DE102021200639B3 - Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie Verfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit zumindest:- einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (3), welche zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals (7) für eine Sendeeinrichtung (4) ausgebildet ist;- einer Lasereinrichtung (8), welche in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal (7) ein optisches Übertragungssignal (9) zum Übertragen an die Sendeeinrichtung (4) erzeugt;- einer Transformationseinrichtung (6) mit zumindest einem ersten optischen Ringresonator (10), welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal (9) einen Pulszug (11) erzeugt, wobei die Transformationseinrichtung (6) zum Erzeugen eines elektrischen Aussendesignals (12) in Abhängigkeit von dem Pulszug (11) ausgebildet ist;- der Sendeeinrichtung (4), welche zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals (12) ausgebildet ist; und- einer Empfangseinrichtung (5) zum Empfangen eines elektrischen Empfangssignals (14) und zum Übertragen des elektrischen Empfangssignals (14) an die zentrale elektronische Recheneinrichtung (3).Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Radarsensorvorrichtung.
• Aus dem Kraftfahrzeugbau sind bereits Radarsensorvorrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. Insbesondere werden solche Radarsensorvorrichtungen bei beispielsweise zumindest teilweise betriebenen autonomen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Um jedoch eine solche automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mithilfe von Sensoren wie Radar, Lidar und Kamera erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, sodass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Insbesondere dem Lidar kommt in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zugute, da dieser Sensortyp präzise in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwendig. Insbesondere 360-Grad-dreidimensionale-Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Lidarsensoren verbaut. Weiterhin sind Lidar-Sensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen wie Regen, Nebel oder direkte Sonneneinstrahlung.
• Radarsensoren beziehungsweise Radarsensorvorrichtungen sind ebenfalls aus dem Kraftfahrzeugbau etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee, Staub oder Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerding ist gemäß dem Stand der Technik das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere sind im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen von etwa 7 Grad ausgebildet. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung dreidimensionale Bilder mit einer hohen Auflösung im Bereich von 0,1 Grad und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefern. Dies wird mit der konventionellen Radartechnik gemäß dem Stand der Technik nicht erreicht, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist.
• Insbesondere sind ferner bereits photonische Radarsensorvorrichtungen bekannt, welche eine Erhöhung des Auflösungsvermögens realisieren, indem elektronische und photonische Komponenten kointegriert werden in einem einzigen Halbleiterpunkt. Die Verfolgung eines FMCW-Signals, sowie die gesamte Signalverarbeitung und -auswertung werden dabei durch eine Zentralstation durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul weist einen elektronisch-photonisch kointegrierten Chip, einem sogenannten Epic-Chip, auf. Für die Kointegration wird eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und digitale Elektronik gemeinsam auf einem Chip. Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von Gigahertz-Signalen mittels des optischen Trägersignals im Terahertz-Frequenzbereich. Eine Zentralstation, welche auch als zentrale elektronische Recheneinrichtung bezeichnet werden kann, erzeugt eine optische Trägerfrequenz in Terahertz. Auf diese wird das zu übertragende Signal mit einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und per optischer Phase an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, sodass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert. Eine solche Ausführungsform ist jedoch sehr aufwendig in der Implementierung von Gigahertz-Elektronik auf Chipebene. Insbesondere die auf dem Chip stattfindende Frequenzvervierfachung nach Detektion durch eine Photodiode ist technisch herausfordernd und stellt hohe Aufwände hinsichtlich der Gigahertz-Signalerzeugung mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis und möglichst geringem Jitter dar. So muss das Gigahertz-Signal in weiteren Schritten aufwendig stabilisiert werden. Darüber hinaus ist Gigahertz-Elektronik kostenintensiv. Weiterhin werden hohe Leistungsanforderungen an den optischen Träger, insbesondere einen Laser, gesetzt, da viel optische Leistung benötigt wird, um ein hochpräzises Gigahertz-Signal zu erzeugen, was Ringleitung mit einer einzigen Phase für ein Radararray mit vielen verteilten Radar-Halbleiterchips schwer realisierbar macht. Insbesondere werden weiterhin zwei unterschiedliche photonisch-elektronische Halbleiterchips für einen jeweiligen Sende- und Empfangskanal benötigt, was zu weiteren Kostenaufwänden führt.
• Die US 8,805,130 B2 offenbart eine integrierte elektrooptische Struktur, wie einen Modulator und einen Schalter, ein Verfahren zur Herstellung derselben. In einer illustrativen Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung ein Substrat mit einem Wellenleiter und einem optischen Resonator, der polykristallines Silizium umfasst, das auf dem Substrat angeordnet ist. Erste und zweite dotierte halbleitende Bereiche umfassen ebenfalls polykristallines Silizium und sind in der Nähe des ersten optischen Resonators angeordnet. Der erste optische Resonator ist kommunikativ mit dem Wellenleiter gekoppelt.
• US 7,324,267 B2 offenbart eine Wellenlängenkonvertervorrichtung zur Erzeugung einer konvertierten Strahlung mit einer Frequenz durch Wechselwirkung zwischen mindestens einer Signalstrahlung mit einer Frequenz und mindestens einer Pumpstrahlung mit einer Frequenz, mit einem Eingang für die mindestens eine Signalstrahlung mit einer Frequenz, einer Pumplichtquelle zur Erzeugung der mindestens einen Pumpstrahlung mit einer Frequenz, einem Ausgang zur Entnahme der umgesetzten Strahlung mit einer Frequenz, eine Struktur zum Übertragen der Signalstrahlung, die zwei optische Resonatoren mit einem nicht-linearen Material enthält, die eine optische Länge von mindestens 40 mal Lambda/2 haben, wobei Lambda die Wellenlänge der Pumpstrahlung ist, und die bei den Pump-, Signal- und umgewandelten Frequenzen in Resonanz sind, wobei die Pump- und Signalstrahlung durch Ausbreitung durch die Struktur die umgewandelte Strahlung durch nicht-lineare Wechselwirkung innerhalb der optischen Resonatoren erzeugen.
• Die US 7,634,201 B2 offenbart abstimmbare Empfänger und Techniken zum Empfangen eines elektrischen Oszillatorsignals im HF-, Mikrowellen- oder Millimeter-Spektralbereich auf Basis der Photonik-Technologie, um sowohl photonische oder optische Komponenten als auch elektronische Schaltungskomponenten zu verwenden.
• Die WO 2019/034919 A1 zeigt eine dreidimensionale elektronisch-photonisch integrierte Hochfrequenzschaltung, die eine photonisch integrierte Hochfrequenz(HF)-Schaltungsschicht umfasst, wobei diese Schicht mindestens eine HF-Antenne und mindestens eine photonisch Vorrichtung umfasst, die die HF-Antenne mit einer optischen Schnittstelle koppelt, und ferner eine elektronisch-photonisch integrierte Schaltungs(EPIC)-Anordnung beinhaltet, die optisch mit der optischen Schnittstelle der HF-PIC-Schicht gekoppelt ist, wobei die EPIC-Anordnung zwei oder mehrere Chips mit integrierter Schaltung umfasst, die aneinander gebondet sind, um einen Chipstapel zu bilden, wobei mindestens einer der zwei oder mehr Chips mit integrierter Schaltung eine oder mehrere integrierte photonische Vorrichtungen umfasst und wobei jeder der zwei oder mehr Chips mit integrierter Schaltung elektrisch mit mindestens einem anderen Chip mit integrierter Schaltung über eine elektrisch leitfähige Waferverbindung oder einen elektrisch leitfähigen Through-Wafer Durchgang verbunden ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radarsensorvorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen eine verbesserte Umgebungserfassung realisiert werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch eine Radarsensorvorrichtung sowie durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug insbesondere zumindest teilweise autonom, insbesondere vollautonom, ausgebildet sein kann. Die Radarsensorvorrichtung weist eine zentrale elektronische Recheneinrichtung auf, welche zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals für eine Sendeeinrichtung der Radarsensorvorrichtung ausgebildet ist. Ferner umfasst die Radarsensorvorrichtung eine Lasereinrichtung, welche in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal ein optisches Übertragungssignal zum Übertragen an die Sendeeinrichtung erzeugt. Die Radarsensorvorrichtung weist eine Transformationseinrichtung mit zumindest einem ersten optischen Ringresonator, welcher beispielsweise als Mikroringresonator ausgebildet sein kann, auf, welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal einen Pulszug erzeugt, wobei die Transformationseinrichtung zusätzlich zum Erzeugen eines elektrischen Aussendesignals in Abhängigkeit von dem Pulszug für die Sendeeinrichtung ausgebildet ist. Die Sendeeinrichtung ist zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Ferner weist die Radarsensorvorrichtung eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines zum elektrischen Aussendesignal korrespondierenden und in der Umgebung reflektierten elektrischen Empfangssignals und zum Übertragen des elektrischen Empfangssignals an die zentrale elektronische Recheneinrichtung auf.
• Insbesondere löst somit die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung, dass Standard-Telekomunikationslaser in dieser Radarsensorvorrichtung verwendet werden können. Insbesondere entfällt somit ein aufwendiges und kostenintensives Design von Gigahertz-Schaltkreisen zur Frequenzkonversion von RF-Signalen mit optischem Träger. Nach der Konversion aus dem Terahertz-Spektralbereich wird insbesondere das Gigahertz-Signal stabilisiert. Dadurch kann es zu einer Verkleinerung der Chipfläche gegenüber konventioneller Elektronik kommen. Die Transformationseinrichtung ersetzt somit insbesondere den oder die Epic-Chips. Die Transformationseinrichtung kann nachfolgend auch als Chip bezeichnet werden. Die Ringleitung ist insbesondere sehr einfach realisierbar, wobei der hohe Güterfaktor des optischen Ringresonators einen geringen Leistungsbedarf des Lasers bedingt, sodass Kopplungsverluste kompensiert werden können und viele Chips mit einer Quelle betrieben werden können. Das Gigahertz-Signal ist insbesondere inhärent und stabil. Ferner sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung auf einem einzigen Halbleiterchip beispielsweise in einem CMOS, SiN-CMOS, Bi-CMOS, hybrid Bi-CMOS oder mit Prozessen auf photonisch-elektronisch Kointegrierten Chips integrierbar.
• Insbesondere nutzt somit die Erfindung, dass in einem photonischen Halbleiter mittels einer optischen Schnittstelle die Strahlung der Lasereinrichtung, welche insbesondere auch als CW-Laser ausgebildet sein kann, eingekoppelt wird. Die Strahlung propagiert innerhalb einer im Halbleiter befindlichen linearen Wellenleiterstruktur. Eine weitere, ringförmige Wellenleiterstruktur ist in sehr kleinem Abstand zur linearen Wellenleiterstruktur auf dem Halbleiter angeordnet. Ist der Abstand beider Wellenleiter so gering, dass das evaneszente Feld der elektromagnetischen Strahlung von dem linearen Wellenleiter in den Ringleiter hineinragt, wird Strahlung aus dem linearen Wellenleiter in den Ringleiter eingekoppelt, welche dort propagiert. Wird die optische Pfadlänge des Rings so gewählt, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge beträgt, so interferiert das im Ringleiter propagierende Licht nach einem Umlaufzyklus konstruktiv mit dem eingekoppelten evaneszenten Feld und es kommt zu einer Verstärkung. Da die Wechselwirkungszone zwischen linearem und ringförmigem Wellenleiter im Bereich der Wellenlänge ist, ist die Wechselwirkung beider Felder nur von kurzer Dauer, sodass nur konstruktive Interferenz stattfindet. Somit wird ein optischer Ringresonator gebildet. Es wird mehr Laserstrahlung in den Ringleiter eingekoppelt, als Verluste entstehen, bis einschließlich eine Sättigung der resonatorinternen Leistung einsetzt. Ein Teil des innerhalb des Ringwellenleiters propagierenden Lichts wird nach der Vollendung eines jeden Zyklus wieder im linearen Wellenleiter ausgekoppelt und kann als Signal genutzt werden. Durch den Ringresonator wird das Licht bei geeigneter Wahl von Durchmesser und Kopplungsverhältnis der Wellenleiter amplitudenmoduliert, sodass aus einem CW-Eingangssignal ein Puls mit hoher Spitzenintensität gebildet wird. In Halbleitern reicht der Durchmesser der optischen Ringresonatoren von einigen hundert Mikrometern bis zu wenigen Mycrometern. Die Umlaufzeit des Lichts bestimmt dabei eine Repititionsrate f_rep des Ausgangssignals beziehungsweise des Pulszugs.
• Derart ausgebildete Ringresonatoren weisen hohe Gütefaktoren von Q größer 10⁶ auf, welche zu Spitzenintensitäten innerhalb es Resonators führen, die nicht-lineare optische Prozesse treiben können, sogenannte Mehrphotonenprozesse. Diese treten während der Wechselwirkung von Licht hoher Intensität und Materie auf. Die Entwicklung der elektrischen Polarisation P ist dabei ein etabliertes Modell, um Mehrphotonenprozesse in der Licht-Materie-Wechselwirkung zu beschreiben. $$P={\epsilon }_0\left[X^{\left(1\right)}E+X^{\left(2\right)}{E}^2+X^{\left(4\right)}{E}^3+X^{\left(4\right)}{E}^4+\cdots \right]$$

  

  wobei P die elektrische Pulsation, X die Empfindlichkeit, E das elektrische Feld und ε₀ die elektrische Konstante beschreibt.
• Während der lineare Term mit elektrischer Empfindlichkeit X⁽¹⁾ linear mit dem elektrischen Feld skaliert, weisen Therme höherer Ordnung X⁽ⁿ⁾ mit n größer 1 eine nicht-lineare Proportionalität zur elektrischen Feldstärke auf. Diese Prozesse werden Mehrphotonenprozesse genannt. Dabei skaliert die Anzahl der benötigten Photonen mit der Ordnung n von X⁽ⁿ⁾. Effekte wie Frequenzverdopplung oder Summen und Differenzfrequenzerzeugung benötigen zwei Photonen, erzeugen Photonen entsprechender Frequenz der fundamentalen Lichtfrequenz und induzieren somit eine Nicht-Linearität zweiter Ordnung im Material. Effekte dritter Ordnung, wie Frequenzverdreifachung oder ähnliches, benötigen drei Photonen zur Frequenzkonversion der Ordnung drei und dergleichen. Diese Effekte der nicht-linearen Lichtmaterie-Wechselwirkung bieten die Möglichkeit, eine einfallende Lichtquelle nicht-linear zu modulieren.
• In dem optischen Ringresonator kann bei hinreichender Einkopplung in den Ring der nicht-lineare Brechungsindex somit nicht vernachlässigt werden. So treten zum Beispiel aufgrund des Kerr-Effekts, insbesondere bei einer Empfindlichkeit von X⁽²⁾, Vier-Wellen-Mischprozesse während der Wechselwirkung von Licht hoher Spitzenintensität mit dem Wellenleiter auf. Durch das stetige Anwachsen der Intensität im Resonatorring tritt dabei zunächst ein degenerativer Vier-Wellen-Mischprozess ein. Darin werden zwei Photonen Y_P des CW-Lasers absorbiert, was insbesondere optisches Pumpen genannt wird, und ein Elektron auf ein virtuelles oder reales, energetisch höheres Niveau angehoben. Das Elektron fällt nach kurzer Zeit, insbesondere stimuliert, in den Grundzustand zurück. Dabei emittiert es die aufgenommene Energie in Form eines Signal- und eines Idler-Seitenband-Photon (Y_S beziehungsweise Y_I), welche nur in der Summe mit der Photonenenergie mit den zwei Photonen des CW-Lasers übereinstimmen. Damit werden neue Spektralanteile innerhalb des Ringresonators erzeugt. Signal- und Idler-Seitenband-Photon sind durch den kohärenten Entstehungsprozess in Phase, Amplitude und Frequenz korreliert. Durch die zunehmende Frequenzkonversion in von Y_P nach Ys beziehungsweise Y_I wird der Ringresonator bistabil, sodass leichte Varianzen in Phase und Frequenz entstehen, welche wiederum neue Seitenbänder der Seitenbänder erzeugen. Es setzt ein nicht-degenerativer Vier-Wellen-Mischprozess ein und die Erzeugung neuer Frequenzen kaskadiert. Die neu erzeugten Frequenzen sind in fester Phasen- und Frequenzbeziehung zueinander, die spektralen Moden sind demnach gekoppelt. Durch diese einsetzende Modenkopplung entwickelt sich ein fundamentales Soliton, sodass ein Puls hoher spektraler Bandbreite ausgebildet wird, welcher dispersionsfrei im Ringresonator propagiert und sich mit der Resonatorfrequenz f_rep reproduziert. Somit wird aus einem CW-Laser-Signal ein gepulstes Signal, welches sich durch ein extrem hohes Signal-zu-Rauschverhältnis und niedrigen zeitlichen Varianzen auszeichnet.
• Zur Erzeugung des Pulszustandes können weitere, komplexe Wellenleiterstrukturen verwendet werden. So kann zum Beispiel ein zweiter Wellenleiter auf der gegenüberliegenden Seite des Ringresonators zur Auskopplung des Pulszugs genutzt werden. Ferner können weitere Resonatorringe mit Koppelstellen zur weiteren Einkopplung zwischen den Ringresonatoren genutzt werden, welche es erlauben, die entsprechenden Frequenzbereiche von f_rep durchzustimmen. Beispielsweise können diese Ringanordnungen für Werte von R = 15 Mikrometer und R = 5 Mikrometer Pulse mit f_rep = 100 Megahertz erzeugen.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Transformationseinrichtung ein optisches Kopplungselement auf, welches zum Einkoppeln des optischen Übertragungssignals in den optischen Ringresonator ausgebildet ist. Insbesondere kann somit das optische Übertragungssignal, welches insbesondere mittels der Lasereinrichtung erzeugt wurde, in den Halbleiterchip, auf welchem der optische Ringresonator ausgebildet ist, eingekoppelt werden.
• Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Transformationseinrichtung eine optische Photodiode zum Erzeugen des Aussendesignals in Abhängigkeit von dem Pulszug aufweist. Insbesondere kann somit der optische Pulszug an die Diode übertragen werden, wobei diese wiederum den optischen Pulszug in das elektrische Aussendesignal umwandelt. Insbesondere kann dieser Pulszug weiter an einen Leistungsverstärker gegeben werden, welcher das Signal dann wiederum über die Aussendeeinrichtung emittiert.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung als gemeinsames Bauteil ausgebildet. Insbesondere sind somit die Sendeantenne und die Empfangsantenne auf einem gemeinsamen Chip ausgebildet. Somit werden insbesondere die Sendeantenne und die Empfangsantenne als eine Einheit gebildet. Somit kann ein einzelner Chip beide Funktionen erfüllen, was insbesondere die Kosten senkt. Insbesondere kann durch eine Feinabstimmung der Laserfrequenz des ausgesendeten Lasers der Lasereinrichtung verhindert werden, dass zu viel Licht in den optischen Ringresonator eingekoppelt wird und Modenkopplung einsetzt. Dadurch kann in dem Aussendekanal der Sendeeinrichtung kein gepulstes Signal erzeugt werden. Der Chip arbeitet in diesem Fall als Empfangskanal. Somit kann ein einzelner Chip beide Funktionen erfüllen, was zusätzliche Kosten senkt und Bauteile reduziert.
• Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Transformationseinrichtung zumindest einen weiteren optischen Ringresonator aufweist, welcher unterschiedlich ausgebildet ist zum ersten optischen Ringresonator, wobei der Pulszug in Abhängigkeit von dem ersten optischen Ringresonator und dem weiteren optischen Ringresonator erzeugt ist. Durch die Nutzung eines weiteren Ringresonators können entsprechend die Frequenzbereiche für den Pulszug f_rep im Megahertzbereich erzeugt werden. Beispielsweise können dann mit Werten für den ersten optischen Ringresonator von R = 15 Mikrometer und für Werte von dem weiteren optischen Ringresonator R = 5 Mikrometer Pulse mit einer Frequenz von f_rep = 100 Megahertz erzeugt werden.
• Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Transformationseinrichtung eine Heterodyndetektionseinrichtung oder eine Homodyndetektionseinrichtung zum Erzeugen des Aussendesignals aufweist. Insbesondere kann somit ein Frequenzkamm zur Synthese der Gigahertz-Frequenzrampen verwendet werden. Dazu wird auf dem elektronisch-photonischen Chip, insbesondere somit der Transformationseinrichtung, die Homodyndetektionseinrichtung oder eine Heterodyndetektionseinrichtung implementiert. Bevorzugt wird eine optische Heterodyn-Detektion durchgeführt.
• Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Transformationseinrichtung zumindest ein dispersives Element aufweist, welches zum Erzeugen zumindest eines Frequenzchirps in Abhängigkeit von dem Pulszug ausgebildet ist. Dieser Frequenzkamm beziehungsweise Frequenzchirp kann dann zur Synthese der Gigahertz-Frequenzrampen verwendet werden. Propagiert nun ein Fourier-limitierter Pulszug durch ein dispersives Medium, beispielsweise Luft, so erfahren die hochfrequenten Spektralanteile eine stärkere zeitliche Verzögerung als die niederfrequenten Spektralanteile. Somit wird der Pulszug positiv gechirpt und dadurch zeitlich gestreckt. Weiterhin verringert sich seine Spitzenintensität. Als dispersives Element kann zum Beispiel der auskoppelnde Wellenleiter fungieren. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass im Ringleiter ein fundamentales Soliton propagiert, welches inhärent dispersionsfrei ist.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Transformationseinrichtung zumindest einen zweiten optischen Ringresonator auf, wobei mittels des zweiten optischen Ringresonators ein zweiter Pulszug, welcher unterschiedlich ist als der Pulszug, erzeugt ist, wobei mittels einer Heterodyndetektionseinrichtung der Transformationseinrichtung in Abhängigkeit von dem Pulszug und dem zweiten Pulszug der Frequenzchirp erzeugt ist. Insbesondere ist somit ein photonisch-elektronisch kointegrierter Radarchip mittels zweier bestimmter Frequenzkämme und einem dispersiven Element ausgebildet. Die Frequenzkämme werden durch die zwei unterschiedlichen Ringresonatoren erzeugt. Durch Dispersion wird ein Frequenzchirp auf die Einzelpulse aufgeprägt und beide Signale werden mittels der Heterodyndetektoreinrichtung gemessen. Die resultierenden Frequenzen bilden wiederum eine Rampe im Gigahertz-Spektralbereich.
• Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Transformationseinrichtung zumindest zwei Nano-Antennen auf einem Halbleitermedium zum Erzeugen des Aussendesignals in Abhängigkeit von dem Pulszug aufweist. Insbesondere wird somit die Pulswiederholrate mittels der Nano-Antennen detektiert, welche sich auf einem Dielektrikum beziehungsweise Halbleiter befinden. Diese Metallantennen mit Abmessungen im Bereich von wenigen Mikrometern bis Nanometern befinden sich insbesondere im Abstand der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts voneinander entfernt. Trifft die von dem optischen Ringresonator emittierte Strahlung auf die Nano-Antenne, so wird durch den Abstand der Wellenlänge zwischen den Nano-Antennen eine Plasmonenresonanz angeregt beziehungsweise ein Oberflächen-Plasmon-Polaritons induziert, welches mit der Frequenz der eingestrahlten Lichtwelle schwingt. Diese Frequenzoszillationen sind direkt elektronisch messbar und können als Treibersignal der Gigahertz-Antenne verwendet werden.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Radarsensorvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als zumindest teilweise autonom betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere als vollautonom betriebenes Kraftfahrzeug, ausgebildet.
• Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt. Es wird ein elektrisches Steuersignal für eine Sendeeinrichtung der Radarsensorvorrichtung mittels einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung der Radarsensorvorrichtung erzeugt. Es erfolgt ein Erzeugen eines optischen Übertragungssignals in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal zum Übertragen an die Sendeeinrichtung mittels einer Lasereinrichtung der Radarsensorvorrichtung. Es wird ein Pulszug in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal mittels einer Transformationseinrichtung der Radarsensorvorrichtung mit zumindest einem ersten optischen Ringresonator erzeugt, wobei zusätzlich ein elektrisches Aussendesignal in Abhängigkeit von dem Pulszug für die Sendeeinrichtung mittels der Transformationseinrichtung erzeugt wird. Ferner erfolgt ein Aussenden des elektrischen Aussendesignals in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels der Sendeeinrichtung. Es wird ein zum elektrischen Aussendesignal korrespondierendes und in der Umgebung reflektiertes elektrisches Empfangssignal mittels einer Empfangseinrichtung der Radarsensorvorrichtung empfangen und das elektrische Empfangssignal wird an die zentrale elektronische Recheneinrichtung mittels der Empfangseinrichtung übertragen. Insbesondere erfolgt dann weiterhin eine Auswertung des Empfangssignals innerhalb der zentralen elektronischen Recheneinrichtung.
• Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Radarsensorvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Kraftfahrzeugs sowie des Verfahrens anzusehen. Die Radarsensorvorrichtung sowie das Kraftfahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
• Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
• Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
• 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer Radarsensorvorrichtung;
• 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Transformationseinrichtung einer Ausführungsform der Radarsensorvorrichtung;
• 3 ein weiteres schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Transformationseinrichtung einer Ausführungsform einer Radarsensorvorrichtung;
• 4 ein weiteres schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Transformationseinrichtung einer Ausführungsform einer Radarsensorvorrichtung; und
• 5 ein weiteres schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Transformationseinrichtung einer Ausführungsform einer Radarsensorvorrichtung.
• Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
• In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform auf ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Ausführungsform einer Radarsensorvorrichtung 2. Die Radarsensorvorrichtung 2 weist zumindest eine zentrale elektronische Recheneinrichtung 3, eine Sendeeinrichtung 4 sowie eine Empfangseinrichtung 5 auf. Ferner weist die Radarsensorvorrichtung 2 eine in 1 nicht dargestellte Transformationseinrichtung 6 (2) auf.
• Die Radarsensorvorrichtung 2 weist die zentrale elektronische Recheneinrichtung 3 auf, welche zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals 7 für die Sendeeinrichtung 4 ausgebildet ist. Eine Lasereinrichtung 8, welche in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal 7 ein optisches Übertragungssignal 9 zum Übertragen an die Sendeeinrichtung 4 erzeugt, ist ebenfalls bereitgestellt. Die Transformationseinrichtung 6 weist zumindest einen optischen Ringresonator 10 (2) auf, welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal 9 einen Pulszug 11 (2) erzeugt, wobei die Transformationseinrichtung 6 zusätzlich zum Erzeugen eines elektrischen Aussendesignals 12 (2) in Abhängigkeit von dem Pulszug 11 für die Sendeeinrichtung 4 ausgebildet ist. Die Sendeeinrichtung 4 ist zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals 12 in eine Umgebung 13 des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet. Die Empfangseinrichtung 5 ist zum Empfangen eines zum elektrischen Aussendesignal 12 korrespondierenden Empfangssignals 14 ausgebildet, wobei das Empfangssignal 14 in der Umgebung 13, beispielsweise an einem Objekt 15, reflektiert ist. Die Empfangseinrichtung 5 überträgt ferner das elektrische Empfangssignal 14 an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 3.
• Die Erzeugung des FMCW-Signals sowie die gesamte Signalverarbeitung und Auswertung werden dabei durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung 3 durchgeführt. Die Sendeeinrichtung 4 sowie die Empfangseinrichtung 5 können dabei jeweils einzeln aus einem elektrisch-photonisch korrelierten Chip bestehen. Insbesondere besteht dabei die technische Möglichkeit, die Signalübertragung von Gigahertz-Signalen, welches insbesondere dem Aussendesignal 12 entspricht, mittels eines optischen Trägersignals im Terahertz-Frequenzbereich durchzuführen, welches insbesondere dem Übertragungssignal 9 entspricht. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 3 erzeugt dabei die optische Trägerfrequenz. Auf diese wird das zu übertragende Signal mit 1/8 der Radarfrequenz moduliert, was durch den Block 37 dargestellt ist, und per optischer Phase 16 an die Sendeeinrichtung 4 gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, sodass die Radarstrahlung von der Sendeeinrichtung 4 emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 3 prozessiert.
• 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Transformationseinrichtung 6. Das Übertragungssignal 9 wird durch ein optisches Kopplungselement 17 eingekoppelt. Das optische Kopplungselement 17 befindet sich bereits auf einem Halbleiter 18. Auf dem Halbleiter 18 sind ferner ein Radiofrequenz-Treiber 19, ein optischer Modulator 20 sowie ein weiteres optisches Kopplungselement 21 ausgebildet. Ferner zeigt die 2, dass eine Photdiode 22 sowie ein Leistungsverstärker 23 auf dem Halbleiter 18 ausgebildet sind.
• Insbesondere zeigt die 2, dass bei geeigneter Wahl der Geometrie des optischen Ringresonators 10 eine Pulswiederholrate f_rep von beispielsweise 76 Gigahertz erzeugt werden kann. Dieser Pulszug 11 kann von der Photodiode 22 auf dem Halbleiter 18 detektiert werden und direkt über den Leistungsverstärker 23 an die Sendeeinrichtung 4 weitergeleitet werden, da der Photostrom proportional zu f_rep ist. Vorteilhaft ist dabei, dass weitere teure und designaufwendige Gigahertz-Elektronik reduziert werden kann. Da der optische Ringresonator 10 eine extrem geringe Leistungsaufnahme von 1 Mikrowatt hat, kann das Übertragungssignal 9 weitergeführt werden und zum Beispiel eine Ringanordnung für Radarchips realisiert werden. Darüber hinaus kann das Empfangssignal 14 mittels des optischen Modulators 20 wieder auf das Übertragungssignal 9 moduliert werden.
• Insbesondere zeigt somit die 2 eine schematische Darstellung eines photonischelektronischen Radarchips mit dem optischen Ringresonator 10. Der Pulszug 11 wird direkt von der Photodiode 22 detektiert. Der Photostrom ist dabei proportional zu f_rep und kann direkt als Treibersignal an den Leistungsverstärker 23 gegeben werden, welcher das Aussendesignal 12 über die Sendeeinrichtung 4 emittiert. Das empfangene Empfangssignal 14 wird durch den optischen Modulator 20 auf das ursprüngliche Übertragungssignal 9 gemischt und an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 3 zur Datenverarbeitung weitergegeben.
• 3 zeigt eine weitere schematische Ausführungsform einer Transformationseinrichtung 6. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere gezeigt, dass die Sendeeinrichtung 4 und die Empfangseinrichtung 5 als gemeinsames Bauteil ausgebildet sind. Insbesondere sind diese somit als Einzelchip ausgebildet. Es wird somit die gleiche Transformationseinrichtung 6 für die Sendeeinrichtung 4 als auch die Empfangseinrichtung 5 genutzt. Durch Feinabstimmung der Laserfrequenz des Übertragungssignals 9 wird verhindert, dass zu viel Licht in den optischen Ringresonator 10 eingekoppelt wird und Modenkopplung einsetzt. Dadurch wird im Empfangskanal kein gepulstes Signal erzeugt. Die Transformationseinrichtung 6 arbeitet in diesem Fall als Empfangskanal. Somit kann ein einzelner Chip beide Funktionen erfüllen, was zusätzliche Kosten senkt.
• 4 zeigt ein weiteres schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Transformationseinrichtung 6. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere gezeigt, dass die Transformationseinrichtung 6 einen zweiten optischen Ringresonator 24 aufweisen kann, wobei mittels des zweiten optischen Ringresonators 24 ein zweiter Pulszug 25, welcher unterschiedlich ist als der Pulszug 11, erzeugt ist, wobei mittels einer Heterodyndetektionseinrichtung 26 der Transformationseinrichtung 6 in Abhängigkeit von dem Pulszug 11 und dem zweiten Pulszug 25 ein Frequenzchirp 27 erzeugt werden kann. Insbesondere weist hierzu die Transformationseinrichtung 6 zumindest ein dispersives Element 28 auf, welches zum Erzeugen des zumindest einen Frequenzchirps 27 in Abhängigkeit von dem Pulszug 11 und/oder dem zweiten Pulszug 25 ausgebildet ist. Alternativ zu der Heterodyndetektionseinrichtung 26 kann die Transformationseinrichtung 6 auch eine Homodyndetektionseinrichtung zum Erzeugen des Aussendesignals 12 aufweisen.
• Ferner zeigt die 4, dass die Transformationseinrichtung 6 zumindest einen weiteren optischen Ringresonator 29 aufweisen kann, welcher unterschiedlich ausgebildet ist zum ersten optischen Ringresonator 10 und vorliegend insbesondere zum zweiten optischen Ringresonator 24, wobei der Pulszug 11, vorliegend insbesondere der zweite Pulszug 25, in Abhängigkeit von dem ersten optischen Ringresonator 10, vorliegend vom zweiten optischen Ringresonator 24, und dem weiteren optischen Ringresonator 29 erzeugt ist.
• Die 4 zeigt ferner, dass das optische Kopplungselement 17 mit einem linearen Wellenleiter 30 gekoppelt sein kann.
• Insbesondere zeigt die 4, dass sich die im optischen Ringresonator 10, 24, 29 ausbildende Pulsfolge im Fourierraum einen Frequenzkamm darstellen kann. Die Pulsdauer definiert dabei die spektrale Bandbreite des gesamten Kamms, während die Bandbreite der Einzelmode durch die Länge des Pulszuges 11, 25 gegeben ist. Der Abstand der einzelnen Moden im Frequenzkamm ist wiederum durch die Pulswiederholrate f_rep definiert.
• Dieser Frequenzkamm kann zur Synthese der Gigahertz-Frequenzrampen verwendet werden. Dazu wird auf dem elektronisch-photonischen Chip, vorliegend beispielsweise dem Halbleiter 18, eine Homodyndetektionseinrichtung oder, wie vorliegend dargestellt, die Heterodyndetektionseinrichtung 26 implementiert. Das optische Signal des Frequenzkamms Es wird über einen Strahlteiler 34 mit dem Signal eines Lokaloszillators E_Lo, wie beispielsweise das CW-Lasersignal, auf zwei Photodioden 31, 32 überlagert. Der dort entstehende Photostrom kann gemessen werden: $${\text{i}}_{phot}\left(t\right)\sim {\left|{\widehat{E}}_{\text{S}}\left(\text{t}\right)+{\widehat{E}}_{\text{LO}}\left(t\right)\right|}^2$$

  

  wobei das Signal (S) durch: $${\text{i}}_{phot}\left(t\right)\sim {\left|{\widehat{E}}_{\text{S}}\left(\text{t}\right)+{\widehat{E}}_{\text{LO}}\left(t\right)\right|}^2$$

  

  beschrieben wird, während der Lokaloszillator (LO) durch: $${\widehat{E}}_{\text{LO}}\left(\text{t}\right)={\mathbf{E}}_{\text{LO}}\cdot {\text{e}}^{-\text{i}\left({\mathrm{\omega }}_{\text{LO}}\text{t}+{\mathrm{\varphi }}_{\text{LO}}\right)}$$

  

  gegeben ist. Durch einen Phasensprung um π am Strahlleiter 34 erfährt das Signal des LO einen Vorzeichenwechsel im Exponenten. Der gemessene Phototostrom ergibt sich zu: $$\Rightarrow {\text{i}}_{\text{phot}}\left(\text{t}\right)\sim {\left|{\mathbf{E}}_{\text{S}}\right|}^2+{\left|{\mathbf{E}}_{\text{LO}}\right|}^2+{\mathbf{E}}_{\text{S}}\cdot {\mathbf{E}}_{\text{LO}}\cdot \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }\cdot \left({\text{f}}_{\text{S}}-{\text{f}}_{\text{LO}}\right)\cdot \text{t}+\Delta \mathrm{\varphi }\right)$$

  
• Durch Messung der Differenz der beiden Photoströme I_phot1 und I_phot2 können die beiden konstanten Therme |E_S|²+|E_LO|² subtrahiert werden und es bleiben die Differenzfrequenz, sowie die Differenzphase. Die Differenzfrequenz liegt im Bereich von f_rep und kann wiederum als Gigahertz-Signal genutzt werden. Darüber hinaus liefert der Mischterm E_SxE_LO eine inhärente Verstärkung von schwachen Signalen Es.
• Die Heterodyndetektionseinrichtung 26 kann dabei insbesondere ein Spiegelelement 33 sowie den Strahlenteiler 34 aufweisen.
• In 4 ist insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen von bestimmten Frequenzkämmen gezeigt. Um die Gigahertzfrequenz-Rampen eines FMCW-Radar-Systems zu synthetisieren, können dabei zwei Frequenzkämme mit unterschiedlicher Pulswiederholrate f_rep verwendet werden. Dazu werden die Durchmesser der Ringresonatoren 10, 24, 29 unterschiedlich ausgelegt, sodass die Frequenzkämme zueinander leicht spektral verschoben sind. Durch die Heterodyndetektionseinrichtung 26 der Überlagerung der beiden Frequenzkämme kann wiederum die Differenzfrequenz gemessen werden. Eine Folge der Differenzfrequenzen beider Kämme liefert somit die einzelnen Frequenzen. Beispielsweise kann die Pulswiederholrate f_rep von einem ersten Kamm 81 Gigahertz betragen, während die Pulswiederholrate f_rep von einem zweiten Kamm 0,1 Gigahertz betragen kann. Beide Frequenzkämme werden vom selben Übertragungssignal 9 gepumpt, stehen also in korrelierter Phasenbeziehung zueinander und weisen die gleiche Trägerfrequenz auf. Somit ergeben sich in der Heterodyn-Detektion die Differenzfrequenzen von f_Dn = 81 Gigahertz - n * 0,1 Gigahertz mit n Element N. Ist die spektrale Bandbreite von dem zweiten Kamm hinreichend groß, so kann der gesamte automotive Spektralbereich von 76 Gigahertz bis 81 Gigahertz in Schritten von 0,1 Gigahertz synthetisiert werden. Die 0,1-Gigahertz-Schritte sind rein beispielhaft und keinesfalls abschließend zu sehen.
• Um die Frequenzen gegeneinander zeitlich zu verzögern, insbesondere um einen sogenannten Frequenzchirp 27 zu erzeugen, kann das dispersive Element 28 eingesetzt werden. Insbesondere propagieren dabei alle Spektralanteile zur gleichen Zeit, der Puls weist somit die theoretisch minimale Pulsdauer auf. Propagiert ein Fourier-limitierter Puls durch ein normal dispersives Medium, wie zum Beispiel Luft, so erfahren die hochfrequenten Spektralanteile eine stärkere zeitliche Verzögerung als die niederfrequenten Spektralanteile. Der Puls wird positiv gechirpt und dadurch zeitlich gestreckt. Weiterhin verringert sich seine Spitzenintensität. Als dispersives Element kann zum Beispiel der auskoppelnde Wellenleiter fungieren. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass im Ringleiter ein fundamentales Soliton propagiert, welches inhärent dispersionsfrei ist.
• Die 4 stellt dabei eine mögliche Ausführungsform des Radarchirps dar. Die zwei optischen Ringresonatoren 10, 24 werden durch einen oder mehrere Übertragungssignale 9 gepumpt und erzeugen Frequenzkämme mit unterschiedlicher Pulswiederholrate f_rep. Mittels eines oder mehrerer dispersiver Elemente 28 wird nach Auskopplung die gewünschte Steigung der Frequenzrampe erzeugt und durch die Heterodyndetektionseinrichtung 26 in den Gigahertz-Frequenzbereich transformiert. Insbesondere wird durch die Dispersion im Frequenzchirp auf die Einzelpulse aufgeprägt und beide Signale werden mittels der Heterodyndetektionseinrichtung 26 gemessen. Die resultierenden Frequenzen bilden eine Rampe im Gigahertz-Spektralbereich.
• 5 zeigt eine weitere schematische Ausführungsform einer Transformationseinrichtung 6. Insbesondere zeigt die 5, dass die Pulswiederholrate f_rep oder die Differenzfrequenzen detektiert werden können. Hierzu weist die Transformationseinrichtung 6 zumindest zwei Nano-Antennen 35 auf einem Halbleitermedium 36 zum Erzeugen des Aussendesignals 12 in Abhängigkeit von dem Pulszug 11 auf. Insbesondere wird somit der optische Ringresonator 10 verwendet, um den Pulszug 11 zu erzeugen. Die Pulswiederholrate f_rep wird mittels der Nano-Antennen 35, welche auf dem Halbleitermedium 36 aufgebracht sind, detektiert. Diese Metallantennen mit Abmessungen im Bereich weniger Mikrometer bis Nanometer befinden sich im Abstand der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts voneinander entfernt. Trifft die vom optischen Ringresonator 10 emittierte Strahlung auf die Nano-Antennen 35, so wird durch den Abstand der Wellenlänge zwischen den Nano-Antennen 35 eine Plasmonenresonanz angeregt beziehungsweise ein Oberflächen-Plasmon-Polariton induziert, welches mit der Frequenz der eingestrahlten Lichtwelle schwingt. Diese Frequenzoszillationen sind direkt elektronisch messbar und können als Treibersignal einer Gigahertz-Antenne verwendet werden.
• Die vorgestellte Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der Radarsensorvorrichtung 2. Es wird das elektrische Steuersignal 7 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 für die Sendeeinrichtung 4 erzeugt. Es erfolgt das Erzeugen des optischen Übertragungssignals 9 in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal 7 zum Übertragen an die Sendeeinrichtung 4 mittels der Lasereinrichtung 8. Der Pulszug 11 wird in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal 9 mittels der Transformationseinrichtung 6 der Radarsensorvorrichtung 2 mit zumindest einem ersten optischen Ringresonator 10 erzeugt, wobei zusätzlich das elektrische Aussendesignal 12 in Abhängigkeit von dem Pulszug 11 für die Sendeeinrichtung 4 mittels der Transformationseinrichtung 6 erzeugt wird. Das elektrische Aussendesignal 12 wird in die Umgebung 13 mittels der Sendeeinrichtung 4 ausgesendet. Es erfolgt ein Empfangen des Empfangssignals 14 mittels der Empfangseinrichtung und es erfolgt das Übertragen des Empfangssignals 14 an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 3 mittels der Empfangseinrichtung 5.
• Insgesamt zeigen die Figuren ein Verfahren zur Gigahertz-Frequenzerzeugung in photonisch-elektronisch kointegrierten Halbleitern mittels optischer Ringresonatoren 10, 24, 29.
• Bezugszeichenliste

1

Kraftfahrzeug

2

Radarsensorvorrichtung

3

elektronische Recheneinrichtung

4

Sendeeinrichtung

5

Empfangseinrichtung

6

Transformationseinrichtung

7

elektrisches Steuersignal

8

Lasereinrichtung

9

Übertragungssignal

10

erste optischer Ringresonator

11

Pulszug

12

Aussendesignal

13

Umgebung

14

elektrisches Empfangssignal

15

Objekt

16

Ringleitung

17

optisches Kopplungselement

18

Halbleiter

19

Radiofrequenztreiber

20

optischer Modulator

21

weiteres optisches Kopplungselement

22

Photodiode

23

Leistungsverstärker

24

zweiter optischer Ringresonator

25

zweiter Pulszug

26

Heterodyndetektionseinrichtung

27

Frequenzchirp

28

dispersives Element

29

weiterer optischer Ringresonator

30

optischer Wellenleiter

31

Photodiode

32

Photodiode

33

Spiegelelement

34

Strahlenteiler

35

Nano-Antenne

36

Halbleitermedium

37

Block

Claims (10)

1. Radarsensorvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit zumindest: - einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (3), welche zum Erzeugen eines elektrischen Steuersignals (7) für eine Sendeeinrichtung (4) der Radarsensorvorrichtung (2) ausgebildet ist; - einer Lasereinrichtung (8), welche in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal (7) ein optisches Übertragungssignal (9) zum Übertragen an die Sendeeinrichtung (4) erzeugt; - einer Transformationseinrichtung (6) mit zumindest einem ersten optischen Ringresonator (10), welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal (9) einen Pulszug (11) erzeugt, wobei die Transformationseinrichtung (6) zusätzlich zum Erzeugen eines elektrischen Aussendesignals (12) in Abhängigkeit von dem Pulszug (11) für die Sendeeinrichtung (4) ausgebildet ist; - der Sendeeinrichtung (4), welche zum Aussenden des elektrischen Aussendesignals (12) in eine Umgebung (13) des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildet ist; und - einer Empfangseinrichtung (5) zum Empfangen eines zum elektrischen Aussendesignal (12) korrespondierenden und in der Umgebung (13) reflektierten elektrischen Empfangssignals (14) und zum Übertragen des elektrischen Empfangssignals (14) an die zentrale elektronische Recheneinrichtung (3).
2. Radarsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (6) ein optisches Kopplungselement (17) aufweist, welches zum Einkoppeln des optischen Übertragungssignals (9) zumindest in den ersten optischen Ringresonator (10) ausgebildet ist.
3. Radarsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (6) eine optische Photodiode (22) zum Erzeugen des Aussendesignals (12) in Abhängigkeit von dem Pulszug (11) aufweist.
4. Radarsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (4) und die Empfangseinrichtung (5) als gemeinsames Bauteil ausgebildet sind.
5. Radarsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (6) zumindest einen weiteren optischen Ringresonator (29) aufweist, welcher unterschiedlich ausgebildet ist zum ersten optischen Ringresonator (10), wobei der Pulszug (11) in Abhängigkeit von dem ersten optischen Ringresonator (10) und dem weiteren optischen Ringresonator (29) erzeugt ist.
6. Radarsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (6) eine Heterodyndetektionseinrichtung (26) oder eine Homodyndetektionseinrichtung zum Erzeugen des Aussendesignals (12) aufweist.
7. Radarsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (6) zumindest ein dispersives Element (28) aufweist, welches zum Erzeugen zumindest eines Frequenzchirps (27) in Abhängigkeit von dem Pulszug (11) ausgebildet ist.
8. Radarsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (6) zumindest einen zweiten optischen Ringresonator (24) aufweist, wobei mittels des zweiten optischen Ringresonators (24) ein zweiter Pulszug (25), welcher unterschiedlich ist als der Pulszug (11), erzeugt ist, wobei mittels einer Heterodyndetektionseinrichtung (26) der Transformationseinrichtung (6) in Abhängigkeit von dem Pulszug (11) und dem zweiten Pulszug (25) der Frequenzchirp (27) erzeugt ist.
9. Radarsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (6) zumindest zwei Nano-Antennen (35) auf einem Halbleitermedium (36) zum Erzeugen des Aussendesignals (12) in Abhängigkeit von dem Pulszug (11) aufweist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten: - Erzeugen eines elektrischen Steuersignals (7) für eine Sendeeinrichtung (4) der Radarsensorvorrichtung (2) mittels einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (3) der Radarsensorvorrichtung (2); - Erzeugen eines optischen Übertragungssignals (9) in Abhängigkeit von dem elektrischen Steuersignal (7) zum Übertragen an die Sendeeinrichtung (4) mittels einer Lasereinrichtung (8) der Radarsensorvorrichtung (2); - Erzeugen eines Pulszugs (11) in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal (9) mittels einer Transformationseinrichtung (6) der Radarsensorvorrichtung (2) mit zumindest einem ersten optischen Ringresonator (10), wobei zusätzlich ein elektrisches Aussendesignal (12) in Abhängigkeit von dem Pulszug (11) für die Sendeeinrichtung (4) mittels der Transformationseinrichtung (6) erzeugt wird; - Aussenden des elektrischen Aussendesignals (12) in eine Umgebung (13) des Kraftfahrzeugs (1) mittels der Sendeeinrichtung (4); und - Empfangen eines zum elektrischen Aussendesignal (12) korrespondierenden und in der Umgebung (13) reflektierten elektrischen Empfangssignals (14) mittels einer Empfangseinrichtung (5) der Radarsensoreinrichtung (2) und Übertragen des elektrischen Empfangssignals (14) an die zentrale elektronische Recheneinrichtung (3) mittels der Empfangseinrichtung (5).

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