DE102010002800B4 - Radar sensor and method for operating a radar sensor - Google Patents

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Abstract

Radarsensor mit einem lokalen Oszillator (10) zur Erzeugung eines Sendesignals (S) und einem Mischer (12) zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals (Z) durch Mischen eines Teils des Sendesignals (S) mit einem empfangenen Signal (E), bei dem zwischen den lokalen Oszillator (10) und den Mischer (12) ein einstellbares Phasenschiebeglied geschaltet ist, um dem Mischer (12) ein gegenüber dem Sendesignal (S) phasenverschobenes Signal (S') zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenschiebeglied dazu ausgebildet ist, die Phasenverschiebung (Δϕ) des phasenverschobenen Signals (S') gegenüber dem Sendesignal (S) derart einzustellen, dass ein Gleichspannungshub (ΔZ') des Zwischenfrequenzsignals (Z) innerhalb eines vorgegebenen Frequenzintervalls (42) der Frequenz (f) des Sendesignals (S) minimal ist.Radar sensor with a local oscillator (10) for generating a transmission signal (S) and a mixer (12) for generating an intermediate frequency signal (Z) by mixing part of the transmission signal (S) with a received signal (E), in which between the local An adjustable phase shifting element is connected between the oscillator (10) and the mixer (12) in order to supply the mixer (12) with a signal (S') which is phase-shifted with respect to the transmission signal (S), characterized in that the phase shifting element is designed to adjust the phase shift ( Δϕ) of the phase-shifted signal (S') relative to the transmission signal (S) in such a way that a DC voltage swing (ΔZ') of the intermediate frequency signal (Z) is minimal within a predetermined frequency interval (42) of the frequency (f) of the transmission signal (S).

Description

Die Erfindung betrifft einen Radarsensor mit einem lokalen Oszillator zur Erzeugung eines Sendesignals und einem Mischer zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals durch Mischen eines Teils des Sendesignals mit einem empfangenen Signal, bei dem zwischen den lokalen Oszillator und den Mischer ein einstellbares Phasenschiebeglied geschaltet ist, um dem Mischer ein gegenüber dem Sendesignal phasenverschobenes Signal zuzuführen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Radarsensors.The invention relates to a radar sensor with a local oscillator for generating a transmission signal and a mixer for generating an intermediate frequency signal by mixing part of the transmission signal with a received signal, in which an adjustable phase shifter is connected between the local oscillator and the mixer in order to turn on the mixer supply a signal that is phase-shifted with respect to the transmission signal. The invention also relates to a method for operating such a radar sensor.

Ein Radarsensor diese Art ist aus EP 1 681 578 A1 bekannt.A radar sensor of this type is off EP 1 681 578 A1 known.

Radarsensoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zunehmend zur Erfassung des Umfelds des Fahrzeugs und zur Ortung und Bestimmung der Relativgeschwindigkeit vorausfahrender Fahrzeuge eingesetzt. Sie können als unabhängige Abstandswarnsysteme benutzt werden oder auch Teil eines Fahrassistenzsystems sein, z.B. zur abstandsbasierten automatischen Geschwindigkeitskontrolle (ACC - Adaptive Cruise Control).Radar sensors are increasingly being used in motor vehicles, for example, to detect the surroundings of the vehicle and to locate and determine the relative speed of vehicles ahead. They can be used as independent distance warning systems or be part of a driver assistance system, e.g. for distance-based automatic speed control (ACC - Adaptive Cruise Control).

Die Radarsensoren werden üblicherweise zusammen mit entweder separaten Sendeantennen und Empfangsantennen oder einer kombinierten Sende- und Empfangsantenne eingesetzt, die dazu dienen, das vom lokalen Oszillator erzeugte Sendesignal zu emittieren und das von einem georteten Objekt reflektierte Radarecho zu empfangen. Die Antennen sind zumeist geschützt hinter einer Abdeckung (radar dome, auch Radom genannt) oder einer Radarlinse angeordnet. Eine Reflektion an diesen Elementen führt beispielsweise zu einer direkten Einkopplung des Sendesignals auf ein Empfangsteil des Radarsensors. Auch ein Übersprechen des Sendesignals innerhalb des meist integriert ausgeführten Radarsensors selbst kann nicht vollständig verhindert werden. Im Folgenden werden alle Effekte, durch die ein Teil des Sendesignals ungewollt in den Empfangsteil eines Radarsensors übergeht, als Überkopplung bezeichnet. Als Folge der ungewollten Überkopplung des Sendesignals auf dem Empfangsteil und der - da nicht dopplerverschobenen - gleichen Frequenz von gesendetem und empfangenem Signal weist das im Mischer erzeugte Zwischenfrequenzsignal Gleichspannungskomponenten auf.The radar sensors are usually used together with either separate transmitting antennas and receiving antennas or a combined transmitting and receiving antenna, which serve to emit the transmission signal generated by the local oscillator and to receive the radar echo reflected from a located object. The antennas are usually protected behind a cover (radar dome, also known as a radome) or a radar lens. A reflection at these elements leads, for example, to a direct coupling of the transmission signal to a receiving part of the radar sensor. It is also not possible to completely prevent crosstalk of the transmission signal within the radar sensor itself, which is usually designed to be integrated. In the following, all effects by which a part of the transmission signal is unintentionally transferred to the receiving part of a radar sensor are referred to as cross-coupling. As a result of the unwanted cross-coupling of the transmission signal on the receiving part and the same frequency of the transmitted and received signal--since it is not Doppler-shifted--the intermediate frequency signal generated in the mixer has DC voltage components.

Das Zwischenfrequenzsignal wird üblicherweise durch einen rauscharmen Verstärker verstärkt und einem Analog/Digital-Wandler zugeführt. Vorteilhafterweise wird die Verarbei- tung des Zwischenfrequenzsignals gleichspannungsgekoppelt durchgeführt, um wichtige niederfrequente Signalanteile auswerten zu können. Eine Gleichspannungskomponente im Zwischenfrequenzsingal führt dann jedoch leicht zu einer Übersteuerung des Verstärkers und/oder des Analog/Digital-Wandlers. Um dieses zu verhindern, ist bekannt, vom Zwischenfrequenzsignal vor der weiteren Signalverarbeitung einen eventuell vorliegenden konstanten Gleichspannungsanteil abzuziehen.The intermediate frequency signal is usually amplified by a low-noise amplifier and fed to an analog/digital converter. Advantageously, the intermediate-frequency signal is processed in a DC-coupled manner in order to be able to evaluate important low-frequency signal components. However, a direct voltage component in the intermediate frequency signal then easily leads to overdriving of the amplifier and/or the analog/digital converter. In order to prevent this, it is known to subtract any constant DC component that may be present from the intermediate-frequency signal before further signal processing.

Bei Radarsystemen mit konstanter Frequenz und kontinuierlicher, nicht gepulster Abstrahlung enthält ein durch ein Objekt reflektiertes Signal zunächst nur Informationen über die Relativgeschwindigkeit des reflektierenden Objekts. Zur Ermittlung von Abstandsinformationen wird Information über die Signallaufzeit benötigt, die z.B. mit Hilfe von gepulsten Radarsignalen ermittelt werden kann. Bei kontinuierlich ausstrahlenden Radarsystemen kann eine Laufzeitinformation über eine Frequenzmodulation gewonnen werden (FMCW-Frequency Modulated Continuous Wave). Mit der Änderung der Frequenz des Sendesgnals bei einem FMCW-Radarsystem ändert sich jedoch auch die Größe der durch das ungewollte Überkoppeln hervorgerufenen Gleichspannungskomponente des Zwischenfrequenzsignals. Aufgrund von Mehrfachreflektionen und den damit verbundenen Interferenzerscheinungen ist die Frequenzabhängigkeit der Gleichspannungskomponente des Zwischenfrequenzsignals of stark ausgeprägt und kaum vorhersehbar. Dieses führt dazu, dass auch innerhalb eines relativ kleinen benutzen Frequenzintervalls der Sendefrequenz eine stark variierende Gleichspannungskomponente im Zwischenfrequenzsignal beobachtet wird. Mit Hilfe des zuvor genannten Verfahrens kann zwar ein mittlerer Gleichspannungsanteil innerhalb des Frequenzintervalls kompensiert werden, die Variation des Gleichspannungsanteils kann jedoch dennoch zu einer Übersteuerung von Verstärker und/oder Analog/DigitalWandler führen, bzw. verhindert, dass ein ansonsten wünschenswerter hoher Verstärkungsfaktor des Verstärkers gewählt werden kann.In radar systems with a constant frequency and continuous, non-pulsed radiation, a signal reflected by an object initially only contains information about the relative speed of the reflecting object. To determine distance information, information about the signal propagation time is required, which can be determined with the help of pulsed radar signals, for example. In the case of continuously transmitting radar systems, transit time information can be obtained via frequency modulation (FMCW—Frequency Modulated Continuous Wave). However, with the change in the frequency of the transmission signal in an FMCW radar system, the size of the DC voltage component of the intermediate frequency signal caused by the unwanted overcoupling also changes. Due to multiple reflections and the associated interference phenomena, the frequency dependency of the direct voltage component of the intermediate frequency signal is often very pronounced and hardly predictable. This leads to a strongly varying DC voltage component being observed in the intermediate frequency signal even within a relatively small used frequency interval of the transmission frequency. With the aid of the method mentioned above, an average DC voltage component within the frequency interval can be compensated for, but the variation in the DC voltage component can still lead to an overdrive of the amplifier and/or analog/digital converter, or prevent an otherwise desirable high gain factor of the amplifier from being selected can be.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radarsensor zu schaffen, bei dem trotz vorliegendem Überkoppeln des Sendesignals in den Empfangsteil eine Auswertung des Zwischenfrequenzsignals mit hoher Verstärkung und Dynamik möglich ist. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Radarsensors anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide a radar sensor in which an evaluation of the intermediate frequency signal with high amplification and dynamics is possible despite the transmission signal being overcoupled in the receiving part. A further object is to specify a method for operating such a radar sensor.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Radarsensor und ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen. Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a radar sensor and a method having the features specified in the independent claims. Further refinements and advantageous developments are specified in the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Radarsensor ist dadurch ausgezeichnet, dass zwischen den lokalen Oszillator und den Mischer ein einstellbares Phasenschieberglied geschaltet ist, um dem Mischer ein gegenüber dem Sendesignal phasenverschobenes Signal zuzuführen. Mit einer geänderten Phasenlage zwischen dem Sendesignal und dem dem Mischer zugeführten Teil des Sendesignals verändert sich die Frequenzabhängigkeit des Gleichspannungsanteils im Zwischenfrequenzsignal. Die Einführung des Phasenschiebeglieds zwischen dem lokalen Oszillator und dem Mischer ermöglicht, die Frequenzabhängigkeit derart zu verändern, dass die Variation des Gleichspannungsanteils innerhalb eines benutzten Frequenzintervalls möglichst gering wird.The radar sensor according to the invention is characterized in that an adjustable phase shifter element is connected between the local oscillator and the mixer in order to turn on the mixer supply a signal that is phase-shifted with respect to the transmission signal. With a changed phase position between the transmission signal and the part of the transmission signal supplied to the mixer, the frequency dependency of the direct voltage component in the intermediate frequency signal changes. The introduction of the phase shifter between the local oscillator and the mixer makes it possible to change the frequency dependency in such a way that the variation of the DC voltage component within a frequency interval used becomes as small as possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Radarsensors ist das einstellbare Phasenschieberglied ein I/Q-Modulator mit Modulationseingängen, von denen zumindest einer mit Gleichspannung beaufschlagt ist. Ein solcher Modulator ist zur Modulation des dem Mischer zugeführten Sendesignals zwecks der Durchführung bestimmter Auswerteverfahren häufig bereits in Radarsensoren vorhanden. Eine Beaufschlagung der Modulationseingänge mit Gleichspannung ermöglicht die Nutzung als einstellbares Phasenschiebeglied ohne zusätzlichen Eingriff in den Hochfrequenzpfad zwischen dem lokalem Oszillator und dem Mischer.In a preferred embodiment of the radar sensor, the adjustable phase shifter element is an I/Q modulator with modulation inputs, at least one of which has direct voltage applied to it. Such a modulator is often already present in radar sensors for modulating the transmission signal supplied to the mixer for the purpose of carrying out specific evaluation methods. Applying DC voltage to the modulation inputs enables use as an adjustable phase shifter without additional intervention in the high-frequency path between the local oscillator and the mixer.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von zwei Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with the aid of two figures.

Es zeigen:

  • 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Radarsensors; und
  • 2A und 2B schematische Darstellungen der Frequenzabhängigkeit einer Gleichspannungkomponente eines Zwischenfrequenzsignals eines Radarsensors.
Show it:
  • 1 a block diagram of a radar sensor according to the invention; and
  • 2A and 2 B schematic representations of the frequency dependency of a DC voltage component of an intermediate frequency signal of a radar sensor.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Radarsensors mit Antennen. Der Radarsensor weist einen lokalen Oszillator 10 zur Erzeugung eines Sendesignals S auf, das einer Sendeantenne 20 zugeführt wird. Die von einem Objekt reflektierte Radarstrahlung wird von einer Empfangsantenne 21 aufgenommen und einem Eingangsteil des Radarsensors als Empfangssignal E zugeführt. Der Eingangsteil umfasst einen Eingangsverstärker 11 und einen damit verbundenen Mischer 12. In dem Mischer 12 wird das verstärkte Eingangssignal E mit einem Referenzsignal gemischt wird, um ein Zwischenfrequenzsignal Z zu erhalten. Als Referenzsignal wird dem Mischer 12 ein gegenüber dem Sendesignal phasenverschobenes Signal S' zugeführt, das mit Hilfe eines I/Q-Modulators 13 mit Modulationseingängen I, Q, der zwischen dem lokalen Oszillator 10 und dem Mischer 12 angeordnet ist, aus dem Sendesignal S gebildet wird. 1 shows a block diagram of a radar sensor with antennas. The radar sensor has a local oscillator 10 for generating a transmission signal S, which is fed to a transmission antenna 20 . The radar radiation reflected by an object is picked up by a receiving antenna 21 and supplied as a received signal E to an input part of the radar sensor. The input part comprises an input amplifier 11 and a mixer 12 connected to it. In the mixer 12, the amplified input signal E is mixed with a reference signal in order to obtain an intermediate-frequency signal Z. A signal S' which is phase-shifted with respect to the transmission signal and is formed from the transmission signal S with the aid of an I/Q modulator 13 with modulation inputs I, Q, which is arranged between the local oscillator 10 and the mixer 12, is fed to the mixer 12 as a reference signal becomes.

Beispielhaft ist in 1 das Blockschaltbild eines Radarsensors mit nur einem Eingangsteil und einer Empfangsantenne. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist jedoch ebenfalls auf Radarsensoren mit mehreren Empfangsteilen übertragbar. Es kann ein gemeinsames Phasenschiebeglied, z.B. ein gemeinsamer I/Q-Modulator, vorgesehen sein. Alternativ ist möglich, in jedem Empfangsteil ein eigenes Phasenschiebeglied vorzusehen, um die einzelnen Empfangspfade separat und unabhängig voneinander nach der im folgenden vorgestellten Methode bezüglich einer Gleichspannungskomponente auf dem jeweiligen Zwischenfrequenzsignal abgleichen zu können. Weiter sind im gezeigten Ausführungsbeispiel die Sendeantenne 20 und die Empfangsantenne 21 getrennt ausgeführt. Unabhängig davon kann ein erfindungsgemäßer Radarsensor auch eine kombinierte Sende- und Empfangsantenne aufweisen.An example is in 1 the block diagram of a radar sensor with only one input part and one receiving antenna. However, the basic idea of the present invention can also be transferred to radar sensors with multiple receiving parts. A common phase shifter, for example a common I/Q modulator, can be provided. Alternatively, it is possible to provide a separate phase shifter in each receiving section in order to be able to adjust the individual receiving paths separately and independently of one another with respect to a direct voltage component on the respective intermediate frequency signal using the method presented below. Furthermore, in the exemplary embodiment shown, the transmitting antenna 20 and the receiving antenna 21 are designed separately. Irrespective of this, a radar sensor according to the invention can also have a combined transmitting and receiving antenna.

Der Radarsensor weist eine Auswerteeinrichtung 30 zur Auswertung des Zwischenfrequenzsignals Z und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Die Auswerteeinrichtung 30 umfasst einen Addierer 31, einen Zwischenfrequenzverstärker 32, einen Analog/Digital (A/D) -Wandler 33 und einen Nachregelkreis 34. Der Nachregelkreis 34 ist über Steueranschlüsse mit dem Addierer 31 und dem Zwischenfrequenzverstärker 32 verbunden. Über die Steuerausgänge kann ein Verstärkungsfaktor a des Zwischenfrequenzverstärkers 32 eingestellt werden und dem Addierer 31 eine Offset-Kompensationsspannung b vorgegeben werden, die er zum Zwischenfrequenzsignal Z summiert, bevor die Summe aus beiden dem Zwischenfrequenzverstärker 32 zugeführt wird. Der Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 32 bildet das Eingangssignal für den Analog/Digital-Wandler 33. Diesem wird folglich ein Signal der Größe a (Z + b) zugeführt.The radar sensor has an evaluation device 30 for evaluating the intermediate frequency signal Z and for carrying out the method according to the invention. The evaluation device 30 includes an adder 31, an intermediate frequency amplifier 32, an analog/digital (A/D) converter 33 and a readjustment circuit 34. The readjustment circuit 34 is connected to the adder 31 and the intermediate frequency amplifier 32 via control connections. An amplification factor a of the intermediate frequency amplifier 32 can be set via the control outputs and an offset compensation voltage b can be specified for the adder 31 , which it sums to form the intermediate frequency signal Z before the sum of the two is fed to the intermediate frequency amplifier 32 . The output of the intermediate frequency amplifier 32 forms the input signal for the analog/digital converter 33. This is consequently supplied with a signal of size a(Z+b).

Der Nachregelkreis 34 ist zudem über einen weiteren Steuerausgang mit dem lokalen Oszillator 10 zur Einstellung der Frequenz f des Sendesignals S verbunden. Darüber hinaus ist der Nachregelkreis 34 mit dem I/Q-Modulator 13 verbunden, um dessen Modulationseingänge I, Q mit Gleichspannungssignalen zu beaufschlagen.The readjustment circuit 34 is also connected to the local oscillator 10 for setting the frequency f of the transmission signal S via a further control output. In addition, the readjustment circuit 34 is connected to the I/Q modulator 13 in order to apply DC voltage signals to its modulation inputs I, Q.

I/Q-Modulatoren werden üblicherweise eingesetzt, um über ihre Modulationseingänge eine in-phase (I)-Modulation bzw. eine Quadratur (Q)-Modulation eines (Trägerfrequenz-) Signals vorzunehmen. In bekannten Radarsensoren können I/Q-Modulatoren vorgesehen sein, um ein Sendesignal zu modulieren, bevor es einem Mischer zur Zwischenfrequenzbildung zugeführt wird. Dazu werden die Modulationseingänge mit niederfrequenten Modulationssignalen beaufschlagt.I/Q modulators are usually used to carry out an in-phase (I) modulation or a quadrature (Q) modulation of a (carrier frequency) signal via their modulation inputs. I/Q modulators can be provided in known radar sensors in order to modulate a transmission signal before it is fed to a mixer for intermediate frequency formation. For this purpose, the modulation inputs are supplied with low-frequency modulation signals.

Erfindungsgemäß werden den Modulationseingängen I, Q des I/Q-Modulators 13 vom Nachregelkreis 34 Gleichspannungssignale aufgeprägt. In einem solchen Fall wirkt der I/Q-Modulator 13 als einstellbares Phasenschiebeglied, das eine Phasenverschiebung Δϕ zwischen dem Sendesignal S und dem dem Mischer 12 zugeführten Signal S' zur Folge hat. Davon unbenommen ist ein eventueller gleichzeitiger Einsatz des I/Q-Modulators 13 zur Aufprägung einer niederfrequenten Modulation auf das phasenverschobene Signal S'. Zu diesem Zweck kann den Modulationseingängen I, Q des I/Q-Modulators 13 jeweils ein Addierer vorgeschaltet sein, der niederfrequente Modulationssignale auf die vom Nachregelkreis 34 ausgegebenen Gleichspannungssignale addiert.According to the invention, DC voltage signals are impressed on the modulation inputs I, Q of the I/Q modulator 13 by the readjustment circuit 34 . In such a case, the I/Q modulator 13 acts as an adjustable phase shifter, which results in a phase shift Δφ between the transmission signal S and the signal S′ fed to the mixer 12 . A possible simultaneous use of the I/Q modulator 13 for impressing a low-frequency modulation on the phase-shifted signal S' is unaffected by this. For this purpose, the modulation inputs I, Q of the I/Q modulator 13 can each be preceded by an adder which adds low-frequency modulation signals to the DC voltage signals output by the readjustment circuit 34 .

Im folgenden wird im Zusammenhang mit den 2A und 2B ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors näher erläutert, das z.B. von dem in 1 gezeigten Radarsensor durchgeführt werden kann. Im Rahmen der Beschreibung des Verfahrens benutzte Bezugszeichen beziehen sich entsprechend auf die 1.The following is related to the 2A and 2 B a method for operating a radar sensor explained in more detail, for example, from the 1 radar sensor shown can be carried out. Reference symbols used in the description of the method refer accordingly to the 1 .

In den Diagrammen der 2A und 2B ist jeweils die Abhängigkeit des Gleichspannungsanteils Z' im Zwischenfrequenzsignal Z eines Mischers 12 von der Frequenz f eines Sendesignals dargestellt. Die Gleichspannungsanteile Z' sind in willkürlichen Einheiten (a.u. - arbitrary units) wiedergegeben und die Frequenz f ist in Gigahertz (GHz) angegeben.In the diagrams of 2A and 2 B shows the dependency of the DC component Z' in the intermediate frequency signal Z of a mixer 12 on the frequency f of a transmission signal. The DC components Z' are given in arbitrary units (au) and the frequency f is given in gigahertz (GHz).

In 2A ist eine Situation dargestellt, in der das dem Mischer 12 zugeführte phasengleich zum Sendsignal S ist (Phasenverschiebung Δϕ=0). Die Kurve 40 zeigt dabei einen idealisierten Fall. Beim Vorliegen nur einer Reflektion, z.B. an einem Radom, zeigt der Gleichspannungsanteil Z' als Funktion der Frequenz f des Sendesignals S einen sinusförmigen Verlauf. In der Realität ergibt sich jedoch eher ein Verlauf wie in der Kurve 41 schematisch dargestellt. Hier führt die Überlagerung von mehreren Überkopplungspfaden, z.B. mehreren Reflektionen, die zudem in Bezug auf die Stärke der Kopplung und die hervorgerufene Phasenverschiebung zwischen Sende- und Empfangssignal unterschiedlich sind, führt zu einem Kurvenverlauf, der sich aus einer Mehrzahl von überlagerten sinusförmigen Signalen zusammensetzt.In 2A a situation is shown in which the signal supplied to the mixer 12 is in phase with the transmission signal S (phase shift Δφ=0). The curve 40 shows an idealized case. If there is only one reflection, for example on a radome, the direct voltage component Z′ as a function of the frequency f of the transmission signal S shows a sinusoidal curve. In reality, however, there is more of a course as shown schematically in curve 41 . Here, the superimposition of several overcoupling paths, eg several reflections, which also differ in terms of the strength of the coupling and the phase shift caused between the transmission and reception signals, leads to a curve that is composed of a plurality of superimposed sinusoidal signals.

Häufig schränken gesetzlichen Vorgaben für das von einem Radarsensor benutzbare Frequenzband ein. Die Nutzung von Radarsensoren ist im Kraftfahrzeugbereich beispielsweise auf das Frequenzband zwischen 76 und 77 Gigahertz beschränkt. Eine Modulation der Frequenz des Sendesignals, z.B. bei einem Durchfahren von Frequenzrampen bei einem FMCW-Radarsensor, muss folglich innerhalb dieser Grenzen durchgeführt werden, wobei häufig für die Modulation nicht die gesamte Breite des erlaubten Frequenzband ausgenutzt wird. Im Diagramm ist beispielhaft ein Frequenzintervall 42 von einer Breite von etwa 0,5 Gigahertz (GHz) mittig im Intervall zwischen 76 und 77 GHz eingetragen. Das Frequenzintervall 42 stellt das für den Betrieb des Radarsensors vorgesehene Frequenzintervall dar. Legal requirements often restrict the frequency band that can be used by a radar sensor. In the motor vehicle sector, the use of radar sensors is limited, for example, to the frequency band between 76 and 77 gigahertz. A modulation of the frequency of the transmission signal, e.g. when driving through frequency ramps with an FMCW radar sensor, must therefore be carried out within these limits, whereby the entire width of the permitted frequency band is often not used for the modulation. In the diagram, a frequency interval 42 with a width of approximately 0.5 gigahertz (GHz) is entered in the middle of the interval between 76 and 77 GHz. The frequency interval 42 represents the frequency interval provided for the operation of the radar sensor.

Eine Änderung der Frequenz f innerhalb des Frequenzintervalls 42 führt zu der in 2A eingezeichneten Änderung des Gleichspannungsanteils Z' des Zwischenfrequenzsignals Z der Kurve 41 um den eingezeichneten Gleichspannungshub ΔZ'. Ein solcher Gleichspannungshub wäre aufgrund der unterschiedlichen Steigung entlang des Verlaufs der Kurve 41 bei unterschiedlichen Frequenzintervallen von gleicher Breite wie das Frequenzintervall 42 unterschiedlich groß. Beispielhaft ist ein Frequenzintervall 43 eingezeichnet, innerhalb dessen die Kurve 41 eine große Steigung hat, was zu einem entsprechend großen Gleichspannungshub führen würde. Demgegenüber ist im eingezeichneten Frequenzintervall 44 der Gleichspannungshub minimal.A change in the frequency f within the frequency interval 42 leads to the in 2A indicated change in the direct voltage component Z' of the intermediate frequency signal Z of the curve 41 by the indicated direct voltage swing ΔZ'. Such a DC voltage swing would be of different size due to the different slope along the course of the curve 41 at different frequency intervals of the same width as the frequency interval 42 . A frequency interval 43 is drawn in as an example, within which the curve 41 has a large slope, which would lead to a correspondingly large DC voltage swing. In contrast, the DC voltage swing is minimal in the frequency interval 44 shown.

Eine Phasenverschiebung Δϕ ungleich Null zwischen dem Sendesignal S und dem phasenverschobenen Signal S' führt nun zu einer Verschiebung der Frequenzabhängigkeit des Gleichspannungsanteils Z' entlang der Frequenzachse. Das bietet die Möglichkeit, das Frequenzintervall 44, das den minimalen Gleichspannungshub aufweist, in Deckung mit dem benutzten Frequenzintervall 42 zu bringen.A phase shift Δφ not equal to zero between the transmission signal S and the phase-shifted signal S′ now leads to a shift in the frequency dependency of the direct voltage component Z′ along the frequency axis. This offers the possibility of bringing the frequency interval 44, which has the minimum DC voltage deviation, into line with the frequency interval 42 used.

Diese Situation ist in 2B dargestellt. Der Übersichlichkeit halber sind in dieser Figur die idealisierte Kurve 40 sowie das Frequenzintervall 43 nicht eingezeichnet. Eine Änderung der Frequenz f des Sendesignals S, z.B. beim Abfahren von Frequenzrampen beim FMCW-Radarverfahren innerhalb der Grenzen des Frequenzintervalls 42 führt nun nur zum minimalen Gleichspannungshub ΔZ' des Kurvenbereichs 44. Gemittelt über das Frequenzintervall 42 weist der Gleichspannungsanteil Z' den Wert Z0 auf. Dieser mittlere Gleichspannungsanteil Z'0 wird über den Addierer 31 mit Hilfe einer Offset-Kompensation von b = -Z'0 aus dem Zwischenfrequenzsignal Z entfernt, bevor dieses dem Zwischenfrequenzverstärker 32 zugeführt wird. Aufgrund des nur geringen Gleichspannungshubs ΔZ' kann nun für den Zwischenfrequenzverstärker 32 ein Verstärkungsfaktor a derart maximal gewählt werden, dass das verstärkte Signal den zulässigen Eingangsspannungsbereich des A/D-Wandlers 33 optimal ausnutzt, ohne den A/D-Wandlers 33 zu übersteuern. So wird eine maximale Dynamik (geringstes Signal-zu-Rausch Verhältnis) der Signalauswertekette erreichtThis situation is in 2 B shown. For the sake of clarity, the idealized curve 40 and the frequency interval 43 are not shown in this figure. A change in the frequency f of the transmission signal S, e.g. when following frequency ramps in the FMCW radar method within the limits of the frequency interval 42, now only leads to the minimum DC voltage deviation ΔZ' of the curve area 44. Averaged over the frequency interval 42, the DC voltage component Z' has the value Z 0 on. This average direct voltage component Z' 0 is removed from the intermediate frequency signal Z via the adder 31 with the aid of an offset compensation of b=−Z' 0 before this is fed to the intermediate frequency amplifier 32 . Due to the only small DC voltage deviation ΔZ′, an amplification factor a can now be selected for the intermediate frequency amplifier 32 in such a way that the amplified signal optimally utilizes the permissible input voltage range of the A/D converter 33 without overdriving the A/D converter 33 . In this way, maximum dynamics (lowest signal-to-noise ratio) of the signal evaluation chain is achieved

Zur Bestimmung geeigneter Werte für die Phasenverschiebung Δϕ, den Verstärkungsfaktor a und die Offset-Korrekturspannung b kann folgendes Verfahren eingesetzt werden. Bei festgelegter Sendefrequenz f, z.B. festgelegt auf die Mitte des Frequenzintervalls 42, und Vorgabe einer Offset-Korrekturspannung von b = 0 sowie einer möglichst gering eingestellten Verstärkung a des Zwischenfrequenzverstärkers 32, wird eine Phasenverschiebung Δϕ von -180° bis +180° (bzw. -ϕ/2 bis ϕ/2) durchgefahren und dabei die Größe des Gleichspannungsanteils Z' im Zwischenfrequenzsignal Z bestimmt. Auf diese Weise wird eine Kurve analog zur Kurve 41 der 2 ermittelt, ohne dass die Frequenz f des Sendesignals S außerhalb des erlaubten Frequenzintervalls 42 liegt. Anhand des ermittelten Kurvenverlaufs kann der Kurvenbereich 44 mit dem geringsten Gleichspannungshub ΔZ' ermittelt werden. Im folgenden Betrieb des Radarsensors wird die zugehörige Phasenverschiebung Δϕ, die den entsprechenden Kurvenbereich 44 in das zum Betrieb vorgesehene Frequenzintervall 42 schiebt, eingestellt. Anhand des gemessenen Kurvenverlaufs können zudem die Parameter b und a für die Offset-Kompensation und die maximal mögliche Verstärkung festgelegt werden.The following procedure can be used to determine suitable values for the phase shift Δϕ, the gain factor a and the offset correction voltage b. With a fixed transmission frequency f, e.g. set to the middle of the frequency interval 42, and an offset correction voltage of b = 0 is specified and the gain a of the intermediate frequency amplifier 32 is set as low as possible, a phase shift Δϕ of -180° to +180° (or -φ/2 to φ/2) and the size of the direct voltage component Z' in the intermediate frequency signal Z is determined. In this way, a curve analogous to curve 41 of FIG 2 determined without the frequency f of the transmission signal S lying outside the permitted frequency interval 42 . The curve area 44 with the smallest DC voltage deviation ΔZ′ can be determined on the basis of the determined curve shape. In the subsequent operation of the radar sensor, the associated phase shift Δφ, which shifts the corresponding curve range 44 into the frequency interval 42 provided for operation, is set. The parameters b and a for the offset compensation and the maximum possible amplification can also be defined on the basis of the measured curve progression.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, Werte für die Phasenverschiebung Δϕ, den Verstärkungsfaktor a und die Offset-Korrekturspannung b bei Herstellung für jeden Radarsensor individuell werksseitig zu ermitteln und dann fest vorzugeben.In one specific embodiment, it can be provided that values for the phase shift Δφ, the amplification factor a and the offset correction voltage b are determined individually at the factory during manufacture for each radar sensor and then specified in a fixed manner.

In einer alternativen Ausgestaltung ist denkbar, diese Werte in regelmäßigen Zeitabständen während des Betriebs des Radarsensors zu bestimmen oder nachzukorrigieren. Statt eines Verfahrens, bei dem der gesamte zugängliche Kurvenverlauf zunächst ausgemessen wird, um die gesuchten Werte Δϕ, a, und b zu bestimmen, ist alternativ oder zusätzlich möglich, eine Vermessung auf einen kleinen Bereich um die aktuell eingestellte Phasenverschiebung Δϕ zu beschränken, und die Parameter für Δϕ, a, und b bei sich verändernden Bedingungen, z.B. einer Wanderung des optimalen Kurvenbereichs 44 aufgrund von Temperaturänderungen, adaptiv nachzuführen.In an alternative embodiment, it is conceivable to determine or subsequently correct these values at regular time intervals during operation of the radar sensor. Instead of a method in which the entire accessible curve is first measured in order to determine the values Δϕ, a, and b sought, it is alternatively or additionally possible to limit a measurement to a small area around the currently set phase shift Δϕ, and Adaptively track parameters for Δφ, a, and b with changing conditions, e.g., a migration of the optimal curve area 44 due to temperature changes.

Claims (7)

Radarsensor mit einem lokalen Oszillator (10) zur Erzeugung eines Sendesignals (S) und einem Mischer (12) zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals (Z) durch Mischen eines Teils des Sendesignals (S) mit einem empfangenen Signal (E), bei dem zwischen den lokalen Oszillator (10) und den Mischer (12) ein einstellbares Phasenschiebeglied geschaltet ist, um dem Mischer (12) ein gegenüber dem Sendesignal (S) phasenverschobenes Signal (S') zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenschiebeglied dazu ausgebildet ist, die Phasenverschiebung (Δϕ) des phasenverschobenen Signals (S') gegenüber dem Sendesignal (S) derart einzustellen, dass ein Gleichspannungshub (ΔZ') des Zwischenfrequenzsignals (Z) innerhalb eines vorgegebenen Frequenzintervalls (42) der Frequenz (f) des Sendesignals (S) minimal ist.Radar sensor with a local oscillator (10) for generating a transmission signal (S) and a mixer (12) for generating an intermediate frequency signal (Z) by mixing part of the transmission signal (S) with a received signal (E), in which between the local An adjustable phase shifting element is connected between the oscillator (10) and the mixer (12) in order to supply the mixer (12) with a signal (S') which is phase-shifted with respect to the transmission signal (S), characterized in that the phase shifting element is designed to adjust the phase shift ( Δϕ) of the phase-shifted signal (S') relative to the transmission signal (S) in such a way that a DC voltage deviation (ΔZ') of the intermediate frequency signal (Z) is minimal within a predetermined frequency interval (42) of the frequency (f) of the transmission signal (S). Radarsensor nach Anspruch 1, bei dem das einstellbare Phasenschiebeglied ein I/Q-Modulator (13) mit Modulationseingänge (I, Q) ist, wobei zumindest einer der Modulationseingänge (I, Q) mit Gleichspannung beaufschlagt ist.radar sensor claim 1 , in which the adjustable phase shifting element is an I/Q modulator (13) with modulation inputs (I, Q), at least one of the modulation inputs (I, Q) being supplied with direct voltage. Radarsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Phasenverschiebung Δϕ fest vorgegeben ist.radar sensor claim 1 or 2 , for which the phase shift Δϕ is fixed. Radarsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Auswerteeinrichtung (30) vorgesehen ist, die das Zwischenfrequenzsignal (Z) auswertet und die Phasenverschiebung (Δϕ) als Ergebnis der Auswertung vorgibt.radar sensor claim 1 or 2 , in which an evaluation device (30) is provided, which evaluates the intermediate frequency signal (Z) and specifies the phase shift (Δφ) as the result of the evaluation. Radarsensor nach Anspruch 4, bei dem die Auswerteeinrichtung (30) einen Zwischenfrequenzverstärker (32) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor (a) umfasst.radar sensor claim 4 , In which the evaluation device (30) comprises an intermediate frequency amplifier (32) with an adjustable amplification factor (a). Radarsensor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Auswerteeinrichtung (30) einen Addierer (31) aufweist, um auf das Zwischenfrequenzsignal (Z) eine Offset-Kompensationsspannung (b) zu addieren.radar sensor claim 4 or 5 , wherein the evaluation device (30) has an adder (31) in order to add an offset compensation voltage (b) to the intermediate frequency signal (Z). Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei dem einem Mischer (12) zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals (Z) ein empfangenes Signal (E) und ein Signal (S'), das gegenüber dem Sendesignal (S) um eine Phasenverschiebung (Δϕ) verschoben ist, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δϕ) so gewählt wird, dass ein Gleichspannungshub (ΔZ') des Zwischenfrequenzsignals (Z) innerhalb eines vorgegebenen Frequenzintervalls (42) der Frequenz (f) des Sendesignals (S) minimal ist.Method for operating a radar sensor according to one of Claims 1 until 6 in which a mixer (12) for generating an intermediate frequency signal (Z) is supplied with a received signal (E) and a signal (S') which is phase-shifted (Δϕ) relative to the transmission signal (Δϕ), characterized in that that the phase shift (Δϕ) is selected such that a DC voltage deviation (ΔZ') of the intermediate frequency signal (Z) is minimal within a predetermined frequency interval (42) of the frequency (f) of the transmission signal (S).
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