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Die Erfindung betrifft ein Testsystem für ein Radargerät.
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Ein Radargerät (Radar: Radio Detection and Ranging) strahlt mittels einer Sendeantenne elektromagnetische Wellen im MHz- bis GHz-Bereich ab und empfängt die von einem zu ortenden Objekt reflektierten Echos mittels einer Empfangsantenne. Die empfangenen Radarsignale können nach verschiedenen Kriterien ausgewertet werden, um hierdurch Informationen über das Objekt zu gewinnen. Üblicherweise dient dies der Ortung und Geschwindigkeitsbestimmung des Objektes.
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Radargeräte werden insbesondere im Bereich der Fahrerassistenzsysteme eingesetzt. Unter dem Begriff der Fahrerassistenzsysteme (englisch: ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) werden Funktionen zusammengefasst, welche der Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeuges dienen. Ziel der Fahrerassistenzsysteme ist häufig die Steigerung der Sicherheit durch die Vermeidung von Gefahrensituationen vor deren Entstehung und durch die Unterstützung des Fahrers zur Unfallvermeidung in kritischen Situationen. Weitere Ziele sind die Steigerung des Komforts durch Stressreduktion und Entlastung des Fahrers in Standardsituationen, die Erleichterung der Orientierung durch situationsabhängig aufbereitete und fahrergerecht vermittelte Umfeld-Informationen, sowie die Erhöhung des Fahrspaßes. Beispiele für Fahrerassistenzfunktionen, bei welchen Radargeräte zum Einsatz kommen können, sind ACC (Adaptive Cruise Control) bzw. Abstandsregeltempomat und Blind Spot Detection bzw. Erkennung des Toten Winkels.
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Um die Funktionstüchtigkeit von Radargeräten zu überprüfen, ist es bekannt, Testkammern einzusetzen. Derartige Testkammern können z. B. im Rahmen der Fertigung eines Radargerätes zum Einsatz kommen.
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Darüber hinaus sind auch Testanordnungen oder Testsysteme bekannt, die prinzipiell geeignet sind, um verbaute Radargeräte zu testen, also auch Radargeräte wie zum Beispiel Schiffs-Radargeräte, die bereits im Einsatz sind und vor Ort getestet werden sollen. Entsprechende Testanordnungen sind beispielsweise aus der
GB 6 91 570 A oder der
US 49 03 029 A zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Testsystem für ein Radargerät anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Testsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Testsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Testsystem für ein Radargerät umfasst einer Vorrichtung zum Auskoppeln eines von einer Sendeantenne des Radargerätes ausgestrahlten Radarsignals im Nahfeld der Sendeantenne, eine Leitung zum Transportieren des ausgekoppelten Radarsignals, sowie einer Vorrichtung zum Einkoppeln des von der Leitung transportierten Radarsignals im Nahfeld einer Empfangsantenne des Radargeräts.
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Das Radarsignal passiert in dem Testsystem zuerst die Vorrichtung zum Auskoppeln, dann die Leitung, und im Anschluss die Vorrichtung zum Einkoppeln. Weitere Komponenten, welche das Radarsignal passiert, können vorhanden sein.
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Als Leitung können verschiedene Hochfrequenz-Leitungen eingesetzt werden, so z. B. eine Koaxialleitung, ein Hohlleiter, eine Mikrostreifenleitung.
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Die Vorrichtung zum Auskoppeln ist vorzugsweise so konstruiert, dass ein möglichst großer Teil der von der Sendeantenne abgestrahlten Energie des Radarsignals zur Leitung gelangt. Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Auskoppeln hierzu hinsichtlich ihrer Form an die Abstrahlungscharakteristik der Sendeantenne angepasst. Entsprechendes gilt für die Konstruktion der Vorrichtung zum Einkoppeln. Auch die Leitung ist vorzugsweise so aufgebaut, dass eine möglichst geringe Dämpfung des Radarsignals erfolgt. Hierzu kann das Material und/oder die Geometrie der Leitung auf die Frequenz der Radarstrahlung angepasst sein. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass ein großer Teil der von der Sendeantenne abgestrahlten Energie von der Empfangsantenne empfangen werden kann, nachdem das Radarsignal das Testsystem passiert hat.
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Die Auskopplung des Radarsignals aus der Sendeantenne erfolgt im Nahfeld. Dies ermöglicht im Vergleich zur Auskopplung im Fernfeld einen Platz sparenden Aufbau des Testsystems. Entsprechendes gilt auch für die Einkopplung.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung zum Auskoppeln und/oder der Vorrichtung zum Einkoppeln um einen metallischen Hohlkörper. Alternativ hierzu kann es sich bei der Vorrichtung zum Auskoppeln und/oder der Vorrichtung zum Einkoppeln um eine PCB-basierte Koppelstruktur handeln. Bei letzterer werden metallische, resonante Strukturen auf der PCB-Oberfläche, wie z. B. einem Leitungsstück oder einer Patch-Antenne, derart angeordnet, dass eine möglichst gute aus- bzw. Einkopplung erreicht wird. Der Einsatz von PCB-basierten Koppelstrukturen eignet sich insbesondere für den Fall, dass auch die Antennen des Radargerätes PCB-basiert sind. Die aus- bzw. eingekoppelte Leistung kann dann z. B. über Mikrostreifenleitungen auf dem PCB weiter transportiert werden. Auch andere Koppelstrukturen außer einem metallischen Hohlkörper oder einer PCB-basierten Koppelstruktur sind denkbar.
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Für den Fall, dass es sich bei der Koppelstruktur um einen metallischen Hohlkörper handelt, eignet sich als Leitung insbesondere ein Rechteck-Hohlleiter; denn der Hohlkörper lässt sich formen z. B. als Trichter mit dem Querschnitt des Rechteck-Hohlleiters am Ende, so dass ein Übergang zwischen der Koppelstruktur und der Leitung nicht nötig wäre. Alternativ kann anstelle eines Rechteck-Hohlleiters auch eine Koaxialleitung mit einem Übergang an den Enden verwendet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Vorrichtung zum Auskoppeln und der Leitung ein Übergang, z. B. ein Hohlleiter, angeordnet, welcher das ausgekoppelte Radarsignal von der Vorrichtung zu der Leitung transportiert.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei der Leitung um eine Verzögerungsleitung handelt, deren Länge auf eine von dem Radargerät zu Testzwecken zu erfassende Entfernung abgestimmt ist. Bei dieser Länge handelt es sich vorzugsweise um die elektrische Länge. Soll beispielsweise die Funktionstüchtigkeit des Radargerätes für Messungen von Objekten im Abstand von wenigen Metern überprüft werden, so sollte die elektrische Länge der Verzögerungsleitung etwa dem doppelten dieses Abstandes entsprechen.
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In Weiterbildung der Erfindung umfasst das Testsystem einen Schalter mit zumindest zwei Stellungen und ein Testgerät, wobei bei einer ersten Stellung des Schalters das ausgekoppelte Radarsignal in die Leitung gelangt, und bei einer zweiten Stellung des Schalters das ausgekoppelte Radarsignal zu dem Testgerät gelangt. Durch die Wahl der Schalterstellung ist es somit möglich, das Radarsignal entweder der Leitung zuzuführen oder einem Testgerät. Bei dem Testgerät kann es sich um ein Gerät zur Untersuchung der Qualität und/oder Intensität und/oder Frequenzverteilung bzw. des Spektrums des von der Sendeantenne des Radargerätes ausgestrahlten Radarsignals handeln.
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Zudem weist das Testsystem ein Absorbermaterial auf, welches einerseits an der Vorrichtung zum Auskoppeln angebracht und andererseits direkt an der Sendeantenne anbringbar ist. Vorzugsweise gilt entsprechendes auch für die Vorrichtung zum Einkoppeln in Bezug auf die Empfangsantenne. Das Absorbermaterial dient hierbei der Verbesserung der Aus- bzw. Einkopplung; denn bei unzureichender Anpassung zwischen den Koppelstrukturen und den Antennen des Radargerätes kann es zu unerwünschten Mehrfachreflexionen kommen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zum Auskoppeln ein anderer Körper als die Vorrichtung zum Einkoppeln, wobei die beiden Vorrichtungen identisch aufgebaut sind. In diesem Fall umfasst das Testsystem zwei Vorrichtungen, vorzugsweise metallische Hohlkörper, der selben Bauart. Alternativ hierzu kann es sich bei der Vorrichtung zum Auskoppeln und der Vorrichtung zum Einkoppeln um den selben Körper handeln. In diesem Fall umfasst das Testsystem eine Vorrichtung, vorzugsweise einen metallischen Hohlkörper, welche sowohl der Aus- als auch der Einkopplung des Radarsignals dient. Letzteres empfiehlt sich insbesondere dann, wenn es sich bei dem Radargerät um ein monostatisches Radargerät handelt.
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Vorteilhaft ist es, wenn es sich bei der Vorrichtung zum Auskoppeln und der Vorrichtung zum Einkoppeln um trichterförmige, metallische Hohlkörper handelt, die die Form eines asymmetrischen Trichters aufweisen.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist die Leitung aufgewickelt. Dies ermöglicht es, ein kompaktes und platzsparendes Testsystem zu realisieren.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Radarsignal zwischen der Sendeantenne und der Empfangsantenne ausschließlich durch metallische Komponenten des Testsystems transportiert wird. In diesem Fall ist es nicht nötig, dass eine Abschirmung des Testsystems gegen äußere Strahlung vorgesehen ist.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Testsystems für ein Radargerät wird von einer Vorrichtung ein von einer Sendeantenne des Radargerätes ausgestrahltes Radarsignal im Nahfeld der Sendeantenne ausgekoppelt, von einer Leitung wird das ausgekoppelte Radarsignal transportiert, und von einer Vorrichtung wird das von der Leitung transportierte Radarsignal im Nahfeld einer Empfangsantenne des Radargerätes eingekoppelt.
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Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Betreiben des erfindungsgemäßen Testsystems, wobei dies auch auf die Ausgestaltungen und Weiterbildungen zutreffen kann. Hierzu können weitere Schritte vorgesehen sein.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: die grundsätzliche Funktionsweise eines Radargeräts,
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2: schematisch ein Testsystem für ein Radargerät.
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1 zeigt das Radargerät RAD. Das Radargerät RAD umfasst eine Sendeantenne, welche elektromagnetische Wellen einer Frequenz im MHz bis GHz Bereich ausstrahlt. Die Welle wird von dem Objekt OB reflektiert und von einer Empfangsantenne des Radargeräts RAD empfangen. Dieses von der Empfangsantenne empfangene Echo kann nach verschiedenen Kriterien ausgewertet werden, um hierdurch Informationen über das Objekt OB zu gewinnen, wie z. B. die Richtung zum Objekt OB, die Entfernung zum Objekt OB, die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Radargerät RAD und dem Objekt OB.
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Um zu überprüfen, ob ein Radargerät RAD korrekt funktioniert, werden Messkammern eingesetzt. Hierbei handelt es sich um reflexionsfreie, abgeschirmte Kammern, an deren einem Ende das zu überprüfende Radargerät RAD und an deren anderem Ende ein Testobjekt mit definiertem Radarstreuquerschnitt angeordnet ist. Die Reflexionsfreiheit wird durch Absorber an den Innenwänden der Messkammer erreicht; sie verhindern Überlagerungen und verfälschende Mehrfachausbreitungen der Radarwellen. Die Abschirmung wird dadurch erreicht, dass die Außenhaut der Messkammer eine hochfrequenzdichte Metallverkleidung aufweist; dies dient der Vermeidung von äußerer Störstrahlung und stellt sicher, dass die Radarwellen innerhalb der Messkammer verbleiben. Aufgrund der Reflexionsfreiheit und der Abschirmung ist der Aufbau einer solchen Messkammer aufwendig.
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Als weiterer Nachteil bekannter Messkammern kommt hinzu, dass diese aufgrund des vorgegebenen Abstandes zwischen Radargerät RAD und Objekt OB eine bestimmte Länge aufweisen müssen. Denn das Radargerät RAD soll bei der Bestimmung von Abständen getestet werden, für welche es in der Realität zum Einsatz kommen soll. Ein mögliches Einsatzgebiet eines Radargerätes RAD ist die Detektion von Verkehrsteilnehmern im toten Winkel eines Fahrzeuges. Dies bedingt, dass der Abstand zwischen Radargerät RAD und reflektierendem Objekt OB im Meterbereich liegt. Somit wird üblicherweise zum Testen dieser Radargeräte RAD eine voluminöse Messkammer eingesetzt.
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2 zeigt ein Platz sparendes Testsystem für ein Radargerät. Das Radargerät RAD weist eine Sendeantenne TX und eine Empfangsantenne RX auf. Hierbei kann es sich z. B. jeweils um ein Patch-Antennen-Array handeln. An der Sendeantenne TX befindet sich ein metallischer Trichter F1, an der Empfangsantenne RX ein identischer metallischer Trichter F2. Die Verwendung der identischen Trichterform für den Sende- und Empfangspfad ergibt sich aus der Identität von Sendeantenne TX und Empfangsantenne RX. An die Trichter F1 und F2 schließt sich jeweils ein Hohlleiter WG1 bzw. WG2 an. Der Anschluss der Hohlleiter WG1 und WG2 an die Trichter F1 bzw. F2 erfolgt mit einem in 2 nicht dargestellten Flansch. Die beiden Hohlleiter WG1 und WG2 sind über eine Verzögerungsleitung VL verbunden. Bei der Verzögerungsleitung kann es sich z. B. um ein 24 GHz Koaxialkabel handeln, oder auch um eine andere Hochfrequenzwellen transportierende Leitung wie z. B. einen Streifenleiter. Die Anbindung der Verzögerungsleitung an die Hohlleiter WG1 und WG2 erfolgt hierbei über nicht in 2 dargestellte Adapter.
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Die Verbindung zwischen den Hohlleitern WG1 und WG2 ist über einen Schalter SWI trennbar. Der Schalter kann mittels einer geeigneten, nicht in 2 dargestellten Steuerung erfolgen. Bei geöffnetem Schalter SWI kann das aus dem Hohlleiter WG1 stammende Radarsignal von dem Schalter SWI zu Messgeräten geleitet werden.
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Die Funktionsweise des Testaufbaus der 2 ist die folgende: der Trichter F1 ist an die Abstrahlungscharakteristik der Sendeantenne TX angepasst. Er koppelt die von der Sendeantenne TX abgestrahlte Sendeleistung im Nahfeld aus. Dies bedeutet, dass durch die der Abstrahlungscharakteristik angepasste Trichterform eine konstruktive Überlagerung der Radarwellen im Nahfeld erfolgt. Es sollten daher für andere Sendeantennen unterschiedliche Trichterformen verwendet werden. Anstelle des Trichters F1 kann ein andersartig geformter metallischer Hohlkörper zum Einsatz kommen, welcher aufgrund seiner Form eine effiziente Auskopplung des Radarsignals im Nahfeld der Sendeantenne bewirkt.
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Durch den Hohlleiter WG1 werden die Radarwellen zu der Verzögerungsleitung VL geführt. Nachdem die Radarwellen die Verzögerungsleitung VL passiert haben, werden sie von dem Hohlleiter WG2 zu dem Trichter F2 geführt, welcher sich an der Empfangsantenne RX befindet. Durch die Form des Filters F2 wird gewährleistet, dass die Radarwellen im Nahfeld der Empfangsantenne eingekoppelt werden.
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Durch die Verzögerungsleitung VL wird ein definierter Zeitunterschied zwischen Versendung und Empfang eines Radarsignals eingeführt. Das in den Hohlleiter WG2 eingegebene Radarsignal entspricht somit einem durch Reflexion an einem realen Objekt erzeugten Echosignal. Die durch die Verzögerungsleitung VL eingeführte Zeitdifferenz ist äquivalent zu der entsprechenden Entfernung im Freiraum zwischen Radargerät RAD und Objekt: die elektrische Länge der Verzögerungsleitung VL entspricht dem zweifachen Abstand zu dem Objekt, welches das Radargerät RAD messen soll. Soll das Radargerät beispielsweise bei dem Test ein Objekt im Abstand von 5 Metern detektieren, so wird eine Verzögerungsleitung VL der elektrischen Länge 10 Meter eingesetzt. Die Verzögerungsleitung VL imitiert somit die von den Radarwellen zwischen Radargerät RAD und Objekt zurückgelegten Weg. Für die Verzögerungsleitung VL wird ein Koaxialkabel verwendet, welches eine möglichst geringe Dämpfung im von dem Radargerät RAD ausgestrahlten Frequenzbereich aufweist.
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Zwischen dem Radargerät RAD und den Trichtern F1 und F2 ist ein Absorber in Form einer Dämpfungsmatte vorgesehen. Dieser dient der Verbesserung der Anpassung zwischen Radarantennen und den Koppelvorrichtungen. Hierdurch werden Mehrfachreflexionen unterdrückt, der Aus- bzw. Einkopplungsvorgang und hiermit das Messergebnis somit verbessert.
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Der Testaufbau der 2 kann beispielsweise in den Maßen 10 cm × 10 cm × 20 cm realisiert werden. Von entscheidender Bedeutung für die Platzersparnis ist, dass sich das Radarsignal zwischen Sendeantenne TX und Empfangsantenne RX über eine Leitung ausbreitet. Denn die Leitung kann gewickelt oder auf ähnliche Weise angeordnet werden. Hierdurch ist eine erhebliche Volumenersparnis im Vergleich zur einleitend erläuterten herkömmlichen Messkammer möglich, bei welcher sich das Radarsignal im freien Raum ausbreitet. Der reduzierte Platzbedarf ist insbesondere für die Fertigung von Radargeräten vorteilhaft.
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Über den Vorteil der Platzressourcen-Einsparung hinaus ermöglicht das kompakte Testsystem eine einfache Durchführung von Messungen bei verschiedenen Temperaturen. Denn das gesamte Testsystem kann ohne großen Aufwand in einem Ofen oder einer Kühlkammer platziert werden.
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Das beschriebene Testsystem ist im Hochfrequenzbereich nach außen und innen abgeschirmt, denn die Radarwellen sind zwischen der Sendeantenne TX und der Empfangsantenne RX durchgehend von metallischen Strukturen umhüllt. Somit ist eine Reproduzierbarkeit der Messungen sichergestellt.
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Das beschriebene Testsystem ermöglicht die Charakterisierung eines Radargeräts RAD in vielfacher im folgenden beispielhaft aufgezählter Weise. Besonders vorteilhaft ist, dass für die verschiedenartigen Charakterisierungen der Aufbau des Testsystems nicht verändert werden muss. Insbesondere sind Tests wie bereits erwähnt aufgrund der Kompaktheit des Testsystems bei verschiedenen Temperaturen durchführbar.
- • Durch das Testsystem kann ein Radarziel in einer bestimmten Entfernung imitiert werden. Es kann überprüft werden, ob das Radargerät RAD meldet, dass ein Objekt erkannt wurde, und ob der diesem Objekt zugeordnete Abstand der Länge der Verzögerungsleitung VL entspricht.
- • Es kann sowohl die Höhe als auch die Breite des empfangenen Radarimpulses bestimmt werden. Hierbei ist insbesondere die Konstanz über die Temperatur interessant.
- • Weiterhin ermöglicht das Testsystem, das Grundrauschen des Radargerätes RAD zu messen. Hierzu wird der Schalter SWI geöffnet und die von der Empfangsantenne RX empfangene Leistung gemessen. Somit kann festgestellt werden, ob die statistischen Eigenschaften des Rauschens normal sind oder ob gegebenenfalls Störungen vorhanden sind. Auch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann auf diese Weise bestimmt werden.
- • Bei geöffnetem Schalter SWI ist es ferner möglich, die von der Sendeantenne TX abgestrahlten Radarsignale hinsichtlich Leistung und Qualität zu begutachten. Diese Analyse kann sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich erfolgen. Dies ist bei herkömmlichen Messkammern nur mit großem Aufwand möglich.
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Das anhand von 2 erläuterte Prinzip kann auch auf Radargeräte angewandt werden, bei welchen die Sende- und die Empfangsantenne übereinstimmen, d. h. auf monostatische Radargeräte. In diesem Fall kann auf die Antenne eine Koppelstruktur, wie z. B. ein Trichter, gesetzt werden, evtl. gefolgt von einem Hohlleiter, gefolgt von einer Verzögerungsleitung. Die Verzögerungsleitung führt nicht zu einer zweiten Koppelstruktur, sondern zurück zu der gleichen Koppelstruktur, so dass das Radarsignal durch die gleiche Koppelstruktur in die Empfangsantenne eingekoppelt wird, durch welche es aus der Sendeantenne ausgekoppelt wurde. Alternativ hierzu kann die Verzögerungsleitung mit einem reflektierenden Abschluss versehen sein.
