über die Korrelation der Radarsignale beider Mischer 10 und 11 kann mit bekannten hochauflösenden Verfahren die Winkelbestimmung erfolgen.

Claims

Radarsensor in Kompaktbausweise, bestehend aus – einem HF-Substrat (1) – einem Sendearray (2) und mindestens einem Empfangsarray (3), wobei Sende- und Empfangsarray inkl. ihrer Speisezuleitungen (4) auf einer ersten Seite des HF-Substrats integriert sind, – Hochfrequenzbaugruppen auf einer zweiten Seite des HF-Substrats (1), insbesondere bestehend aus einem Mikrowellen-Oszillator (6), einem Sende- und Empfangsschalter (7, 8) sowie mindestens einem empfangsseitigen Mischer (10, 11) zur Herabmischung des mindestens einen Radarempfangssignals, – Hochfrequenzkopplungseinrichtungen (5) im HF-Substrat zur hochfrequenzmäßigen Verkopplung der Speisezuleitungen (4) von Sende- und Empfangsarray (2, 3) mit Hochfrequenzbaugruppen (6, 7, 8, 10, 11) auf der zweiten Seite des HF-Substrats (1).
Radarsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (5) aus Schlitzkopplungen im HF-Substrat (1) bestehen.
Radarsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mikrowellenoszillator (6), Sende- und Empfangsschalter (7, 8) sowie empfangsseitige/r Mischer (10, 11) jeweils als MMIC-Baugruppen ausgebildet sind.
Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Sende- und Empfangsschalter (7, 8) und zur Auswertung der herabgemischten Radarempfangssignale ein separater Baugruppenträger vorgesehen ist, der ASIC-Baugruppen sowie einem Prozessor (15) mit digitaler Signalverarbeitung trägt.
Radarsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Baugruppenträger dem HF-Substrat (1) nachgelagert ist und mit diesem insbesondere über ein Flexkabel elektrisch verbunden ist.
Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass das HF-Substrat (1) die Außenabmessungen eines üblichen Ultraschallsensors aufweist, damit der Radarsensor gegen einen solchen Ultraschallsensor austauschbar ist.
Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Sendearray vier Patchelemente (2) vorgesehen sind und für das Empfangsarray zwei Züge mit jeweils vier Patchelementen (3).
Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 – 7 zur Verwendung als Einparksensor anstelle eines herkömmlichen Ultraschallsensors.
Radarsensor nach einem der Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ausgebildet ist zur Geschwindigkeitsauswertung mittels Dopplereffekt und/oder zur Winkelbestimmung über die Auswertung der Radarempfangssignale zweier Empfangsarrays (3)
Radarsensor nach einem der Ansprüche 1 – 9, gekennzeichnet durch den Betrieb bei 79 GHz mit einer Bandbreite von etwa 4 GHz.