DE102007029389A1 - High frequency transmitting and receiving switch for use in radar system for distance measurement in vehicles and in communication systems, has mixer and two inputs, where former is applied to antenna signal and latter to mixer signal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine HF-Sende- und Empfangseinheit mit einem Richtkoppler und einem Mischer für ein monostatisches Radarsystem.The The invention relates to an RF transmitting and receiving unit with a Directional coupler and a mixer for a monostatic radar system.
Bekannte Radarsysteme, die gegenwärtig zur Abstandsmessung in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, umfassen im Wesentlichen zwei getrennte Radargeräte, welche in unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten. Für Abstandsmessungen im Nahbereich "Short Range Radar") werden gegenwärtig nur Radargeräte verwendet, die in einem Frequenzband um eine Mittenfrequenz von 24 GHz arbeiten. Der Nahbereich umfasst dabei Abstände im Bereich von 0 bis ca. 20 Meter vom Fahrzeug. Für Abstandsmessungen im Fernbereich, d. h. für Messungen im Bereich von ca. 20 Meter bis rund 200 Meter ("Long Range Radar"), wird zur Zeit das Frequenzband von 76 GHz bis 77 GHz genutzt. Diese unterschiedlichen Frequenzen sind bei der Erstellung eines Konzeptes für ein Radarsystem, das in mehreren Entfernungsbereichen messen kann, hinderlich und machen im Prinzip zwei getrennte Radargeräte notwendig.Known Radar systems currently used for Distance measurement used in vehicles essentially include two separate radars, which work in different frequency bands. For distance measurements at close range "Short Range Radar ") currently only radars used in a frequency band around a center frequency of 24 GHz work. The near range includes distances in the range of 0 to about 20 meters from the vehicle. For distance measurements in the far range, d. H. For Measurements in the range of about 20 meters to about 200 meters ("Long Range Radar"), is currently the frequency band used from 76 GHz to 77 GHz. These different frequencies are in the process of creating a concept for a radar system that works in multiple Distance ranges can measure, obstruct and make in principle two separate radars necessary.
Das Frequenzband von 77 GHz bis 81 GHz ist seit einiger Zeit ebenfalls für Nahbereichs-Radaranwendungen verfügbar, so dass nun ein Frequenzbereich von 76 GHz bis 81 GHz für automobile Radaranwendungen im Nah- und Fernbereich zur Verfügung steht. Ein einzelnes Mehrbereichs-Radarsystem, welches Abstandsmessungen im Nah- und Fernbereich mit einer einzigen Hochfrequenz-Sende- und Empfangseinheit (HF-Frontend) bewerkstelligt, war jedoch bisher aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich. Der Hauptgrund dafür liegt darin, dass zum Aufbau bekannter Radarsysteme derzeit Schaltungen in III/V-Halbleitertechnologien (z. B. Gallium-Arsenid-Technologien) verwendet werden. Gallium-Arsenid-Technologien eignen sich zwar sehr gut für die Integration von Hochfrequenzkomponenten, jedoch ist aufgrund technologischer Beschränkungen kein derart hoher Integrationsgrad zu erreichen, wie er beispielsweise bei einer Integration von Silizium möglich wäre. Darüber hinaus wird nur ein Teil der benötigten Elektronik in GaAs-Technologie gefertigt, sodass viele unterschiedliche Komponenten zum Aufbau des Gesamtsystems notwendig sind.The Frequency band from 77 GHz to 81 GHz has also been around for some time for short-range radar applications available, so that now has a frequency range of 76 GHz to 81 GHz for automobiles Radar applications in the near and far range is available. A single multirange radar system that measures distance in the near and far range with a single high-frequency transmitting and Receiving unit (RF frontend) accomplished, but was so far not for different reasons possible. The main reason for that is that for the construction of known radar systems currently circuits in III / V semiconductor technologies (eg gallium arsenide technologies). Gallium arsenide technologies are very good for the integration of high frequency components, however, is due technological limitations none achieve such a high degree of integration, as he, for example would be possible with an integration of silicon. In addition, only a part the needed Electronics made in GaAs technology, so many different Components are necessary to build the overall system.
Hochfrequenzoszillatoren in SiGe-Technologie für die Sende- und Empfangsschalung (das HF-Frontend), welche in dem gesamten Frequenzbereich von 76 GHz bis 81 GHz abstimmbar sind, sind jedoch erst durch modernste Herstellungsverfahren möglich geworden, was eine wesentlich kompaktere und kostengünstigere Herstellung der Radarsysteme erlaubt. Beim Design einer HF-Sende/Empfangsschaltung für ein Radarsystem ist neben einer kompakten Bauweise auch ein möglichst großes "Sichtfeld" ("field of view") des Radarsensors erwünscht, wobei mit zunehmender Größe des Sichtfelds die erforderliche abgestrahlte Leistung zunimmt.High frequency oscillators in SiGe technology for the send and receive formwork (the RF front-end), which in the entire frequency range of 76 GHz are tunable up to 81 GHz, but are only the most modern Manufacturing process possible become what is a much more compact and cost-effective Production of radar systems allowed. In the design of an RF transmission / reception circuit for a Radar system is next to a compact design and a possible large "field of view" of the radar sensor desired, wherein with increasing size of the field of view the required radiated power increases.
Wegen der Forderung nach einer möglichst kompakten Bauweise werden häufig monostatische Radarsysteme verwendet, die sich durch eine gemeinsame Antenne zum Senden und zum Empfangen von Signalen auszeichnen. Monostatische Radarsysteme benötigen in ihrem HF-Frontend einen Richtkoppler (z. B. einen "rat-race coupler") zum Trennen von abzustrahlenden und empfangenen Signalen. Das empfangene Signal wird dann in einem mit dem Richtkoppler verbundenen Mischer in ein Zwischenfrequenzband oder in das Basisband gemischt, und das am Mischerausgang zur Verfügung stehende Zwischenfrequenz- oder Basisbandsignal wird für die folgende digitale Signalverarbeitung digitalisiert.Because of the demand for a compact as possible Construction becomes common used monostatic radar systems, which are characterized by a common Designate antenna for sending and receiving signals. monostatic Radar systems need in its RF front end a directional coupler (eg., a "rat-race coupler") for separating radiated and received signals. The received signal then becomes an intermediate frequency band in a mixer connected to the directional coupler or mixed into the baseband, and that available at the mixer output IF or baseband signal is used for the following digital signal processing digitized.
Ein realer – häufig in Streifenleitertechnik realisierter – Richtkoppler erreicht keine idealen Werte in Bezug auf Durchgangsdämpfung ("through loss") und Isolation, die idealerweise – je nach Port – null oder unendlich hoch ist. Das einem Eingangs-Port des Richtkopplers zugeführte (abzustrahlende) Oszillatorsignal wird nicht nur an den Port des Richtkopplers gekoppelt, an dem die Antenne angeschlossen ist, sondern ein kleiner Teil des Oszillatorsignals wird auch an den Port gekoppelt, der mit dem Signaleingang des Mischers verbunden ist. Dieser Teil des Oszillatorsignals ist am Mischereingang dem von der Antenne kommenden empfangenen Signal überlagert und verursacht am Mischerausgang ein Gleichsignal ("DC-Signal"), das dem Basisband- bzw. Zwischenfrequenzsignal überlagert ist. Speziell bei der Verwendung aktiver Mischer kann dieser Gleichsignal-Offset sehr störend sein. Bei höheren Sendeleistungen steigt auch der Gleichsignal-Offset. Der Gleichsignal-Offset ist ein die Sendeleistung, und damit bei Radaranwendungen ein das Sichtfeld beschränkender Parameter. Dieses Problem ist nicht auf Radaranwendungen beschränkt, sondern kann auch bei allgemeinen Kommunikationsanwendungen auftreten.One more real - often in Streifenleiter technology realized - directional coupler does not reach ideal values in terms of through loss and isolation, which ideally - depending on Port - zero or infinitely high. The one input port of the directional coupler supplied (to be radiated) oscillator signal is not only to the port of the directional coupler coupled to which the antenna is connected, but a smaller one Part of the oscillator signal is also coupled to the port, the connected to the signal input of the mixer. This part of the Oscillator signal is at the mixer input coming from the antenna received signal superimposed and causes at the mixer output a DC signal ("DC signal"), the baseband or Intermediate frequency signal superimposed is. Especially when using active mixers, this DC offset can be very disturbing be. At higher transmission powers Also increases the DC offset. The DC offset is a the transmission power, and thus in radar applications a field of view restrictive Parameter. This problem is not limited to radar applications, but can also occur in general communication applications.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine HF-Sende- und Empfangsschaltung (ein HF-Frontend) mit einem Richtkoppler und einem Mischer zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Gleichsignal-Offset am Mischerausgang weitgehend eliminiert ist.It The object of the present invention is an RF transmission and reception circuit (an RF front end) with a directional coupler and a mixer available provide a DC offset at the mixer output largely is eliminated.
Diese Aufgabe wird durch eine HF-Sende- und Empfangsschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These The object is achieved by an RF transmitting and receiving circuit according to claim 1 solved. exemplary embodiments are the subject of the dependent Claims.
Eine HF-Sende/Empfangs-Schaltung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen Mischer mit einem Signaleingang, dem ein Antennensignal zugeführt ist, einem Oszillatoreingang, dem ein Mischersignal zugeführt ist, und einem Ausgang, an dem ein Basis- oder Zwischenfrequenzsignal bereitgestellt wird. Zusätzlich umfasst die HF-Sende/Empfangs-Schaltung einen Richtkoppler mit einem ersten HF-Port zum Anschluss einer Antenne, einem zweiten HF-Port, der mit dem Signaleingang des Mischers verbunden ist und an den ein von der Antenne empfangenes Signal gekoppelt ist, einem ersten Oszillator-Port, dem ein Oszillatorsignal zugeführt ist, und mit einem zweiten Oszillator-Port, an den das Oszillatorsignal gekoppelt ist. Die HF-Sende/Empfangsschaltung umfasst des Weiteren eine Reflexionsanordnung, die einen mit dem zweiten Oszillator-Port verbundenen Eingang hat, wobei der Eingang eine komplexe Eingangsimpedanz aufweist, deren Wert derart eingestellt ist, dass am Eingang ein Teil des Oszillatorsignals reflektiert und von dem Richtkoppler an den zweiten HF-Port gekoppelt wird, sodass dieser reflektierte Teil des Oszillatorsignals ein parasitäres, direkt von dem ersten Oszillator-Port an den zweiten HF-Port gekoppeltes Oszillatorsignal destruktiv überlagert.An RF transmission / reception circuit according to an embodiment of the invention comprises a mixer with a signal input, an antenna signal is supplied to an oscillator input to which a mixer signal is supplied, and an output to which a base or intermediate frequency signal is provided. In addition, the RF transmit / receive circuit includes a directional coupler having a first RF port for connecting an antenna, a second RF port connected to the signal input of the mixer and to which a signal received by the antenna is coupled first oscillator port to which an oscillator signal is supplied, and a second oscillator port to which the oscillator signal is coupled. The RF transmit / receive circuit further comprises a reflection arrangement having an input coupled to the second oscillator port, the input having a complex input impedance, the value of which is adjusted to reflect a portion of the oscillator signal at the input and from the directional coupler is coupled to the second RF port, so that this reflected part of the oscillator signal destructively superimposed on a parasitic, directly coupled from the first oscillator port to the second RF port oscillator signal.
Die Eingangsimpedanz der Reflexionsanordnung kann beispielsweise eine Verzögerungsleitung und einen ohmschen Widerstand aufweisen. Der ohmsche Widerstand kann auch durch den Eingangswiderstand eines komplexeren Bauteils, beispielsweise eines Leistungsteilers, gebildet sein. Die Eingangsimpedanz der Reflexionsanordnung kann also eine Verzögerungsleitung und einen Leistungsteiler aufweisen, der einen einen ohmschen Widerstand umfassenden Eingangswiderstand hat. An einem Ausgang des Leistungsteilers wird z. B. das Mischersignal OSZMIX zum Mischen des von der Antenne empfangenen Signals zur Verfügung gestellt.The input impedance of the reflection arrangement can have, for example, a delay line and an ohmic resistance. The ohmic resistance can also be formed by the input resistance of a more complex component, for example a power divider. The input impedance of the reflection arrangement can thus have a delay line and a power divider, which has an input resistor comprising an ohmic resistance. At an output of the power divider z. For example, the mixer signal OSZ MIX is provided for mixing the signal received by the antenna.
Die Verzögerungsleitung kann beispielsweise als Streifenleitung ausgebildet sein. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Verzögerungsleitung zumindest zwei parallele Streifenleitungen, die an mehreren Stellen durch Kurzschlussleitungen verbunden sind. Diese Kurzschlussleitungen können, ebenso wie die Streifenleitungen, an Stellen zwischen den Kurzschlussleitungen mit Hilfe eines Lasers durchschmelzbar sein. Diese durchschmelzbaren Stellen werden auch als "Laser-Fuses" bezeichnet. Zum genauen Einstellen des Wertes des ohmschen Widerstandes kann dieser mit Hilfe eines Lasers abstimmbar sein.The delay line may be formed for example as a stripline. In one embodiment includes the delay line at least two parallel strip lines passing through at several points Shorting cables are connected. These short circuit cables can, as well like the strip lines, in places between the short circuit lines be melted with the help of a laser. This fusible Digits are also referred to as "laser fuses". To the the exact setting of the value of the ohmic resistance can this be tunable with the help of a laser.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Die Figuren und die zugehörige Beschreibung soll helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Die in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern dienen dazu das Prinzip der Erfindung darzustellen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bzw. Signale mit gleicher Bedeutung.embodiments The invention will be explained below with reference to figures. The Figures and the associated Description should help to better understand the invention. The Elements shown in the figures are not intended to be limiting but serve to illustrate the principle of the invention. In the figures, like reference numerals designate like parts or Signals with the same meaning.
Das
dem ersten Oszillator-Port A des Richtkopplers
Während des
Betriebs der Anordnung gelangt ein von der Antenne empfangenes Antennensignal
RX zum ersten HF-Port D des Richtkopplersund wird von dort als Empfangssignal
RF an den zweiten HF-Port C und an den ersten Oszillator-Port A
gekoppelt. Das Empfangssignal RF wird so dem Signaleingang des Mischers
Ein
realer Richtkoppler besitzt keine idealen Eigenschaften in Bezug
auf die Durchgangsdämpfung
und die Isolation der Ports. So wird beispielsweise das am ersten
Oszillator-Port A einkommende Oszillatorsignal OSZ nicht nur – wie gewünscht – an den zweiten
Oszillator-Port B und den ersten HF-Port D weitergeleitet, sondern – als parasitärer Effekt – ein kleinerer
Signalteil auch an den zweiten HF-Port C. Dieser kleinere Signalteil
des Oszillatorsignals OSZ, der unerwünschterweise an den zweiten
HF-Port C gekoppelt ist, ist in
Speziell bei aktiven Mischern ist dieser Gleichsignal-Offset ein Problem, da dadurch die abstrahlbare Leistung beschränkt wird. Bei Radaranwendungen wird durch diese Beschränkung der abstrahlbaren Leistung auch das Sichtfeld ("field of view") des Radarsensors eingeschränkt.specially with active mixers, this DC offset is a problem because it limits the radiated power. In radar applications is limited by this the radiant power and the field of view of the radar sensor limited.
Dem
ersten Oszillator-Port A des Richtkopplers
Der
zweite HF-Port C ist, wie in
Der
Eingang der Reflexionsanordnung weist eine komplexe Eingangsimpedanz
auf, deren Wert derart eingestellt ist, dass am Eingang ein Teil
OSZREF des Oszillatorsignals reflektiert
wird. Die Phase und der Betrag des reflektierten Teils OSZREF des Oszillatorsignals sind dabei durch
die Eingangsimpedanz bestimmt. Dieser reflektierte Teil OSZREF des Oszillatorsignals wird vom Richterkoppler
Ein
Realisierungsbeispiel der Reflexionsanordnung
Ein
Realisierungsbeispiel für
die Streifenleitung TL und der Leistungsteiler P der Reflexionsanordnung
Die
Verzögerungsleitung
Aus
der Darstellung in der
Der
mit der Verzögerungsleitung
TL verbundene Leistungsteiler P ist in dem Beispiel als passives
Bauelement mit einem ers ten Widerstand RT und mit
einem oder mehreren weiteren Widerständen R1, R2 realistisch. Ein
erster Anschluss des ersten Widerstandes RT ist
mit der Verzögerungsleitung
TL verbunden. Dieser erster Widerstand RT bestimmt
im Wesentlichen den Realteil des Eingangswiderstandes der Reflexionsanordnung
Entsprechend
der Verzögerungsleitung
TL kann auch der Richtkoppler
Bei
der anhand von
Ein abstimmbarer ohmscher Widerstand könnte beispielsweise mit Hilfe einer PIN-Diode (P-Intrinsic-N Diode) oder auch durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines Bipolartransistors bzw. die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors realisiert werden. Die tatsächlich verfügbaren Möglichkeiten können allerdings durch den verwendeten Herstellungsprozess beschränkt sein.One tunable ohmic resistance could, for example, help a PIN diode (P-Intrinsic-N diode) or through the collector-emitter path a bipolar transistor or the drain-source path of a field effect transistor implemented become. Actually available options can however, be limited by the manufacturing process used.
Alternativ
zu durch Laser abstimmbaren Bauelementen können alternativ auch elektronisch variierbare
Bauelemente zum elektronischen Abstimmen des Leitungsabschlusses
am zweiten Oszillatorport B verwendet werden. Das Einstellen der
Phase, das bei der in
In
Dazu
wird von dem Oszillatorsignal OSZ ein Teil OSZ1,
der beispielsweise über
einen zweiten Teiler
Der
Verstärker
Alternativ
können
Betrag und Phase des in den zweiten Oszillatorport B eingespeisten
Signals OSZ2 auch mit Hilfe eines Quadraturmischers
erfolgen. In diesem Fall erfüllt
der Quadraturmischer die Funktion der Serienschaltung aus Verstärker
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DE102007029389.7A DE102007029389B4 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | RF transmitting and receiving circuit with a directional coupler and a mixer |
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---|---|---|---|
DE102007029389.7A DE102007029389B4 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | RF transmitting and receiving circuit with a directional coupler and a mixer |
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Publication Number | Publication Date |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20040123667A1 (en) * | 2002-08-01 | 2004-07-01 | Mcgrath William R. | Remote-sensing method and device |
-
2007
- 2007-06-26 DE DE102007029389.7A patent/DE102007029389B4/en not_active Expired - Fee Related
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |