DE102019115892A1

DE102019115892A1 - Radarsystem mit frequenzumwandlung und entsprechendes verfahren

Info

Publication number: DE102019115892A1
Application number: DE102019115892.3A
Authority: DE
Inventors: Florian G. Herrault; Hasan Sharifi; Robert G. Nagele; Igal Bilik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US20200191902A1; CN111323779B; US11029387B2; CN111323779A

Abstract

Ein Radarsystem mit Frequenzumwandlung schließt einen Signalgenerator ein, der konfiguriert ist, ein Eingangssignal bei einer ersten Frequenz zu erzeugen. Ein Sendeinterposer ist konfiguriert, das Eingangssignal von dem Signalgenerator zu empfangen. Der Sendeinterposer schließt ein Sendefrontendmodul, das konfiguriert ist, das Eingangssignal bei der ersten Frequenz auf ein ausgehendes Radarsignal bei einer zweiten Frequenz aufwärtszukonvertieren, die größer als die erste Frequenz ist, und ein Sendeantennenmodul mit einer Vielzahl von Sendepatches ein, die konfiguriert sind, das ausgehende Radarsignal abzustrahlen. Ein Empfangsinterposer ist konfiguriert, ein Ausgangssignal an den Signalgenerator zu senden. Der Empfangsinterposer schließt ein Empfangsantennenmodul mit einer Vielzahl von Empfangspatches, die konfiguriert sind, ein eingehendes Radarsignal bei der zweiten Frequenz zu erfassen, und ein Empfangsfrontendmodul, das konfiguriert ist, das eingehende Radarsignal bei der zweiten Frequenz zu dem Ausgangssignal bei der ersten Frequenz abwärtszukonvertieren.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Radarsystem mit Frequenzumwandlung und ein entsprechendes Verfahren. Ein Radarerfassungssystem sendet Funkwellen, die von verschiedenen Objekten und Teilen des Geländes reflektiert werden. Wenn die Strahlung zum Radarsystem zurückkehrt, werden verschiedene Informationen über das Objekt, wie etwa Abstand, Richtung und Geschwindigkeit, erhalten. Automobilvorrichtungen können Radar für mehrere Zwecke verwenden, einschließlich aber nicht begrenzt auf, eine adaptive Geschwindigkeitsregelung, eine Spurwechselassistenz, und automatisches Bremsen.
KURZDARSTELLUNG
Offenbart hierin ist ein Radarsystem mit Frequenzumwandlung und ein entsprechendes Verfahren zum Steuern des Radarsystems. Das Radarsystem schließt mindestens einen Signalgenerator ein, der konfiguriert ist, ein Eingangssignal bei einer ersten Frequenz zu erzeugen. Das System schließt einen Sendeinterposer, der konfiguriert ist, das Eingangssignal von dem Signalgenerator zu empfangen, und einen Empfangsinterposer, der konfiguriert ist, ein Ausgangssignal zu dem Signalgenerator zu senden, ein. Der Sendeinterposer schließt ein Sendefrontendmodul ein, das konfiguriert ist, das Eingangssignal bei der ersten Frequenz auf ein ausgehendes Radarsignal bei einer zweiten Frequenz aufwärtszukonvertieren, wobei die zweite Frequenz größer als die erste Frequenz ist. Der Sendeinterposer schließt ein Sendeantennenmodul mit einer Vielzahl von Sendepatches ein, die konfiguriert sind, das ausgehende Radarsignal abzustrahlen.
Der Empfangsinterposer schließt ein Empfangsantennenmodul mit einer Vielzahl von Empfangspatches, die konfiguriert sind, ein eingehendes Radarsignal bei der zweiten Frequenz zu erfassen, und ein Empfangsfrontendmodul, das konfiguriert ist, das eingehende Radarsignal bei der zweiten Frequenz zu dem Ausgangssignal bei der ersten Frequenz abwärtszukonvertieren. In einem Beispiel liegt die erste Frequenz zwischen 20 GHz und 100 GHz, und die zweite Frequenz liegt zwischen 70 GHz und 300 GHz. In einem weiteren Beispiel liegt die erste Frequenz zwischen 70 GHz und 80 GHz, während die zweite Frequenz zwischen 210 GHz und 240 GHz liegt. Die zweite Frequenz kann ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz sein.
Das Sendefrontendmodul kann einen ersten lokalen Oszillator einschließen, der konfiguriert ist, eine erste lokale Frequenz zu erzeugen. Ein erste Frequenzmischer kann konfiguriert sein, eine Summenfrequenz und eine Differenzfrequenz zu erzeugen. In einem Beispiel ist der erste Frequenzmischer ein harmonischer Mischer, der konfiguriert ist, die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz bei einem harmonischen Vielfachen von mindestens einem von der ersten lokalen Frequenz und der ersten Frequenz des Eingangssignals zu erzeugen. Ein erstes Filter kann konfiguriert sein, mindestens eines von der Summenfrequenz und der Differenzfrequenz zu entfernen. Das Empfangsfrontendmodul kann einen zweiten lokalen Oszillator einschließen, der konfiguriert ist, eine zweite lokale Frequenz zu erzeugen. Ein zweiter Frequenzmischer kann konfiguriert sein, eine Summenfrequenz und eine Differenzfrequenz aus der zweiten lokalen Frequenz und der zweiten Frequenz des eingehenden Radarsignals zu erzeugen. Ein zweites Filter kann konfiguriert sein, mindestens eines von der Summenfrequenz und/oder der Differenzfrequenz zu entfernen.
Die Basisplatte kann eine Basisschicht, die konfiguriert ist, eine Sendekapazität in mindestens einem Hochfrequenzbereich aufzuweisen, und eine Basismasseschicht, die mit der Basisschicht koextensiv ist, einschließen. Der Sendeinterposer kann ein Sendesubstrat und eine Sendemasseschicht, die mit dem Sendesubstrat koextensiv ist, eine dielektrische Schicht benachbart zu der Sendemasseschicht und eine Zuleitung benachbart zu der dielektrischen Schicht einschließen. Eine Vielzahl von Verbindungen, einschließlich aber nicht begrenzt auf leitende Säulen, Lotkugeln und Erhebungen, kann konfiguriert sein, den Sendeinterposer und die Basisplatte betriebsmäßig zu verbinden. Die Vielzahl von Verbindungen kann konfiguriert sein, die Sendemasseschicht und die Basismasseschicht direkt zu verbinden. Die Vielzahl von Sendepatches des Sendeantennenmoduls können auf der ersten Seite des mindestens einen Sendeinterposers positioniert sein, und das Sendefrontendmodul kann auf einer zweiten Seite des mindestens einen Sendeinterposers positioniert sein. Die Sendemasseschicht kann eine jeweilige Öffnung einschließen, die mit einem jeweiligen der Vielzahl von Sendepatches gekoppelt ist.
Der Signalgenerator kann zwischen dem Sendeinterposer und dem Empfangsinterposer positioniert sein. Der Empfangsinterposer kann ein Empfangssubstrat, eine Empfangsmasseschicht, die mit dem Empfangssubstrat koextensiv ist, und eine dielektrische Schicht benachbart zu der Empfangsmasseschicht einschließen. Die Vielzahl von Empfangspatches des Empfangsantennenmoduls können auf einer ersten Seite des mindestens einen Empfangsinterposers positioniert sein, und das Empfangsfrontendmodul kann auf einer zweiten Seite des mindestens einen Empfangsinterposers positioniert sein. Die Empfangsmasseschicht kann eine jeweilige Öffnung einschließen, die mit einem jeweiligen der Vielzahl von Empfangspatches gekoppelt ist.
In einer weiteren Ausführungsform schließt das Radarsystem eine Basisplatte mit einer Vielzahl von Signalgeneratoren ein, die betriebsmäßig mit der Basisplatte verbunden sind. Die Signalgeneratoren sind konfiguriert, jeweilige Eingangssignale bei einer ersten Frequenz zu erzeugen. Eine Vielzahl von Sendeinterposern ist betriebsmäßig mit der Basisplatte verbunden und konfiguriert, die jeweiligen Eingangssignale zu empfangen. Die Vielzahl von Sendeinterposern schließt jeweils mehrere jeweilige Sendefrontendmodule ein, die konfiguriert sind, die jeweiligen Eingangssignale bei der ersten Frequenz auf jeweilige ausgehende Radarsignale bei einer zweiten Frequenz aufwärtszukonvertieren.
Zusätzlich schließt die Vielzahl von Sendeinterposern jeweils mehrere jeweilige Sendeantennenmodule mit einer jeweiligen Vielzahl von Sendepatches ein, die konfiguriert sind, die jeweiligen ausgehenden Radarsignale bei der zweiten Frequenz abzustrahlen. Ein einzelner Empfangsinterposer ist betriebsmäßig mit der Basisplatte verbunden und konfiguriert, um jeweilige Ausgangssignale an die Vielzahl von Signalgeneratoren zu senden. Der einzelne Empfangsinterposer schließt mehrere Empfangsantennenmodule mit einer jeweiligen Vielzahl von Empfangspatches, die konfiguriert sind, jeweilige eingehende Radarsignale bei der zweiten Frequenz zu erfassen, und ein einzelnes Empfangsfrontendmodul, das konfiguriert ist, die jeweiligen eingehenden Radarsignale bei der zweiten Frequenz zu den jeweiligen Ausgangssignalen bei der ersten Frequenz abwärtszukonvertieren, ein.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht eines Beispielradarsystems mit einem Radarmodul, das an einer Vorrichtung montierbar ist, gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine schematische fragmentarische teilweise Querschnittsansicht durch eine Achse 2-2 des Radarmoduls von 1;
3 ist ein schematisches Schaubild einer Beispielkonfiguration für ein Empfangsfrontendmodul, das in dem Radarmodul von 1 einsetzbar ist;
4 ist ein schematisches Schaubild einer Beispielkonfiguration für ein Sendefrontendmodul, das in dem Radarmodul von 1 einsetzbar ist, und
5 ist eine schematische Draufsicht eines anderen Beispielradarmoduls, das an der Vorrichtung von FIG. montierbar ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Komponenten beziehen, veranschaulicht 1 schematisch ein Radarsystem 10 mit einem Radarmodul 12, das an einer Vorrichtung 14 montierbar ist. Abhängig von der vorliegenden Anwendung kann das Radarmodul 12 angebracht, eingebettet oder auf andere Weise mit einem vorderen, hinteren, Seiten- oder einem anderen geeigneten Abschnitt der Vorrichtung 14 verbunden sein. Die Vorrichtung 14 kann eine mobile Plattform, wie etwa, aber nicht begrenzt auf, einen normalen Personenwagen, ein SUV, einen leichten Lastkraftwagen, ein Schwerlastfahrzeug, ein Geländefahrzeug, einen Minivan, einen Bus, ein Transportfahrzeug, ein Fahrrad, einen Roboter, landwirtschaftliche Geräte, sportbezogene Ausrüstung, ein Boot, ein Flugzeug, ein Zug oder eine andere Transportvorrichtung, sein. Die Vorrichtung 14 kann viele verschiedene Formen annehmen und mehrere und/oder alternative Komponenten und Einrichtungen einschließen.
Bezug nehmend auf 1 kann eine Steuereinheit C in Kommunikation mit dem Radarmodul 12 stehen. Die Steuereinheit C schließt mindestens einen Prozessor P und mindestens einen Speicher M (oder nichttransitorisches, gegenständliches computerlesbares Datenspeichermedium) ein, auf dem Anweisungen zum Ausführen verschiedener Programme aufgezeichnet werden können. Der Speicher M kann durch die Steuereinheit ausführbare Anweisungssätze speichern, und der Prozessor P kann durch die Steuereinheit ausführbare Anweisungen ausführen, die in dem Speicher M gespeichert sind. Die Steuereinheit C kann in das Radarmodul 12 eingebettet oder anderweitig damit integriert sein. Alternativ kann die Steuereinheit C eine von dem Radarmodul 12 separate Einheit sein. Wie unten beschrieben wird, ermöglicht das Radarsystem 10 eine Implementierung einer relativ hohen Betriebsfrequenz, wie etwa für Frequenzen oberhalb 100 Hz, in einer Struktur, die effizient bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
2 ist eine schematische fragmentarische Schnittansicht durch die Achse 2-2 des Radarmoduls 12. Unter Bezugnahme auf 2 schließt das Radarmodul 12 eine Basisplatte 16 (ebenfalls in 1 gezeigt) mit einer Basisschicht 18 und einer Masseschicht 20 ein. In einem Beispiel ist die Basisschicht 18 eine Leiterplatte (printed circuit board (PCB)) mit Sendekapazität in mindestens dem Hochfrequenzbereich. Bezug nehmend auf 1 und 2 ist mindestens ein Signalgenerator 22 („mindestens einer“ wird im Folgenden weggelassen) konfiguriert, ein Eingangssignal I (siehe 1) bei einer ersten Frequenz zu erzeugen. Die Anzahl und Größe des Signalgenerators 22 kann basierend auf der vorliegenden Anwendung variiert werden. Unter Bezugnahme auf 2 kann der Signalgenerator 22 über ein leitfähiges Medium, wie etwa Lotkugeln 24, mit der Basisplatte 16 verbunden sein. Der Signalgenerator 22 kann ein integrierter frequenzmodulierter Einzelchip-Dauerstrich(frequency-modulated continuous-wave (FMCW))-Transceiver sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Signalgenerator 22 für einen Betrieb im Frequenzband von 76 GHz bis 81 GHz konfiguriert sein.
Bezug nehmend auf 1 und 2 schließt das Radarmodul 12 mindestens einen Sendeinterposer 26 und mindestens einen Empfangsinterposer 28 ein, der betriebsmäßig mit der Basisplatte 16 verbunden ist. Unter Bezugnahme auf 1 ist der Sendeinterposer 26 ist konfiguriert, ein Eingangssignal I von dem Signalgenerator 22 zu empfangen, und der Empfangsinterposer 28 ist konfiguriert, ein Ausgangssignal O zu dem Signalgenerator 22 zu senden. Der Sendeinterposer 26 ist konfiguriert, ein ausgehendes Radarsignal („OR“ in 1) abzustrahlen, das von einem Ziel reflektiert wird und als eingehendes Radarsignal zurückkehrt („IR“ in 1) zurückkehrt, das durch den Empfangsinterposer 28 erfasst wird. Das ausgehende Radarsignal OR kann eine linear ansteigende Frequenzänderung für eine kurze Dauer sein, die in einem spezifischen Muster wiederholt werden kann. Durch Trennen des Sendeinterposers 26 und des Empfangsinterposers 28 wird die elektromagnetische Kopplung minimiert, wodurch die Isolierung von Senden und Empfangen des Radarsystems 10 verbessert wird. Die Steuereinheit C kann konfiguriert sein, den Betrieb des Signalgenerators 22, des Sendeinterposers 26 und des Empfangsinterposers 28 zu steuern.
Bezug nehmend auf 1 und 2 schließt der Sendeinterposer 26 mindestens ein Sendefrontendmodul 30, das konfiguriert ist, das Eingangssignal I bei der ersten Frequenz auf ein ausgehendes Radarsignal OR bei einer zweiten Frequenz aufwärtszukonvertieren. Die zweite Frequenz kann ein Vielfaches der ersten Frequenz sein. In einem Beispiel liegt die erste Frequenz zwischen 20 GHz und 100 GHz, und die zweite Frequenz liegt zwischen 70 GHz und 300 GHz. In einem anderen Beispiel liegt die erste Frequenz zwischen 70 GHz und 80 GHz, und die zweite Frequenz liegt zwischen 210 GHz und 240 GHz. In einem anderen Beispiel beträgt die erste Frequenz ungefähr 77 GHz, und die zweite Frequenz beträgt ungefähr 234 GHz. Die zweite Frequenz kann um einen multiplikativen Faktor größer als die erste Frequenz sein.
Unter Bezugnahme auf 1 steht das Sendefrontendmodul 30 in Kommunikation mit einem Sendeantennenmodul 32 mit einer Vielzahl von Sendepatches 33, die konfiguriert sind, um das ausgehende Radarsignal OR abzustrahlen. In der gezeigten Ausführungsform gibt es zwei zusätzliche Sendefrontendmodule, die jeweils in Kommunikation mit einem jeweiligen Sendeantennenmodul stehen. Unter Bezugnahme auf 1 steht ein zweites Sendefrontendmodul 36 über eine zweite Zuleitung 40 in Kommunikation mit einem zweiten Sendeantennenmodul 38 mit einer jeweiligen Vielzahl von Sendepatches 39 (eines im Querschnitt in 2 gezeigt). Ein drittes Sendefrontendmodul 42 steht über eine dritte Zuleitung 46 in Kommunikation mit einem dritten Sendeantennenmodul 44 mit einer entsprechenden Vielzahl von Sendepatches 45. Wie unten beschrieben, sind die jeweiligen Sendeantennenmodule 32, 38, 44 konfiguriert, durch die jeweiligen Zuleitungen 34, 40, 46 angeregt zu werden. Die Anzahl von Sendefrontendmodulen und jeweiligen Sendepatches kann basierend auf der vorliegenden Anwendung variiert werden. In der in 1 gezeigten Ausführungsform trägt jedes der Frontendsendemodule 30, 36, 42 einen jeweiligen Signalübertragungskanal, wobei jeder der Kanäle auf einem einzelnen Sendeinterposer 26 angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 1 schließt der Empfangsinterposer 28 ein Empfangsfrontendmodul 50 in Kommunikation mit einem oder mehreren Empfangsantennenmodulen, wie etwa einem ersten Empfangsantennenmodul 52, einem zweiten Empfangsantennenmodul 56, einem dritten Empfangsantennenmodul 60 und einem vierten Empfangsantennenmodul 64, ein. Mit anderen Worten ist das Empfangsfrontendmodul 50 mit mehreren Empfangsantennenmodulen verbunden. Unter Bezugnahme auf 1 schließen das erste, zweite, dritte und vierte Empfangsantennenmodul 52, 56, 60, 64 eine jeweilige Vielzahl von Empfangspatches 53, 57, 61, 65, die konfiguriert sind, ein eingehendes Radarsignal IR bei der zweiten Frequenz zu erfassen. Die Anzahl von Empfangsantennenmodulen und Empfangspatches kann basierend auf der vorliegenden Anwendung variiert werden. In dem gezeigten Beispiel gibt es vier Empfangsantennenmodule mit jeweils vier Empfangspatches, die eine Gesamtheit von 16 Empfangskanälen bereitstellen. Eine andere Anzahl von Kanälen pro Empfangsinterposer kann gewählt werden, um die Ausbeute zu verbessern. In einem Beispiel ist das Empfangsfrontendmodul 50 konfiguriert, Energie bei oder oberhalb von 100 GHz zu empfangen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist das Empfangsfrontendmodul 50 konfiguriert, das eingehende Radarsignal IR bei der zweiten Frequenz in das Ausgangssignal O bei der ersten Frequenz abwärtszukonvertieren. Das erste, zweite, dritte und vierte Empfangsantennenmodul 52, 56 60, 64 sind über jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Zuleitungen 54, 58, 62 und 66 mit einem (nicht dargestellten) Eingangsanschluss des Empfangsfrontendmoduls 50 verbunden. Unter Bezugnahme auf 1 kann die Vielzahl von Empfangspatches 53, 57, 61, 65 in der Elevationsebene (X-Achse in 1) etwa eine halbe Wellenlänge voneinander beabstandet sein (der zweiten Frequenz), um einen Richtungselevationsstrahl zu erzeugen. Zur Skalierung beträgt die halbe Wellenlänge bei 234 GHz etwa 0,6 mm. Die Vielzahl von Empfangspatches 53, 57, 61, 65 kann etwa eine halbe Wellenlänge (der zweiten Frequenz) in der Azimutebene (Y-Achse in 1) beabstandet sein. Der Abstand kann gemäß der vorliegenden Anwendung variiert werden. Auf der Sendeseite können die Sendepatchelemente 33, 39, 45 weiter voneinander beabstandet sein als eine halbe Wellenlänge, um die Winkelauflösung zu erhöhen. Durch separate Sendefrontendmodule 30, 36, 42 für jeden Kanal kann der Abstand zwischen der Vielzahl von Sendepatches 33, 39, 45 modifiziert werden, ohne den Sendeinterposer 26 zu ändern.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der Sendeinterposer 26 ein Sendesubstrat 70, das mit einer Sendemasseschicht 72 koextensiv ist, und eine dielektrische Schicht 74, die der Sendemasseschicht 72 benachbart ist, einschließen. Das Sendesubstrat 70 kann aus einem Material mit ausreichender Glätte und Härte zusammengesetzt sein, das Schaltlogik mit relativ kleinen Merkmalen erlaubt, wie zum Beispiel weniger als 10 um, um mit relativ engen Toleranzen realisiert zu werden. In einem Beispiel besteht das Sendesubstrat 70 aus Silicium. In einem weiteren Beispiel besteht das Sendesubstrat 70 aus Keramik oder Glas. Die dielektrische Schicht 74 dient als Umverteilungsschicht, die es ermöglicht, dass die jeweiligen Sendeantennenmodule 32, 38, 44 durch die jeweiligen Zuleitungen 34, 40, 46 angeregt werden. In einem Beispiel besteht die dielektrische Schicht 74 aus einem Polymer, wie etwa Benzocyclobuten.
Unter Bezugnahme auf 2 definiert der Sendeinterposer 26 eine erste Seite 23 und eine gegenüberliegende zweite Seite 25. Die Vielzahl von Sendepatches 39 kann auf der ersten Seite 23 des Sendeinterposers 26 positioniert sein, und das zweite Sendefrontendmodul 36 (und die zweite Zuleitung 40) können auf der zweiten Seite 25 des Sendeinterposers 26 positioniert sein. Dies stellt einen Vorteil bereit, dass Wärme von dem Sendefrontendmodul 36 (und anderen Sendefrontendmodulen 36, 42) zu der Basisplatte 16 gezogen und an anderer Stelle abgeführt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Vielzahl von Verbindungen 78, einschließlich, aber nicht beschränkt auf leitende Säulen, Lotkugeln und Erhebungen, so konfiguriert, dass sie den Sendeinterposer 26 und die Basisplatte 16 betriebsmäßig verbinden. Die Vielzahl von Verbindungen 78 kann die Sendemasseschicht 72 und die Basismasseschicht 20 der Basisplatte 16 verbinden, wodurch ein Hohlraum 76 gebildet wird. Jedes der mehreren Sendepatches 33, 39, 45 von FIG. kann mit einer entsprechenden Öffnung gekoppelt sein. Unter Bezugnahme auf 2 schließt die Sendemasseschicht 72 eine Öffnung 80 ein, die mit einem jeweiligen der Vielzahl von Sendepatches gekoppelt ist, wie etwa das Patch 39 das in 2 gezeigt ist. Wenn die Öffnung 80 durch die zweite Zuleitung 40 angeregt wird, strahlt die Öffnung 80 sowohl in einer Vorwärtsrichtung D1 als auch in einer Rückwärtsrichtung D2 ab. Unter Bezugnahme auf 2 kann die Strahlung in der Rückwärtsrichtung D2 durch den Hohlraum 76 blockiert werden, der durch die Vielzahl von Verbindungen 78 gebildet wird. Unter Bezugnahme auf 2 kann das zweite Sendefrontendmodul 36 über leitfähige Kontakte 82 in Kommunikation mit der zweiten Zuleitung 40 stehen.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der Empfangsinterposer 28 ein Empfangssubstrat 84, eine Empfangsmasseschicht 86, die koextensiv mit dem Empfangssubstrat 84 ist, und eine dielektrische Schicht 88 einschließen, die zu der Empfangsmasseschicht 86 benachbart ist. Eine Vielzahl von Verbindungen 92 ist konfiguriert, das Empfangssubstrat 84 und die Basisplatte 16 betriebsmäßig zu verbinden. Unter Bezugnahme auf 2 kann die Vielzahl von Verbindungen 92 die Empfangsmasseschicht 86 und die Masseschicht 20 der Basisplatte 16 direkt verbinden, wodurch ein Hohlraum 90 gebildet wird. Jedes der Vielzahl von Empfangspatches 53, 57, 61, 65 von 1 kann mit einer entsprechenden Öffnung gekoppelt sein. Unter Bezugnahme auf 2 schließt die Empfangsmasseschicht 86 eine mit dem Empfangspatch 61 gekoppelte Apertur 94 ein. Unter Bezugnahme auf 2 steht das Empfangsfrontendmodul 50 über leitfähige Kontakte 96 in Kommunikation mit der dritten Zuleitung 62. Unter Bezugnahme auf 2 definiert der Empfangsinterposer 28 eine erste Seite 27 und eine gegenüberliegende zweite Seite 29. Die Vielzahl von Empfangspatches 53, 57, 61, 65 (siehe Empfangspatch 61 in 2) kann auf der ersten Seite 27 des Empfangsinterposers 28 positioniert sein, und das Empfangsfrontendmodul 50 (und die dritte Zuleitung 62) kann auf der zweiten Seite 29 positioniert sein. Dies stellt einen Vorteil bereit, dass Wärme von dem Empfangsfrontendmodul 50 (und anderen Frontendmodulen) zu der Basisplatte 16 gezogen und an anderer Stelle abgeführt werden kann.
In Bezug auf 3 ist ein schematisches Schaubild einer Beispielkonfiguration für ein Empfangsfrontendmodul 50 gezeigt, das in dem Radarmodul 12 einsetzbar ist. 4 ist ein schematisches Schaubild einer Beispielkonfiguration für ein Sendefrontendmodul 30, das in dem Radarmodul 12 von 1 einsetzbar ist. Es versteht sich, dass die hierin vorgestellten Beispiele nicht einschränkende Beispiele sind und alternative Konfigurationen verwendet werden können. Zusätzlich können das Sendefrontendmodul 30 und das Empfangsfrontendmodul 50 andere Schaltlogikelemente einschließen, die in 3 und 4 nicht gezeigt sind.
Unter Bezugnahme auf 3 ist das Empfangsfrontendmodul 50 konfiguriert, jeweilige eingehenden Radarsignale IR_A , IR_B , IR_C , IR_D aus der Vielzahl von Antennenmodulen 52, 56, 60, 64 zu empfangen. Das Empfangsfrontendmodul 50 ist konfiguriert, jeweilige Ausgangssignale O_A , O_B , O_C , O_D an den Signalgenerator 22 zu senden. Unter Bezugnahme auf 3 kann das Empfangsfrontendmodul 50 des Empfangsinterposers 28 einen zweiten Frequenzmischer 112, einen zweiten lokalen Oszillator 114 und ein zweites Filter 116 einschließen. Der zweite lokale Oszillator 114 ist konfiguriert, eine zweite lokale Frequenz (LO2) zu erzeugen. Der zweite Frequenzmischer 112 ist konfiguriert, eine Summenfrequenz (LO2 + F2) und eine Differenzfrequenz (LO2-F2) aus der zweiten lokalen Frequenz und der zweiten Frequenz des eingehenden Radarsignals zu erzeugen. Das zweite Filter 116 ist konfiguriert, mindestens eines von der Summenfrequenz und der Differenzfrequenz zu entfernen. Mehrere Mischer (nicht gezeigt) können mit einem lokalen Oszillator verwendet werden, um einen In-Phase/Quadratur(I/Q)-Demodulator zu erzeugen, sodas sich die lokalen Oszillatorsignale zu jedem Mischer in der Phase um 90 Grad unterscheiden.
Unter Bezugnahme auf 4 ist der Signalgenerator 22 konfiguriert, ein Eingangssignal I_A an das Sendefrontendmodul 30 zu liefern, das ein ausgehendes Radarsignal ORA an das Sendeantennenmodul 32 aussendet. Das zweite Frontendmodul 36 und das dritte Frontendmodul 42 sind nicht gezeigt und können ähnliche Komponenten einschließen. Ein Verstärker (nicht gezeigt) kann eingesetzt werden, um die Amplitude des Eingangssignals I_A zu verstärken. Unter Bezugnahme auf 4 kann das Sendefrontendmodul 30 des Sendeinterposers 26 einen ersten Frequenzmischer 102, einen ersten lokalen Oszillator 104 und ein erstes Filter 104 einschließen. Der erste lokale Oszillator 104 ist konfiguriert, eine erste lokale Frequenz (LO1) zu erzeugen. In einem Beispiel ist der erste Frequenzmischer 102 ein harmonischer Mischer, der konfiguriert ist, eine Summenfrequenz und eine Differenzfrequenz bei einem harmonischen Vielfachen von mindestens einer von der ersten lokalen Frequenz (LO1) und der ersten Frequenz (F1) des Eingangssignals I_A zu erzeugen. Ein erstes Filter 102 kann eingesetzt werden, um mindestens eine von der Summenfrequenz und der Differenzfrequenz zu entfernen. Andere Arten von elektrischer Schaltung können eingesetzt werden.
In Bezug auf 5 ist eine schematische Draufsicht eines anderen Beispielradarmoduls 212 gezeigt. Das Radarmodul 212 ist auf der Vorrichtung 14 von 1 montierbar. Das Radarmodul 212 schließt eine Vielzahl von Signalgeneratoren 222 ein, wie etwa einen ersten Signalgenerator 222A, einen zweiten Signalgenerator 222B, einen dritten Signalgenerator 222C und einen vierten Signalgenerator 222D, die betriebsmäßig mit einer Basisplatte 216 verbunden sind. Die Vielzahl von Signalgeneratoren 222 ist konfiguriert, ein jeweiliges Eingangssignal bei einer ersten Frequenz zu erzeugen. Das Einsetzen von mehreren synchronisierten Signalgeneratoren erhöht die Anzahl von Sende- und Empfangskanälen, wodurch die Winkelauflösung verbessert wird. Die Verbindung zwischen der Vielzahl von Signalgeneratoren 222 und der Basisplatte 216 kann mit den Lotkugeln 24, die in 2 gezeigt sind, oder andere dem Fachmann zur Verfügung stehende Befestigungsmechanismen hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 5 schließt das Radarmodul 212 eine Vielzahl von Sendeinterposern 226 ein (siehe Sendeinterposer 226A, 226B, 226C und 226D in 5), die betriebsmäßig mit der Basisplatte 216 verbunden und konfiguriert sind, jeweilige Eingangssignale von der Vielzahl von Signalgeneratoren 222 zu empfangen. Die Vielzahl von Sendeinterposern schließt jeweils jeweilige Sendefrontendmodule in Kommunikation mit jeweiligen Antennenmodulen ein. Die Vielzahl von Sendefrontendmodulen, wie etwa das Sendefrontendmodul 230A in 5, ist konfiguriert, das jeweilige Eingangssignal bei der ersten Frequenz auf ein jeweiliges ausgehendes Radarsignal bei einer zweiten Frequenz aufwärtszukonvertieren. Die kaskadierende Wirkung der mehreren Sendeinterposer 226A, 226B, 226C und 226D ermöglicht eine größere Winkelauflösung.
Unter Bezugnahme auf 5 steht das Sendefrontendmodul 230A über eine jeweilige Zuleitung 234A in Kommunikation mit einem jeweiligen Sendeantennenmodul 232A. Das jeweilige Sendeantennenmodul 232A schließt eine jeweilige Vielzahl von Sendepatches 233A ein, die konfiguriert sind, das ausgehende Radarsignal bei der zweiten Frequenz abzustrahlen. Die zweite Frequenz ist größer als die erste Frequenz. In einem Beispiel liegt die erste Frequenz zwischen 20 GHz und 100 GHz, und die zweite Frequenz liegt zwischen 70 GHz und 300 GHz. In einem weiteren Beispiel liegt die erste Frequenz zwischen 70 GHz und 80 GHz, während die zweite Frequenz zwischen 210 GHz und 240 GHz liegt. In einem anderen Beispiel beträgt die erste Frequenz ungefähr 77 GHz, und die zweite Frequenz beträgt ungefähr 234 GHz.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein einzelner Empfangsinterposer 228 betriebsmäßig mit der Basisplatte 216 verbunden und konfiguriert, jeweilige Ausgangssignale an die Vielzahl von Signalgeneratoren 222 zu senden, wie durch die Pfeile gezeigt ist. Der einzelne Empfangsinterposer 228 schließt eine Vielzahl von Empfangsfrontendmodulen 250A, 250B, 250C und 250D ein, die konfiguriert sind, die jeweiligen eingehenden Radarsignale bei der zweiten Frequenz in die jeweiligen Ausgangssignale bei der ersten Frequenz abwärtszukonvertieren. Wie in 5 gezeigt, steht jedes der Vielzahl von Empfangsfrontendmodulen 250A, 250B, 250C und 250D über eine jeweilige Zuleitung (wie etwa eine Zuleitung 254A) mit einer jeweiligen Vielzahl von Empfangspatches (wie etwa Empfangspatches 253A), die konfiguriert sind, jeweilige eingehende Radarsignale bei der zweiten Frequenz zu erfassen, in Kommunikation mit mehreren jeweiligen Empfangsantennenmodulen (wie etwa einem Empfangsantennenmodul 252A).
In der Zusammenfassung integriert das Radarsystem 10 einen oder mehrere Signalgeneratoren 22, 222, die bei einer niedrigeren Frequenz arbeiten, zusammen mit Frontendmodulen (Senden und Empfangen), die bei einer höheren Frequenz arbeiten, in einer Weise, die kostengünstige hohe Volumen der Fertigung eines Radars mit einer relativ hohe Frequenz ermöglichen, wie zum Beispiel einem Radar mit einer Betriebsfrequenz bei oder über 100 GHz. Dementsprechend verbessert das Radarsystem 10 das Funktionieren der Vorrichtung 14. Das Radarsystem 10 beseitigt Durchkontaktierungen von Interposern, was zu geringeren Fertigungskosten und größerer Effizienz führt. Das Radarsystem 10 stellt einen technischen Vorteil bereit, wenn die Betriebsfrequenz W Band (110 GHz) überschreitet, da die geforderten Toleranzen, um die entsprechende Radarsensorleistung zu erreichen, enger werden als das, was eine Basisplatte 16, 216 mit einer Hochfrequenz(HF)-Leiterplatte bereitstellen kann.
Die Steuereinheit C von 1 kann ein integraler Abschnitt oder ein separates Modul sein, das mit anderen Controllern der Vorrichtung 14 betriebsmäßig verbunden ist. Die Steuereinheit C schließt ein computerlesbares Medium (auch als ein prozessorlesbares Medium bezeichnet) ein, das ein nichttransitorisches (z. B. gegenständliches) Medium einschließt, das am Bereitstellen von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer (z. B. von einem Prozessor eines Computers) gelesen werden können. Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, die nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und andere persistente Speicher einschließen. Flüchtige Medien können zum Beispiel einen dynamischen Direktzugriffspeicher (DRAM) einschließen, der einen Hauptspeicher bilden kann. Solche Befehle können durch ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, einschließlich Koaxialkabeln, Kupferdraht und Glasfaserkabel, einschließlich der Drähte, die einen Systembus umfassen, der mit einem Prozessor eines Computers gekoppelt ist. Manche Formen von computerlesbaren Medien schließen zum Beispiel eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein anderes optisches Medium, Lochkarten, Papierband, andere physische Medien mit Lochmuster, einen RAM, einen PROM, einen EPROM, einen FLASH-EEPROM, andere Speicherchips oder Kassetten oder andere Medien, von denen ein Computer lesen kann, ein.
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datenablagen oder andere hierin beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zum Speichern, Zugreifen auf, und Abrufen verschiedener Arten von Daten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, einem Satz von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, einem relationalen Datenbankverwaltungssystem (relational database management system (RDBMS)) usw. einschließen. Jeder derartige Datenspeicher kann in einer Rechenvorrichtung eingeschlossen sein, die ein Computerbetriebssystem wie etwa eines der oben genannten verwendet und auf die über ein Netzwerk in einer oder mehreren von einer Vielfalt von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann von einem Computerbetriebssystem zugänglich sein und kann Dateien einschließen, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann die Structured Query Language (SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erzeugen, Speichern, Editieren und Ausführen gespeicherter Prozeduren verwenden, wie etwa der oben erwähnten PL/SQL Sprache.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder FIG. sind unterstützend und beschreibend für die Offenbarung, aber der Schutzumfang der Offenbarung ist allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Weisen und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben worden sind, sind verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung vorhanden. Des Weiteren sind die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen oder die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Eigenschaften verschiedener Ausführungsformen nicht notwendigerweise als voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jede der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Eigenschaften mit einer oder einer Vielzahl von anderen Eigenschaften aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was zu anderen Ausführungsformen führt, die nicht in Wörtern oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche.

Claims

Radarsystem, umfassend: einer Basisplatte; mindestens einen Signalgenerator, der betriebsmäßig mit der Basisplatte verbunden und konfiguriert ist, ein Eingangssignal bei einer ersten Frequenz zu erzeugen; mindestens ein Sendeinterposer, der betriebsmäßig mit der Basisplatte verbunden und konfiguriert ist, das Eingangssignal von dem zumindest einen Signalgenerator zu empfangen, wobei der mindestens eine Sendeinterposer Folgendes einschließt: ein Sendefrontendmodul, das konfiguriert ist, das Eingangssignal bei der ersten Frequenz auf ein ausgehendes Radarsignal bei einer zweiten Frequenz aufwärtszukonvertieren, wobei die zweite Frequenz größer als die erste Frequenz ist; und ein Sendeantennenmodul mit einer Vielzahl von Sendepatches, die konfiguriert sind, das ausgehende Radarsignal abzustrahlen; mindestens ein Empfangsinterposer, der betriebsmäßig mit der Basisplatte verbunden und konfiguriert ist, das Ausgangssignal an den mindestens einen Signalgenerator zu senden, wobei der mindestens eine Empfangsinterposer Folgendes einschließt: ein Empfangsantennenmodul mit einer Vielzahl von Empfangspatches, die konfiguriert sind, ein eingehendes Radarsignal bei der zweiten Frequenz zu erfassen; und ein Empfangsfrontendmodul, das konfiguriert ist, das eingehende Radarsignal bei der zweiten Frequenz in das Ausgangssignal bei der ersten Frequenz abwärtszukonvertieren.
System nach Anspruch 1, wobei: die erste Frequenz zwischen 20 GHz und 100 GHz liegt und die zweite Frequenz zwischen 60 GHz und 300 GHz liegt.
System nach Anspruch 1, wobei: die erste Frequenz zwischen 70 GHz und 80 GHz liegt und die zweite Frequenz zwischen 210 GHz und 240 GHz liegt; und die zweite Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Sendefrontendmodul Folgendes einschließt: einen ersten lokalen Oszillator, der konfiguriert ist, eine erste lokale Frequenz zu erzeugen; einen ersten Frequenzmischer, der konfiguriert ist, eine Summenfrequenz und eine Differenzfrequenz der ersten lokalen Frequenz und der ersten Frequenz des Eingangssignals zu erzeugen; und ein erstes Filter, das konfiguriert ist, mindestens eines der Summenfrequenz und der Differenzfrequenz zu entfernen.
System nach Anspruch 1, wobei das Empfangsfrontendmodul Folgendes einschließt: einen zweiten lokalen Oszillator, der konfiguriert ist, eine zweite lokale Frequenz zu erzeugen; einen zweiten Frequenzmischer, der konfiguriert ist, eine Summenfrequenz und eine Differenzfrequenz aus der zweiten lokalen Frequenz und der zweiten Frequenz des eingehenden Radarsignals zu erzeugen; und ein zweites Filter, das konfiguriert ist, mindestens eines der Summenfrequenz und der Differenzfrequenz zu entfernen.
System nach Anspruch 1, wobei: die Basisplatte eine Basisschicht einschließt, die konfiguriert ist, eine Sendekapazität in mindestens einem Hochfrequenzbereich aufzuweisen, und eine Basismasseschicht, die mit der Basisschicht koextensiv ist, und der mindestens eine Sendeinterposer ein Sendesubstrat und eine Sendemasseschicht, die mit dem Sendesubstrat koextensiv ist, eine dielektrische Schicht benachbart zu der Sendemasseschicht und eine Zuleitung benachbart zu der dielektrischen Schicht einschließt.
System nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Vielzahl von Verbindungen, die konfiguriert sind, den mindestens einen Sendeinterposer und die Basisplatte betriebsmäßig zu verbinden, wobei der mindestens eine Sendeinterposer eine erste Seite und eine zweite Seite definiert; und wobei die Vielzahl von Sendepatches des Sendeantennenmoduls auf der ersten Seite des mindestens einen Sendeinterposers positioniert sind und das Sendefrontendmodul auf der zweiten Seite des mindestens einen Sendeinterposers positioniert ist; wobei die Sendemasseschicht eine jeweilige Öffnung einschließt, die mit einem jeweiligen der Vielzahl von Sendepatches gekoppelt ist.
System nach Anspruch 6, wobei: der mindestens eine Signalgenerator zwischen dem mindestens einen Sendeinterposer und dem mindestens einen Empfangsinterposer positioniert ist; und die Vielzahl von Verbindungen konfiguriert ist, die Sendemasseschicht und die Basismasseschicht direkt zu verbinden.
System nach Anspruch 1, wobei: der mindestens eine Empfangsinterposer ein Empfangssubstrat und eine Empfangsmasseschicht, die mit dem Empfangssubstrat koextensiv ist, eine dielektrische Schicht benachbart zu der Empfangsmasseschicht einschließt, wobei der mindestens eine Empfangsinterposer eine erste Seite und eine zweite Seite definiert; die Vielzahl von Empfangspatches des Empfangsantennenmoduls auf der ersten Seite des mindestens einen Empfangsinterposers positioniert sind und das Empfangsfrontendmodul auf der zweiten Seite des mindestens einen Empfangsinterposers positioniert ist; und die Empfangsmasseschicht eine jeweilige Öffnung einschließt, die mit einem jeweiligen der Vielzahl von Empfangspatches gekoppelt ist.
Verfahren zum Steuern eines Radarsystems mit einer Basisplatte, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: betriebsmäßiges Verbinden mindestens eines Signalgenerators mit der Basisplatte und Konfigurieren des mindestens einen Signalgenerators, um ein Eingangssignal bei einer ersten Frequenz zu erzeugen; betriebsmäßiges Verbinden mindestens eines Sendeinterposers mit der Basisplatte und Konfigurieren des mindestens einen Sendeinterposers, um das Eingangssignal von dem mindestens einen Signalgenerator zu empfangen; Bereitstellen mindestens eines Sendeinterposers mit einem Sendefrontendmodul, das konfiguriert ist, das Eingangssignal bei der ersten Frequenz in ein ausgehendes Radarsignal bei einer zweiten Frequenz aufwärtszukonvertieren, wobei die zweite Frequenz größer ist als die erste Frequenz; Bereitstellen des mindestens einen Sendeinterposers mit einem Sendeantennenmodul, das eine Vielzahl von Sendepatches aufweist, die konfiguriert sind, das ausgehende Radarsignal abzustrahlen; betriebsmäßiges Verbinden mindestens eines Empfangsinterposers mit der Basisplatte und Konfigurieren des mindestens einen Empfangsinterposers, um ein Ausgangssignal an den Signalgenerator zu senden; Bereitstellen dem mindestens einen Empfangsinterposer ein Empfangsantennenmodul mit einer Vielzahl von Empfangspatches, die konfiguriert sind, ein eingehendes Radarsignal bei der zweiten Frequenz zu erfassen; und Bereitstellen dem mindestens einen Empfangsinterposer ein Empfangsfrontendmodul, das konfiguriert ist, das eingehende Radarsignal bei der zweiten Frequenz auf das Ausgangssignal bei der ersten Frequenz abwärtszukonvertieren.