DE102019217804B4

DE102019217804B4 - Method for operating a MIMO radar system and a radar system designed for it

Info

Publication number: DE102019217804B4
Application number: DE102019217804.9A
Authority: DE
Inventors: Sven Thomas; Andries Küter; Christian Krebs; Nils POHL
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2039-11-20
Also published as: DE102019217804A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines MIMO-Radarsystems mit mehreren Sende- und Empfangskanälen, bei dem jeder Empfangskanal eine Mischeinrichtung aufweist, mit der ein Radar-Empfangssignal in ein Basisband heruntermischbar ist,wobei in der Mischeinrichtung zwischen einem Signaleingang für das Radar-Empfangssignal und einem Signalausgang mehrere hintereinander geschaltete Mischer (4, 5) eingesetzt werden und jedem der Mischer (4, 5) ein LO-Signal mit einer Frequenz zugeführt wird, die geringer als eine Sendefrequenz des Radarsystems ist, und wobei die Frequenzen der zugeführten LO-Signale in Summe die Sendefrequenz ergeben,dadurch gekennzeichnet,dass in der Mischeinrichtung zwei hintereinander geschaltete Mischer (4, 5) eingesetzt werden und jedem der Mischer (4, 5) ein LO-Signal mit der halben Sendefrequenz zugeführt wird.Method for operating a MIMO radar system with several transmission and reception channels, in which each reception channel has a mixer with which a radar reception signal can be mixed down to a baseband, with several in the mixer between a signal input for the radar reception signal and a signal output series-connected mixers (4, 5) are used and each of the mixers (4, 5) is supplied with a LO signal at a frequency that is lower than a transmission frequency of the radar system, and the frequencies of the supplied LO signals in total the Resulting transmission frequency, characterized in that two mixers (4, 5) connected in series are used in the mixing device and a LO signal with half the transmission frequency is fed to each of the mixers (4, 5).

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical field of application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines MIMO-Radarsystems (MIMO: Multiple Input Multiple Output) mit mehreren Sende- und Empfangskanälen, bei dem in jedem Empfangskanal eine Mischeinrichtung eingesetzt wird, mit der ein Radar-Empfangssignal in ein Basisband heruntermischbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein MIMO-Radarsystem, das für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.The present invention relates to a method for operating a MIMO radar system (MIMO: Multiple Input Multiple Output) with several transmission and reception channels, in which a mixer is used in each reception channel with which a radar reception signal can be mixed down to a baseband. The invention also relates to a MIMO radar system which is designed to carry out the method.

Das Grundprinzip eines MIMO-Radarsystems ist die Verwendung von mehreren Sende- und Empfangskanälen. Dabei ist jeweils nur ein Sendekanal zur selben Zeit aktiv, während alle Empfangskanäle gleichzeitig empfangen. Aus den einzelnen Empfangssignalen kann anschließend mittels Signalverarbeitung ein virtuelles größeres Antennenarray errechnet werden. Entscheidend ist dabei, dass jedem Empfangssignal genau ein Sendesignal zugrunde liegt. Während ein Sendekanal aktiv ist, darf also zur selben Zeit an anderer Stelle kein Signal im betreffenden Frequenzbereich abgestrahlt werden.The basic principle of a MIMO radar system is the use of several transmit and receive channels. Only one transmission channel is active at the same time, while all reception channels receive at the same time. A larger, virtual antenna array can then be calculated from the individual received signals by means of signal processing. It is crucial that every received signal is based on exactly one transmitted signal. While a transmission channel is active, no signal in the relevant frequency range may be transmitted elsewhere at the same time.

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines beispielhaften, monostatischen Sende- und Empfangskanals für den FMCW-Betrieb in einem MIMO-Radarsystem gemäß dem Stand der Technik. Das Sendesignal (TX-Signal) wird über einen Richtkoppler 1 der Antenne 2 zugeführt. Das Sendesignal ist vom Empfangsmischer 3 isoliert. Das mit der gleichen Antenne 2 empfangene Empfangssignal wird diesem Empfangsmischer 3 über den Richtkoppler 1 zugeführt, wo es mit Hilfe des LO-Signals (Lokaloszillator-Signal) ins Basisband heruntergemischt wird. Das LO-Signal entspricht dabei dem TX-Signal, weist also die gleiche Frequenz f_LO = f_TX auf. Um für den MIMO-Betrieb den betreffenden Kanal lediglich als Empfänger zu nutzen, wird das Sendesignal während dieser Zeit ausgeschaltet, so dass ausschließlich das LO-Signal für den Empfangsmischer 3 aktiv bleibt und der Kanal somit als Empfänger arbeitet. 1 shows a schematic structure of an exemplary, monostatic transmit and receive channel for FMCW operation in a MIMO radar system according to the prior art. The transmission signal (TX signal) is sent via a directional coupler 1 the antenna 2 fed. The transmit signal is from the receive mixer 3 isolated. That with the same antenna 2 received received signal is this receiving mixer 3 via the directional coupler 1 where it is mixed down to baseband with the help of the LO signal (local oscillator signal). The LO signal corresponds to the TX signal, so it has the same frequency f _LO = f _TX . In order to only use the channel concerned as a receiver for MIMO operation, the transmit signal is switched off during this time, so that only the LO signal for the receive mixer 3 remains active and the channel thus works as a receiver.

Zentrales Problem in dieser Konfiguration ist jedoch ein unvermeidbares Übersprechen vom LO-Eingang des Empfangsmischers auf den Empfangseingang (RF-Eingang). Der Weg dieses parasitären Signals ist durch die gestrichelten Pfeile in 1 angedeutet. Die Stärke dieses Übersprechens hängt von der LO-RF-Isolation des Mischers ab, welche die Dämpfung des LO-Signals am Empfangseingang (RF-Eingang) des Mischers 3 angibt. Diese LO-RF-Isolation lässt sich zwar durch verschiedene Maßnahmen und Mischerarchitekturen beeinflussen, nicht jedoch vollständig vermeiden. Durch die endliche LO-RF-Isolation wird auch im Empfangsbetrieb des Kanals bei nicht vorhandenem Sendesignal ein parasitäres LO-Signal abgestrahlt, welches dem TX-Signal entspricht, also im Nutzfrequenzbereich des Radarsystems liegt. Somit existieren im MIMO-Betrieb mit n-Kanälen neben dem aktiven Sendesignal n-1 weitere parasitär abstrahlende gedämpfte Kanäle. Diese parasitär abgestrahlten Signale führen in der MIMO-Signalverarbeitung zu unerwünschten Artefakten oder können eine korrekte Signalauswertung auch unmöglich machen, da die einzelnen Sender nicht mehr klar voneinander getrennt werden können bzw. bei einem empfangenen Signal nicht mehr zwischen einer schwachen Reflexion des gewollten Sendesignals und einer starken Reflexion eines parasitären Sendesignals unterschieden werden kann.The main problem in this configuration, however, is an unavoidable crosstalk from the LO input of the receiving mixer to the receiving input (RF input). The path of this parasitic signal is indicated by the dashed arrows in 1 indicated. The strength of this crosstalk depends on the LO-RF isolation of the mixer, which is the attenuation of the LO signal at the reception input (RF input) of the mixer 3 indicates. Although this LO-RF isolation can be influenced by various measures and mixer architectures, it cannot be completely avoided. Due to the finite LO-RF isolation, a parasitic LO signal that corresponds to the TX signal, that is to say is in the useful frequency range of the radar system, is emitted even when the channel is in reception mode when the transmit signal is not present. Thus, in MIMO mode with n channels, in addition to the active transmit signal n-1, there are further parasitically radiating attenuated channels. These parasitically radiated signals lead to undesired artifacts in MIMO signal processing or can also make correct signal evaluation impossible because the individual transmitters can no longer be clearly separated from one another or, in the case of a received signal, no longer between a weak reflection of the intended transmission signal and a strong reflection of a parasitic transmission signal can be distinguished.

Um dieses Problem zu umgehen muss sichergestellt werden, dass das parasitäre Signal, das durch das LO-Signal verursacht wird und über den Empfangseingang des Mischers zur Antenne gelangen kann, auf dem Weg zur Antenne unterdrückt wird. Bei MIMO-Radarsystemen des Standes der Technik wird dies durch die Nutzung eines Low Noise Amplifiers (LNA) vor dem Empfangseingang des Empfangsmischers erreicht. Da LNAs naturgemäß eine sehr hohe Rückwärtsisolation vom Ausgang zum Eingang haben, stellen diese eine geeignete Methode dar, das parasitäre LO-Signal zu blockieren und eine Abstrahlung dessen zu verhindern. Da in den meisten Fällen ohnehin ein LNA zur Verstärkung des Empfangssignals vorgesehen ist, wird diese Lösung für viele Systeme bereits inhärent umgesetzt.To avoid this problem, it must be ensured that the parasitic signal, which is caused by the LO signal and can reach the antenna via the receiving input of the mixer, is suppressed on the way to the antenna. In the case of MIMO radar systems of the prior art, this is achieved by using a low noise amplifier (LNA) in front of the reception input of the reception mixer. Since LNAs naturally have a very high level of reverse isolation from the output to the input, they are a suitable method for blocking the parasitic LO signal and preventing it from being radiated. Since in most cases an LNA is provided to amplify the received signal anyway, this solution is already implemented inherently for many systems.

Allerdings ergeben sich mit dieser Lösung bei Erschließung immer höherer Frequenzen durch moderne Radarsensoren Probleme. Moderne SiGe-Technologien ermöglichen Betriebsfrequenzen bis über 300 GHz auch für komplexe, mehrkanalige MIMO-Systeme. In diesen Frequenzbereichen ist zwar eine Signalgenerierung durch verschiedene Schaltungskonzepte möglich, jedoch werden bei diesen hohen Frequenzen an der Grenze der verfügbaren Technologien keine nennenswerten Verstärkungsfaktoren mehr erreicht. Es ist daher keine Verstärkung mehr möglich und es wird lediglich eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Dämpfung durch einen LNA erreicht. Dies widerspricht der Verwendung von LNAs im Empfangspfad, da diese zwar weiterhin als Isolator für das LO-RF-Übersprechen wirken, jedoch durch die zusätzlich eingebrachte Dämpfung negative Auswirkungen auf das Signal-Rausch-Verhältnis sowie die Rauschzahl des Empfängers haben. Ohne Einschränkungen hinsichtlich Signal-Rausch-Verhältnis und Rauschzahl ist daher bei Nutzung hoher Frequenzen nahe der technologischen Grenzen derzeit keine Lösung vorhanden, die parasitäre Abstrahlung des Empfangsmischers im Nutzfrequenzbereich zu unterbinden.However, with this solution, problems arise with the development of ever higher frequencies by modern radar sensors. Modern SiGe technologies enable operating frequencies of over 300 GHz, even for complex, multi-channel MIMO systems. In these frequency ranges, signals can be generated using various circuit concepts, but at these high frequencies at the limit of the available technologies, no significant gain factors are achieved. Amplification is therefore no longer possible and only a more or less pronounced attenuation is achieved by means of an LNA. This contradicts the use of LNAs in the receiving path, as they still act as an isolator for the LO-RF crosstalk, but have negative effects on the signal-to-noise ratio and the receiver's noise figure due to the additional attenuation. Without restrictions with regard to the signal-to-noise ratio and noise figure, there is currently no solution available to prevent the parasitic radiation of the receiver mixer in the useful frequency range when using high frequencies close to the technological limits.

Aus der US 2005/0227660 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines MIMO-Radarsystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt.From the US 2005/0227660 A1 is a method for operating a MIMO radar system according to the preamble of the patent claim 1 known.

Die DE 10 2017 208 904 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung von IQ-Signalen, bei denen ein Referenzsignal mit einem Frequenzverdoppler zunächst in der Frequenz verdoppelt und anschließend einem als Teiler betriebenen Master-Slave-Flipflop zugeführt wird, um einen I-Anteil und einen Q-anteil des Referenzsignals zu erhalten.the DE 10 2017 208 904 A1 describes a method and an arrangement for generating IQ signals in which a reference signal is first doubled in frequency with a frequency doubler and then fed to a master-slave flip-flop operated as a divider to generate an I component and a Q component of the To obtain reference signal.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines MIMO-Radarsystems sowie ein dafür ausgebildetes Radarsystem anzugeben, die die unerwünschte Abstrahlung eines parasitären LO-Signals im Nutzfrequenzbereich auch bei einem Betrieb des Radarsystems mit sehr hohen Frequenzen > 200 GHz ermöglichen, ohne negative Auswirkungen auf das Signal-Rausch-Verhältnis sowie die Rauschzahl des Empfängers zu verursachen.The object of the present invention is to provide a method for operating a MIMO radar system and a radar system designed for this, which enable the undesired emission of a parasitic LO signal in the useful frequency range even when the radar system is operated at very high frequencies> 200 GHz without cause negative effects on the signal-to-noise ratio and the noise figure of the receiver.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und dem Radarsystem gemäß den Ansprüchen 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Radarsystems sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.The object is achieved with the method and the radar system according to claims 1 and 4. Advantageous configurations of the method and of the radar system are the subject matter of the dependent claims or can be found in the following description and in the exemplary embodiment.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betrieb eines MIMO-Radarsystems mit mehreren Sende- und Empfangskanälen wird in bekannter Weise in jedem Empfangskanal eine Mischeinrichtung eingesetzt, mit der ein Radar-Empfangssignal in ein Basisband heruntermischbar ist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mischeinrichtung eingesetzt wird, die zwischen dem Signaleingang für das Radar-Empfangssignal und einem Signalausgang für das heruntergemischte Signal zwei hintereinander geschaltete Mischer aufweist, die jeweils mit einem LO-Signal zur Mischung gespeist werden, das die halbe Sendefrequenz des MIMO-Radarsystems aufweist.In the proposed method for operating a MIMO radar system with a plurality of transmission and reception channels, a mixer is used in a known manner in each reception channel, with which a radar reception signal can be mixed down to a baseband. The method is characterized in that a mixer is used which has two mixers connected in series between the signal input for the radar received signal and a signal output for the downmixed signal, each of which is fed with a LO signal for mixing, which is half Having the transmission frequency of the MIMO radar system.

Durch diese Nutzung einer Mischeinrichtung, die mehrere aufeinander folgende, bezüglich der Sendefrequenz subharmonische Empfangsmischer aufweist, führt ein Übersprechen der eingesetzten LO-Signale vom LO-Eingang zum Empfangseingang der Mischeinrichtung zur Abstrahlung von Signalen, deren Frequenz von der Sendefrequenz abweicht. Damit findet keine Abstrahlung im Nutzfrequenzbereich der Sendefrequenz mehr statt, so dass der MIMO-Betrieb dadurch nicht mehr beeinträchtigt wird. Im Gegensatz zu der bekannten Lösung, bei der die parasitäre Abstrahlung durch die Rückwärtsisolation eines LNA lediglich um einen endlichen Wert gedämpft wird, wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren eine parasitäre Abstrahlung im Nutzfrequenzbereich systematisch unterbunden. Da Mischer auch bei hohen Frequenzen nahe der technologischen Grenzen vergleichsweise gut beherrschbar sind, ist das vorgeschlagene Verfahren bezüglich Signal-Rausch-Verhältnis und Rauschzahl einem LNA ohne Verstärkung bzw. mit Dämpfung als Isolator überlegen.Through this use of a mixing device, which has several successive receiving mixers that are subharmonic with respect to the transmission frequency, crosstalk of the LO signals used from the LO input to the receiving input of the mixing device leads to the emission of signals whose frequency deviates from the transmission frequency. This means that there is no longer any radiation in the usable frequency range of the transmission frequency, so that MIMO operation is no longer impaired. In contrast to the known solution, in which the parasitic radiation is only attenuated by a finite value through the backward isolation of an LNA, the proposed method systematically suppresses parasitic radiation in the useful frequency range. Since mixers can be controlled comparatively well even at high frequencies close to the technological limits, the proposed method is superior to an LNA without amplification or with attenuation as an isolator with regard to the signal-to-noise ratio and noise figure.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden in der Mischeinrichtung zwei hintereinander geschaltete Mischer eingesetzt, die jeweils mit einem LO-Signal bei der halben Sendefrequenz f_LO = ½ f_TX gespeist werden. Wird in der ersten Mischerstufe bzw. dem eingangsseitig ersten Mischer aufgrund der hohen Frequenzen kaum noch eine Konversionsverstärkung erreicht, kann diese in der zweiten Mischerstufe, d.h. dem ausgangsseitigen Mischer, welche nur bei der halben Frequenz betrieben wird, kompensiert werden, so dass gegenüber einer einfachen, harmonischen Mischerstruktur in der Regel keine Nachteile zu erwarten sind.In the proposed method, two mixers connected in series are used in the mixing device, each of which is fed with a LO signal at half the transmission frequency f _LO = ½ f _TX . If a conversion gain is hardly achieved in the first mixer stage or the first mixer on the input side due to the high frequencies, this can be compensated in the second mixer stage, ie the mixer on the output side, which is only operated at half the frequency, so that compared to a simple , harmonic mixer structure usually no disadvantages are to be expected.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens werden die Antennen für den Empfang und gegebenenfalls die Aussendung der Radarsignale so ausgebildet, dass sie ein bandbegrenztes Abstrahlverhalten zeigen, bei dem eine Abstrahlung bei den Frequenzen der eingesetzten LO-Signale vermieden wird. Aufgrund der Nutzung von LO-Signalen bei der halben Sendefrequenz wird die Antenne dann so ausgestaltet, dass sie bei der halben Designfrequenz f_ANT/2 = f_TX/2 keine Abstrahlung zulässt.In an advantageous embodiment of the proposed method, the antennas for receiving and possibly transmitting the radar signals are designed so that they exhibit a band-limited radiation behavior in which radiation at the frequencies of the LO signals used is avoided. Due to the use of LO signals at half the transmission frequency, the antenna is then designed in such a way that it does not allow any radiation _{at half the design frequency f ANT / 2} = f _{TX / 2.}

Das vorgeschlagene MIMO-Radarsystem weist mehrere Sende- und Empfangskanäle auf, die jeweils wenigstens eine Antenne zum Empfang und zur Abstrahlung von Radarsignalen aufweisen, einen Signalgenerator mit Oszillator, insbesondere einem VCO, zur Generierung von Radar-Sendesignalen mit der gewünschten Sendefrequenz, der ggf. auch einen oder mehrere Frequenzverdoppler aufweisen kann, sowie eine geeignete Teilungsstruktur aus Frequenz- und/oder Leistungsteilern zur Generierung der LO-Signale aus den Signalen innerhalb oder außerhalb des Signalgenerators. In einer alternativen Ausgestaltung erzeugt die Teilungsstruktur aus den Signalen innerhalb oder außerhalb des Signalgenerators Signale, aus denen die LO-Signale anschließend durch separate Frequenzvervielfachung, bspw. wiederum mittels einem oder mehreren Frequenzverdopplern, generiert werden. Das Radarsystem weist in bekannter Weise auch eine Signalverarbeitungseinheit zur Signalverarbeitung der ins Basisband heruntergemischten Empfangssignale auf. Die Empfangskanäle weisen entsprechend dem Verfahren eine Mischeinrichtung aus zwei hintereinander geschalteten Mischern auf, die mit LO-Signalen der halben Sendefrequenz gespeist werden. Das Radarsystem kann in bekannter Weise u.a. auch noch Verstärker, Bandpassfilter und Analog-Digital-Wandler vor der Signalverarbeitungseinheit umfassen.The proposed MIMO radar system has several transmission and reception channels, each of which has at least one antenna for receiving and emitting radar signals, a signal generator with an oscillator, in particular a VCO, for generating radar transmission signals with the desired transmission frequency, which may be can also have one or more frequency doublers, as well as a suitable division structure of frequency and / or power dividers for generating the LO signals from the signals inside or outside the signal generator. In an alternative embodiment, the dividing structure generates signals from the signals inside or outside the signal generator, from which the LO signals are then generated by separate frequency multiplication, for example again by means of one or more frequency doublers. In a known manner, the radar system also has a signal processing unit for signal processing of the received signals mixed down into the baseband. The receiving channels show accordingly the method a mixing device consisting of two mixers connected in series, which are fed with LO signals of half the transmission frequency. In a known manner, the radar system can also include amplifiers, bandpass filters and analog-digital converters in front of the signal processing unit.

Das MIMO-Radarsystem kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren sowohl als monostatisches als auch als bistatisches Radarsystem ausgebildet werden. Bei Ausgestaltung als monostatisches Radarsystem ist dann auf dem Signalweg zwischen Signalgenerator und Antenne bzw. zwischen Antenne und Mischeinrichtung ein Richtungskoppler angeordnet, der die korrekte Signalführung vom Signalgenerator zur Antenne für die Sendesignale und von der Antenne zur Mischeinrichtung für die Empfangssignale sicherstellt.In the proposed method, the MIMO radar system can be designed both as a monostatic and as a bistatic radar system. When configured as a monostatic radar system, a directional coupler is arranged on the signal path between signal generator and antenna or between antenna and mixer, which ensures correct signal routing from the signal generator to the antenna for the transmitted signals and from the antenna to the mixer for the received signals.

Durch die beim vorgeschlagenen Verfahren und dem zugehörigen Radarsystem eingesetzte subharmonische, mehrstufige Empfangsmischerstruktur wird die parasitäre Abstrahlung im Nutzfrequenzband, verursacht durch eine begrenzte LO-RF-Isolation der Mischeinrichtung wirksam verhindert. Dadurch werden Störungen, die eine Signalverarbeitung im MIMO-Betrieb erschweren oder unmöglich machen, vermieden. Das Verfahren und das zugehörige Radarsystem lassen sich besonders vorteilhaft im hochfrequenten Bereich einsetzen, d.h. bei hochfrequenten MIMO-Radarsystemen mit Sendefrequenzen > 200 GHz, insbesondere in Verbindung mit auf SiGe oder III-V Halbleitertechnologien basierenden MMICs oder Systemen in Hohlleitertechnik.The subharmonic, multi-stage receiving mixer structure used in the proposed method and the associated radar system effectively prevents the parasitic radiation in the useful frequency band, caused by a limited LO-RF isolation of the mixing device. This avoids disturbances that make signal processing in MIMO mode difficult or impossible. The method and the associated radar system can be used particularly advantageously in the high-frequency range, i.e. with high-frequency MIMO radar systems with transmission frequencies> 200 GHz, in particular in connection with MMICs based on SiGe or III-V semiconductor technologies or systems in waveguide technology.

FigurenlisteFigure list

Das vorgeschlagene Verfahren und das zugehörige Radarsystem werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines beispielhaften monostatischen Sende- und Empfangskanals eines MIMO-Radarsystems der Standes der Technik; und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Empfangsmischerstruktur in einem Sende- und Empfangskanal gemäß der vorliegenden Erfindung.

The proposed method and the associated radar system are explained again below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. Here show:

1 a schematic representation of the structure of an exemplary monostatic transmission and reception channel of a MIMO radar system of the prior art; and
2 a schematic representation of an embodiment of the receiving mixer structure in a transmitting and receiving channel according to the present invention.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

Die Problematik des Übersprechens des LO-Signals beim üblichen Aufbau eines Sende- und Empfangskanals eines MIMO-Radarsystems des Standes der Technik wurde in der Beschreibungseinleitung bereits in Verbindung mit 1 erläutert. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren und dem zugehörigen Radarsystem wurde dieses Problem durch eine Empfangsmischerstruktur bzw. Mischeinrichtung gelöst, wie sie beispielhaft in 2 dargestellt ist. Auf diese Weise lassen sich die Empfangskanäle ohne LNAs oder Isolatoren ausbilden und auch bei hohen Frequenzen > 200GHz ohne parasitäre Abstrahlungen im Nutzfrequenzbereich betreiben. 2 zeigt hierzu den schematischen Aufbau eines beispielhaften, monostatischen Sende- und Empfangskanals eines MIMO-Radarsystems für den FMCW-Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Sendesignal (TX-Signal) mit der Frequenz f_TX wird wie bei der 1 über einen Richtkoppler 1 der Antenne 2 zugeführt und durch die Antenne ausgestrahlt. Das von der Antenne 2 empfangene Empfangssignal wird über den Richtkoppler 1 der Mischeinrichtung zugeführt, die aus zwei aufeinander folgenden Empfangsmischern, erster Mischer 4 und zweiter Mischer 5, gebildet ist. Als LO-Signal wird ein Signal der halben Frequenz f_LO = ½ f_TX des Sendesignals (TX-Signal) verwendet. Aufgrund der beim Betrieb derartiger Radarsysteme mit hohen Frequenzen häufig anzutreffenden Signalerzeugung durch Frequenzverdoppler stehen diese Signale mit der halben Sendefrequenz bei vielen Systemen ohnehin im Radarsystem zur Verfügung. Dieses LO-Signal wird durch einen Leistungsteiler 5, im vorliegenden Beispiel einen differenziellen Wilkinson-Teiler, auf zwei LO-Signale aufgeteilt, welche jeweils einen Mischer 4, 5 treiben. Somit wird das Empfangssignal bei der doppelten Frequenz f_TX zunächst durch den ersten Mischer 4 auf eine Zwischenfrequenz f_IF1 heruntergemischt, um anschließend durch den zweiter Mischer 5, welcher in diesem Fall harmonisch betrieben wird, dieses Zwischenfrequenzsignal f_IF1 ins Basisband f_IF2 herunterzumischen. Seitens des Empfangssignals wird damit derselbe Effekt erzielt wie bei der konventionellen Bauweise der Mischeinrichtung gemäß 1. Der wesentliche Unterschied besteht jedoch darin, dass das Übersprechen vom LO-Eingang der Mischeinrichtung zum RF-Eingang des ersten Mischers 4 bei der halben Nutzfrequenz f_Lo = ½ f_TX stattfindet und somit keine Abstrahlung im Nutzfrequenzbereich um f_TX erfolgt, also keinen Einfluss auf den MIMO-Betrieb hat. The problem of crosstalk of the LO signal in the usual construction of a transmission and reception channel of a MIMO radar system of the prior art was already discussed in connection with the introduction to the description 1 explained. In the proposed method and the associated radar system, this problem was solved by a receiving mixer structure or mixing device, as exemplified in FIG 2 is shown. In this way, the receiving channels can be designed without LNAs or isolators and operated in the useful frequency range even at high frequencies> 200 GHz without parasitic emissions. 2 shows the schematic structure of an exemplary, monostatic transmission and reception channel of a MIMO radar system for FMCW operation according to the present invention. The transmission signal (TX signal) with the frequency f _TX is as in the 1 via a directional coupler 1 the antenna 2 fed and broadcast through the antenna. That from the antenna 2 received signal is received via the directional coupler 1 fed to the mixing device, which consists of two successive receiving mixers, the first mixer 4th and second mixer 5 , is formed. A signal of half the frequency f _LO = ½ f _{TX of} the transmission signal (TX signal) is used as the LO signal. Owing to the signal generation by frequency doublers, which is often encountered when operating such radar systems at high frequencies, these signals are available in the radar system anyway in many systems with half the transmission frequency. This LO signal is generated by a power divider 5 , in the present example a differential Wilkinson divider, divided into two LO signals, each of which has a mixer 4th , 5 to drive. The received signal is thus initially passed through the first mixer _{at twice the frequency f TX} 4th _mixed down to an intermediate frequency f IF1 and then through the second mixer 5 , which in this case is operated harmoniously _{to mix} down _{this intermediate frequency} signal f IF1 into the baseband f IF2. On the part of the received signal, the same effect is achieved as in the conventional construction of the mixing device according to FIG 1 . The main difference, however, is that the crosstalk from the LO input of the mixer to the RF input of the first mixer 4th takes place at half the useful frequency f _Lo = ½ f _TX and thus no radiation takes place in the useful frequency range around f _TX , that is, it has no influence on MIMO operation.

Der Signalweg dieses parasitären LO-Signals ist in 2 wiederum mit den gestrichelten Pfeilen angedeutet.The signal path of this parasitic LO signal is in 2 again indicated by the dashed arrows.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: RichtkopplerDirectional coupler
22: Antenneantenna
33rd: EmpfangsmischerReceiving mixer
44th: erster Mischerfirst mixer
55: zweiter Mischersecond mixer
66th: LeistungsteilerPower divider

Claims

Method for operating a MIMO radar system with several transmission and reception channels, in which each reception channel has a mixer with which a radar reception signal can be mixed down to a baseband, with several in the mixer between a signal input for the radar reception signal and a signal output series-connected mixers (4, 5) are used and each of the mixers (4, 5) is supplied with a LO signal at a frequency that is lower than a transmission frequency of the radar system, and the frequencies of the supplied LO signals in total the Resulting transmission frequency, characterized in that two mixers (4, 5) connected in series are used in the mixing device and a LO signal with half the transmission frequency is fed to each of the mixers (4, 5).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the LO signals for the two mixers (4, 5) are obtained from a common LO signal by power division.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that antennas (2) used for receiving the radar received signals are designed for a transmission and reception bandwidth within which the transmission frequency lies, but not the frequency of the LO signals.

MIMO radar system with - a signal generator for generating radar transmission signals at a transmission frequency, - Several transmission and reception channels, each having at least one antenna (2) for the emission and / or reception of radar signals, each reception channel having a mixer with which a radar reception signal can be mixed down to a baseband, the mixer between a Signal input for the radar received signal and a signal output has two mixers (4, 5) connected in series and each of the mixers (4, 5) is supplied with a LO signal at half the transmission frequency, - One or more frequency and / or power dividers for branching off the LO signals or signals from which the LO signals are generated by frequency multiplication, from the signal generator, and - A signal processing device for processing the downmixed radar received signals.

MIMO radar system Claim 4 , characterized in that the antennas (2) are designed for a transmission and reception bandwidth within which the transmission frequency, but not the frequency of the LO signals, lies.

MIMO radar system Claim 4 or 5 , characterized in that the signal generator has one or more frequency doublers for generating the radar transmission signals at the transmission frequency, the LO signals or the signals from which the LO signals are generated by frequency multiplication by a power divider in front of the or one of the Frequency doublers are branched off.