DE102022202023A1 - Radarsensorvorrichtung, Radarsystem mit einer Radarsensorvorrichtung, Fahrzeug mit einem Radarsystem, sowie Verfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radarsensorvorrichtung (3) für ein Fahrzeug (1) mit:- einem optischen Eingang (9) zum Empfangen eines ersten optischen Übertragungssignals (6) und eines zum ersten optischen Übertragungssignal (6) unterschiedlichen zweiten optischen Übertragungssignals (7);- einer Sendeeinrichtung (15) zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals (17), welches auf dem ersten und/oder zweiten Übertragungssignal (6, 7) basiert; und- einer Empfangseinrichtung (16) zum Empfangen eines zum Radar-Aussendesignals (17) korrespondierenden elektrischen Empfangssignals (19); gekennzeichnet, durch- eine Transformationseinrichtung (21), welche zumindest ein Quantenelement (22) aufweist, wobei die Transformationseinrichtung (21) dazu ausgebildet ist, das Empfangssignal (19), das erste und zweite optische Übertragungssignal (6, 7) in das Quantenelement (22) einzukoppeln, wobei- das Quantenelement (22) ausgebildet ist, ein optisches Ausgangssignal (13) in Abhängigkeit von dem eingekoppelten Empfangssignal (19), dem ersten und zweiten optischen Übertragungssignal (6, 7) zu erzeugen.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem (2), ein Fahrzeug (1) sowie ein Verfahren.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem optischen Eingang zum Empfangen eines ersten optischen Übertragungssignals und eines zum ersten optischen Übertragungssignal unterschiedlichen zweiten optischen Übertragungssignals. Des Weiteren umfasst die Radarsensorvorrichtung eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals, welches auf dem ersten optischen Übertragungssignal und/oder dem zweiten optischen Übertragungssignal basiert, in eine Umgebung des Fahrzeugs. Ebenso gehört zu der Radarsensorvorrichtung eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines zum elektrischen Radar-Aussendesignal korrespondierenden und in der Umgebung reflektierten elektrischen Empfangssignals.
• Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung.
• Ebenfalls gehört zu der Erfindung ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Radarsystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung.
• Aus der US 2021/0250101 A1 ist eine Empfangsantenne bekannt. Diese umfasst einen Sondenlaser, einen Kopplungslaser, eine Atomdampfzelle, welche wiederum einen kugelförmigen oder quaderförmigen atomaren Bereich und Rydberg-Antennenatome, die einen Hochfrequenz-Übergang durchlaufen.
• Ferner offenbart die US 10,763,966 B1 eine Vorrichtung zum Umwandeln eines analogen Hochfrequenz-Signals in ein optisches Signal. Diese Vorrichtung kann eine Dampfzelle, die ein Atomgas einschließt, eine Untersuchungslichtquelle, die dazu konfiguriert ist, einen Untersuchungslichtstrahl durch die Dampfzelle zu propagieren, aufweisen. Eine Frequenz des Untersuchungslichtstrahls kann über einen Bereich abgestimmt werden, in dem die Atome von einem ersten Quantenzustand in einen zweiten Quantenzustand übergehen.
• Des Weiteren offenbart die US 2021/0286063 A1 ein Radarsystem, welches einen photonischen Kristallempfänger enthält. Das Radarsystem umfasst eine Sendestation, die dazu konfiguriert ist, Sondensignale von elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich zu imitieren. Das Radarsystem umfasst auch eine Empfangsstation, die so konfiguriert ist, dass die Rücksignale von elektromagnetischer Strahlung aus der Region verarbeitet werden können.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Radarsysteme zur Umfelderfassung kompakter und effizienter für Fahrzeuge bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch eine Radarsensorvorrichtung, ein Radarsystem, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
• Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit vorzugsweise:
• - einem optischen Eingang zum Empfangen eines ersten optischen Übertragungssignals und eines zum ersten optischen Übertragungssignal unterschiedlichen zweiten optischen Übertragungssignals;
• - einer Sendeeinrichtung zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals, welches auf dem ersten optischen Übertragungssignal und/oder dem zweiten optischen Übertragungssignal basiert, in eine Umgebung des Fahrzeugs; und
• - einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines zum elektrischen Radar-Aussendesignals korrespondierenden und in der Umgebung reflektierten elektrischen Empfangssignals; aufweisend:
• - eine Transformationseinrichtung, welche zumindest ein Quantenelement aufweist, wobei die Transformationseinrichtung dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal, das erste optische Übertragungssignal und das zweite optische Übertragungssignal in das zumindest eine Quantenelement einzukoppeln, wobei
• - das zumindest eine Quantenelement ausgebildet ist, ein optisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem eingekoppelten elektrischen Empfangssignal, dem ersten optischen Übertragungssignal und dem zweiten optischen Übertragungssignal zu erzeugen.
• Durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung können Radarsysteme kompakter realisiert werden. Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Radarsensorvorrichtung einen hohen, insbesondere den höchsten, Grad der Miniaturisierung auf Chipebene. Des Weiteren kann durch die Radarsensorvorrichtung eine Erhöhung der Detektionswahrscheinlichkeit durch Nutzung atomarer Resonanzen erreicht werden. Des Weiteren kann die Radarsensorvorrichtung dazu verwendet werden, um Radarsysteme in ihren Bauteilen zu vereinfachen. Somit kann die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung ohne komplexe Elektronik beziehungsweise Optik auskommen, da dies speziell erst in einer zu der Radarsensorvorrichtung verschiedenen Zentraleinheit benötigt wird. Ebenso denkbar ist, dass mithilfe der Radarsensorvorrichtung eine Ausweitung auf Lidar und Kamera in einem Sensor erreichbar ist.
• Mithilfe der Radarsensorvorrichtung kann eine Erhöhung der Detektionsempfindlichkeit von Terahertz-Antennen und Gigahertz-Antennen von Radarsystemen erreicht werden. Des Weiteren kann eine Vergrößerung des detektierbaren Spektralbereichs von Nanometer-Wellenlängen bis Mikrometer-Wellenlängen erreicht werden. Insbesondere kann die Radarsensorvorrichtung als Quantensensor verwendet werden, mit welchem Detektoren für den Terahertz-Spektralbereich und Gigahertz-Spektralbereich aufgebaut werden können. Diese Detektoren können beispielsweise in einem Array integriert werden. Hierzu kann beispielsweise elektromagnetisch-induzierte Transparenz (EIT) zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung mittels des AC-Stark-Effekts verwendet werden.
• Insbesondere kann mithilfe der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung eine Quantenkamera realisiert werden.
• Durch die Transformationseinrichtung und insbesondere das Quantenelement, kann die Limitierung in der Signalverstärkung gegenüber konventionellen elektrischen und/oder dielektrischen Antennen verhindert werden. Ebenso ermöglicht die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung, dass die Nachteile von bisherigen Antennen für das Empfangen von Strahlungen im Gigahertz-Bereich große geometrische Abmessungen aufweisen müssen. Diese Abmessungen betragen oft mehrere Millimeter. Dies kann durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung verhindert werden. Für die Realisierung hochauflösender RadarSysteme werden im Automobilbereich Mikrostreifenleitersysteme verwendet. Diese resultieren in 3D-Leiterstrukturen für Strahlung im Mikrometer-Wellenbereich, welche zusätzlichen dreidimensionalen Bauraum benötigen. Dies kann ebenso durch die vorliegende Erfindung gelöst werden. Des Weiteren kann die Limitierung des detektierbaren Spektralbereichs durch Antennengeometrie durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung gelöst werden.
• Durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung kann ein Radar beziehungsweise Radarsystem für ein Fahrzeug kompakter bereitgestellt werden, wobei ein Leistungsbedarf reduziert werden kann. Insbesondere weist die Radarsensorvorrichtung einen geringeren Bauraum beziehungsweise Platzbedarf auf, so dass die Radarsensorvorrichtung für Radarsysteme in Fahrzeugen platzsparender verwendet werden kann.
• Beispielsweise kann durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung erreicht werden, dass Standard-Telekommunikationslaser in der Radarsensorvorrichtung verwendet werden können. Insbesondere entfällt somit ein aufwendiges und kostenintensives Design von Gigahertz-Schaltkreisen zur Frequenzkonversation von RF-Signalen mit optischen Trägern. 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 beispielsweise den oder die Epic-Chips. Eine Ringleitung ist insbesondere sehr einfach realisierbar, wobei der hohe Gütefaktor des optischen Ringresonators einen geringen Leistungsbedarf des Lasers bedingt, so dass Kopplungsverluste kompensiert werden können und viele Chips mit einer Quelle betrieben werden können. Das Gigahertz-Signal ist insbesondere inhärent und stabil. Insbesondere kann ein rauscharmes Signal bereitgestellt werden. Mit Hilfe der Transformationseinrichtung kann eine SNR („Signal-Noise-Ratio“) erhöht werden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung polarisationssensitiver. Des Weiteren benötigt die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung einen geringen Leistungsbedarf und insbesondere einen geringeren Bauraum.
• Insbesondere können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung auf einem einzigen Halbleiter-Chip beispielsweise in einen CMOS, SiM-CMOS, Bi-CMOS, Hybrid-Bi-CMOS oder mit Prozessen auf photonisch-elektronisch kointegrierten Chips integriert werden. Somit kann beispielsweise mit Hilfe der Erfindung eine Radarsensorvorrichtung durch Massenfertigung mittels standardisierter Halbleiter-Prozesse hergestellt werden.
• Insbesondere kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung eine Frequenzkonversion eines Terahertz-Trägersignals in dem Gigahertz-Frequenzbereich nach optischer Signalübertragung und umgekehrt Empfang von Gigahertz-Signalen mit Modulation auf Terahertz-Trägersignal durchgeführt werden.
• Durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung kann eine photonisch-elektronische Kointegration von Ringresonatoren in Halbleitern als Antennenstruktur und zur Frequenzkonversation realisiert werden. Insbesondere kann die vorgeschlagene Radarsensorvorrichtung in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Insbesondere kann die Radarsensorvorrichtung bei beispielsweise zumindest teilweise autonom betriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Für eine solche automatisierte Fahrt ist eine sichere Umfeldwahrnehmung nötig, welche durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung erreicht werden kann. Dabei kann das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mittels Sensoren, wie Radar, Lidar und Kamera, erfasst werden. Dies könnten Beispiele für das Einsatzgebiet der Radarsensorvorrichtung sein. Durch die Radarsensorvorrichtung kann eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung durchgeführt werden, so dass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können.
• Dies kann durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung verbessert werden. Durch die Transformationseinrichtung kann eine Limitierung des detektierbaren Spektralbereichs durch Antennengeometrie reduziert werden.
• Insbesondere kann die Radarsensorvorrichtungen bei beispielsweise zumindest teilweise autonom betriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Um jedoch eine solch automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdingbar. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mit Hilfe von Sensoren, wie Radar, Lidar oder Kamera, erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, so dass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Hierzu kann die Radarsensorvorrichtung verwendet werden. Insbesondere dem Lidar kommt in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende zu, da dieser Sensortyp präziser in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und ihrem Aufbau aufwendig. Insbesondere eine 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 Lidarsensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen, wie Regen, Nebel oder direkte Sonneneinstrahlung. Hierzu kann die Radarsensorvorrichtung Abhilfe schaffen.
• Radarsensoren beziehungsweise Radarsensorvorrichtungen sind ebenfalls im 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. Allerdings ist gemäß dem Stand der Technik das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere sind im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen im Winkel von etwa 7 Grad ausgebildet. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist es vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung dreidimensionale Bilder mit einer hohen Winkelauflösung 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 grob ist. Genau greift die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung vorteilhaft ein.
• Die Radarsensorvorrichtung kann als photonische Radarsensorvorrichtung ausgebildet sein, welche eine Erhöhung des Auflösungsvermögens realisiert, indem elektronische und photonische Komponenten in einem einzigen Halbleiter-Chip kointegriert werden. Die Verfolgung eines FMCW-Signals sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung werden dabei Zustand die Zentralstation durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul weist einen elektronisch-photonisch kointegrierten Chip, einen sogenannten Epic-Chip, auf. Für den Kointegration wird eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik 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 zentralelektronische Recheneinrichtung bezeichnet werden kann, erzeugt eine optische Trägerfrequenz in Terahertz. Auf diese wird das übertragene Signal mit einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und die optische Faser an die Antennen-Chips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, so dass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert.
• Eine solche Ausführung ist jedoch sehr aufwendig in der Implementierung von Gigahertz-Elektronik auf Chip-Ebene. Insbesondere die auf dem Chip stattfindende Frequenzvervielfachung nach Detektion durch eine Photodiode ist technisch herausfordernd und stellt eine hohe Herausforderung hinsichtlich der Gigahertz-Signalerzeugung mit hohem Signal-zu-Rauschverhältnis 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 den Laser, gesetzt, da viel optische Leistung benötigt wird, um ein hochpräzises Gigahertz-Signal zu erzeugen, was Ringleitungen mit der einzigen Phase für einen Radar-Array mit vielen verteilten Radars-Halbleiter-Chips schwer realisierbar macht. Insbesondere werden weiterhin zwei photonisch-elektronische Halbleiter-Chips für einen jeweiligen Sende- und Empfangskanal benötigt, was zu weiteren Kostenaufwenden führt. Die soeben genannten Probleme werden durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gelöst.
• Insbesondere nutzt die Erfindung, dass mittels atomarer Ensembles hochpräzise Detektion elektromagnetischer Strahlung erreicht werden kann. Dabei können beispielsweise gekoppelte quantenmechanische Zustände in Atomen, hochangeregten Atomen, Rydberg-Atome, Molekülen, Lösungen, Systemen, welche dem Quantum-Konfidentment unterliegen und beispielsweise Quantenelemente verwendet werden. Diese quantenmechanischen Zustände können dazu verwendet werden, um mittels elektromagnetisch induzierter Transparenz und des AC-Stark-Effekts elektromagnetische Strahlung zu detektieren.
• Unter dem elektromagnetisch induzierten Transparent-Effekt kann beispielsweise verstanden werden, dass ein Probelaser (Y_P1) und ein Kopplungslaser (Y_P2), welche beispielsweise Bestandteil einer Lasereinrichtung sind, auf ein atomares System mit den Energiezuständen E₀, E₁ und E₂ gestrahlt werden. Der Kopplungslaser Y_P2 koppelt die Zustände E₁ und E₂ (sogenannte „Coupled States“ oder „dressed States“), sodass das Elektron durch Absorption je eines Photons des Probe- und Kopplungslasers den Übergang von E₀ nach E₂ vollziehen kann. Ist der Zustand E₂ langlebig, beispielsweise metastabiler Zustand, so wird das System transparent für den Probelaser Y_P1, da kein Elektron mehr vorhanden ist, welches eine Probelaserphoton absorbieren könnte und der Übergang E₂ nach E₀ verboten ist (der sogenannte „Dark State“), sodass keine Repopulation des Energiezustands E₀ erfolgen kann. Beispielsweise können mithilfe des Kopplungslasers und des Probelasers die optischen Übertragungssignale erzeugt werden. Des Weiteren kann sich ein Minimum im Absorptionsspektrum bilden, sodass mehr Photonen des Probelasers durch das Ensemble ohne Wechselwirkung propagieren. Diese Intensitätsänderung ist im Absorptionsspektrum des Probelasers detektierbar.
• Werden nun diese gekoppelten Zustände verwendet und ein zusätzliches externes elektromagnetisches Feld, wie beispielsweise das elektrische Empfangssignal, eingestrahlt, beispielsweise mit einer Frequenz von 70 Gigahertz, so erfährt das Energieniveau E₂ aufgrund des AC-Stark-Shift-Effekts eine Verschiebung zu E₃, sodass sich das Transmissionsspektrum im Frequenzraum aufspaltet (das sogenannte Spectral Splitting).
• Unter dem Stark-Effekt ist in der Atomphysik die Verschiebung und Aufspaltung von atomaren beziehungsweise molekularen Spektrallinien im statischen elektrischen Feld gemeint. Mithilfe der elektromagnetisch indizierten Transparenz kann der Effekt beschrieben werden, dass eine Wechselwirkung zwischen einem schwachen Laserfeld und einem atomaren Medium durch ein zweites Laserfeld kohärent gesteuert und manipuliert werden kann. Dies bedient sich die erfindungsgemäße Transformationseinrichtung.
• Neben dem AC-Stark-Effekt gibt es ebenso den Autler-Townes-Effekt. Mithilfe des AC-Stark-Shifts beziehungsweise AC-Stark-Effekts kann eine energetische Verschiebung des Energieniveaus E₂ zu E₃ erfolgen, sodass das Transmissionsspektrum gespaltet wird und sich ein Minimum um die Probelaserwellenlänge bildet.
• Beispielsweise kann eine Singulett-Struktur des Absorptionsspektrums als Funktion der Frequenz um die Zentralfrequenz dargestellt beziehungsweise repräsentiert werden. Die transmittierte Strahlung ist um die Zentralfrequenz maximal. Im die externe elektromagnetische Strahlung angeregten Zustand verschiebt sich die Resonanzfrequenz, sodass eine spektrale Aufspaltung in die Zentralfrequenz entsteht. Die Amplitude der transmittierten Strahlung verringert sich. Durch zeitaufgelöste Messung des Leistungsspektrums kann die Phase der eingefangenen Strahlung rekonstruiert werden. Das Maximum gibt durch den vorher definierten atomaren Übergang nach E₃ Aufschluss über die Frequenz des externen Feldes.
• Die Breite der spektralen Aufspaltung Δf ist dabei gegeben durch $$\Delta \text{f}=\frac{\left|\text{E}\right|}{2\mathrm{\pi }h}\text{D}\frac{{\mathrm{\lambda }}_2}{{\mathrm{\lambda }}_1}$$

  

  wobei E die elektrische Feldstärke des elektrischen elektromagnetischen Feldes, beispielsweise Mikrowellenlängenstrahlung, D ein atomares Dipolmoment für den durch die externe elektromagnetische Strahlung induzierten Übergang, hier beispielsweise im Mikrowellen-Wellenbereich von 70 Gigahertz, λ₁, die Wellenlänge des Probelasers und λ₂ die Wellenlänge des Kopplungslasers beschreiben.
• Bei einem zeitlichen Verlauf des externen elektromagnetischen Feldes (Übergang von E nach E(t)) kann bei hinreichend schnellem Sampling beziehungsweise Abtastung der Phasenverlauf des externen Feldes gemessen werden. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, folgende zusätzliche Parameter zu messen, die die Frequenz des externen Feldes bei Vergleich mit bekannten Spektrallinien, wie zum Beispiel integrierter optischer Frequenzkamm auf Halbleiterbasis, dem Phasenverlauf des externen Feldes, dem Amplitudenverlauf des externen Feldes und einem RCS-Wert (engl. „radar cross section”).
• Durch diese zusätzlichen Parameter kann das externe elektromagnetische Feld, insbesondere vollständig, charakterisiert werden. Durch dies können mithilfe der Radarsensorvorrichtung Radarinformationen in der Umgebung des Fahrzeuges gewonnen werden.
• Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (IC) aufweisen. Insbesondere können alle Komponenten der Radarsensorvorrichtung auf einem einzigen Chip integriert sein. Anderenfalls kann beispielsweise die Sendeeinrichtung als integrierter Schaltkreis beziehungsweise Chip und die Empfangseinrichtung als ein integrierter Schaltkreis beziehungsweise Chip ausgebildet sein. Insbesondere kann die Transformationseinrichtung Bestandteil der Empfangseinrichtung sein.
• Insbesondere kann die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung für elektromagnetische Anwendungen oder optische Anwendungen verwendet werden.
• Die optischen Übertragungssignale können mit einer Lasereinrichtung, insbesondere mittels eines Probelasers und Kopplungslasers, wie sie vorhin geschildert wurden, erzeugt werden. In Abhängigkeit von zumindest einem der Übertragungssignale kann das elektrische Radar-Aussendesignal erzeugt beziehungsweise modelliert werden. Dieses kann mithilfe der Sendeeinrichtung beziehungsweise einer Sendeeinheit beziehungsweise eines Sendemoduls in der Umgebung des Fahrzeuges ausgesendet werden. Dieses ausgesendete Signal kann in der Umgebung des Fahrzeugs beispielsweise durch Objekte reflektiert werden. Diese Reflexionen können mithilfe der Empfangseinrichtung beziehungsweise des Empfangsmoduls empfangen werden. Hierzu dient insbesondere die Transformationseinrichtung.
• Insbesondere ist das zumindest eine Quantenelement Bestandteil der, insbesondere elektronischen, Transformationseinrichtung.
• Durch die Transformationseinrichtung kann beispielsweise das zumindest eine Quantenelement als Antenne verwendet werden. Somit kann die Radarsensorvorrichtung auf zusätzliche Antennen verzichten. Somit kann die Radarsensorvorrichtung kompakter konzipiert werden.
• Mit anderen Worten ausgedrückt handelt es sich bei der Empfangseinrichtung und der Transformationseinrichtung um eine Antennenstruktur beziehungsweise Antennenanordnung zum Empfangen von Signalen. Somit kann beispielsweise auf zusätzliche Bauteile zum Empfangen von Strahlungen beziehungsweise Signalen in der Umgebung des Fahrzeuges verzichtet werden.
• Bei dem zumindest einen Quantenelement kann es sich um eine nanoskopische Materialstruktur handeln. Diese kann beispielsweise anhand Halbleitermaterialien gebildet sein. Hierzu können beispielsweise InGaAs, CdSe oder auch GalnP/lnP verwendet werden. Ladungsträger in einem solchen Quantenelement sind in ihrer Beweglichkeit in alle drei Raumrichtungen so weit eingeschränkt, dass ihre Energie nicht mehr kontinuierlich, sondern nur noch diskrete Werte annehmen kann. Das Quantenelement verhält sich also ähnlich wie Atome, jedoch kann ihre Form, Größe oder die Anzahl von Elektronen in ihnen beeinflusst werden. Dadurch lassen sich elektronische und optische Eigenschaften maßschneidern. Durch die Verwendung des Quantenelements kann die Radarsensorvorrichtung minimalisiert werden.
• In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Transformationseinrichtung dazu ausgebildet ist, das erste optische Übertragungssignal und das zweite optische Übertragungssignal derart in das zumindest eine Quantenelement einzukoppeln, dass in dem zumindest einen Quantenelement eine elektromagnetisch induzierte Transparenz entsteht. Somit wird mithilfe der optischen Übertragungssignale wechselweise ein Kopplungslaser und ein Probelaser in das zumindest eine Quantenelement eingekoppelt, sodass die elektromagnetisch induzierte Transparenz in dem zumindest einen Quantenelement entsteht, wenn das elektrische Empfangssignal zusätzlich als elektromagnetisches Feld in das Quantenelement eingekoppelt wird. Insbesondere können die optischen Übertragungssignale über Kopplungsstellen in das zumindest eine Quantenelement eingekoppelt werden.
• In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass das erste optische Übertragungssignal und das zweite optische Übertragungssignal zueinander unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Dies ist insbesondere für die Erzeugung der elektromagnetisch induzierten Transparenz von Bedeutung. Somit kann beispielsweise das erste Übertragungssignal als Probelaser und das zweite Übertragungssignal als Kopplungslaser bezeichnet werden. Mit diesen können insbesondere verschiedene Energiezustände in das zumindest eine Quantenelement eingekoppelt werden.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das zumindest eine Quantenelement als Quantendraht, Quantenpunkt oder Quantentopf ausgebildet ist. Mithilfe der verschiedenen Möglichkeiten einer Quantenstruktur des Quantenelements kann auf besonders vorteilhafte Weise eine elektromagnetisch induzierte Transparenz erzeugt werden. Diese dient zur Detektion elektromagnetischer Strahlung. Somit kann mithilfe des Quantenelements als Radarsensorvorrichtung eine Quantenkamera realisiert werden. Insbesondere ermöglicht die Verwendung des zumindest einen Quantenelements für das Empfangen von Radarwellen beziehungsweise Radarstrahlung eine Erhöhung der Detektionsempfindlichkeit der Radarsensorvorrichtung und insbesondere einen minimalistischen Aufbau. Mithilfe des zumindest einen Quantenelements kann beispielsweise die Radarsensorvorrichtung als Quantensensor bezeichnet beziehungsweise realisiert werden.
• Unter einem Quantendraht (englisch: Quantum Layer) ist eine räumliche Potentialstruktur zu verstehen, bei der Bewegungsfreiheit von Ladungsträgern auf eine Dimension eingeschränkt wird. Quantendrähte können beispielsweise als kristalline Quantendrähte hergestellt werden, wenn die De-Broglie-Wellenlänge der Ladungsträger im betrachteten Material deutlich oberhalb atomarer Dimensionen liegt. Kristalline Quantenträger können des Weiteren in die diffusiven und ballistischen Quantendrähte unterteilt werden. Des Weiteren können Quantendrähte in Halbleiter-Heterostrukturen hergestellt werden.
• Unter einem Quantentopf (englisch: Quantum Well) versteht man einen Potentialverlauf, der die Bewegungsfreiheit eines Teilchens in einer Raumdimension einschränkt, beispielsweise in z-Richtung, sodass nur eine planare Region (x-, y-Ebene) besetzt werden kann. Die Breite des Quantentopfes bestimmt maßgeblich die quantenmechanischen Zustände, die das Teilchen einnehmen kann. Beispielsweise kann ein Quantentopf nur diskrete Energiewerte annehmen.
• Beispielsweise können mittels der Halbleitertechnologie Quantentöpfe hergestellt werden, indem eine Schicht eines Halbleiters geringer Bandlücke, wie beispielsweise GaAs zwischen zwei Schichten eines Halbleiters größerer Bandlücke, wie beispielsweise AiGaAs, eingebettet wird. Aus diesem Grund wird die so entstehende Struktur oft auch als Quantenfilm bezeichnet. Ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung solcher Strukturen ist die Molekularstrahlepitaxie, die Schichtdickenkontrolle bis in den Bereich von Einzelschichten ermöglicht. Beispielsweise können des Weiteren Quantentöpfe bei Quanten-Kaskaden-Laser, Diodenlaser oder Quantentopf-Infrarot-Photodetektor angewendet werden.
• Unter einem Quantenpunkt (englisch: Quantum Dot) kann eine nanoskopische Materialstruktur verstanden werden, in dem Ladungsträger in ihrer Beweglichkeit in allen drei Raumrichtungen so weit eingeschränkt sind, dass sie Energie nicht mehr kontinuierlich, sondern nur noch in diskreten Werten annehmen kann.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein Halbleiterwerkstoff des zumindest einen Quantenelements zumindest anteilig, insbesondere vollständig, aus Indiumarsenid (InAs), Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumgalliumarsenid (InGaAs) gebildet ist. Je nach Anwendungsfall kann das zumindest eine Quantenelement vollständig aus einem dieser Halbleiterwerkstoffe gebildet sein oder es kann auch ein Gemisch aus zumindest zwei dieser Halbleiterwerkstoffe sein. Insbesondere sind diese Halbleiterwerkstoffe bevorzugte Halbleiterwerkstoffe in der Radartechnologie. Insbesondere können jeweils noch weitere hier nicht genannte Halbleiterwerkstoffe verwendet werden.
• In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Transformationseinrichtung ein erstes Kopplungselement zum Einkoppeln der optischen Übertragungssignale in das zumindest eine Quantenelement aufweist und die Transformationseinrichtung ein zum ersten Kopplungselement unterschiedliches zweites Kopplungselement zum Auskoppeln des optischen Ausgangssignals aus dem zumindest einen Quantenelement und zum Bereitstellen des optischen Ausgangssignals an einen optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung aufweist.
• Bei dem ersten Kopplungselement und dem zweiten Kopplungselement kann es sich beispielsweise um Wellenleiterstrukturen beziehungsweise lineare Wellenleiter handeln. Mit diesen können zum einen die Übertragungssignale in das Quantenelement eingekoppelt werden. Somit können mithilfe des ersten Kopplungselements die Übertragungssignale von dem optischen Eingang hin zum Quantenelement geführt beziehungsweise geleitet werden. Mithilfe des zweiten Kopplungselements kann nach der Erzeugung des Ausgangssignals dieses an den optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung übertragen beziehungsweise geleitet werden. Insbesondere kann es sich bei den Kopplungselementen um optische Elemente oder optische Pfade handeln.
• In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass eine optische Modulationseinheit, welche ausgebildet ist, eine Amplitude, eine Polarisation, eine Frequenz und/oder eine Phase des optischen Ausgangssignals zu beeinflussen. Insbesondere weist die Radarsensorvorrichtung die optische Modulationseinheit auf. Mithilfe der optischen Modulationseinheit kann also das optische Ausgangssignal angepasst, insbesondere moduliert werden. Insbesondere kann die optische Modulationseinheit zusätzlich dazu verwendet werden, um eine Datenübertragung an eine zu der Radarsensorvorrichtung körperlich getrennte Zentraleinheit zu ermöglichen. Somit kann mithilfe der optischen Modulationseinheit das optische Ausgangssignal noch aufbereitet werden, um dies für die spätere Auswertung der Radarinformationen besser verwenden zu können.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung als ein Ein-Chip-System oder als ein Multi-Chip-System ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung als eine Einheit ausgebildet sein, sodass beispielsweise die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung als Empfangsmodul und ein Sendemodul auf einer Einheit beziehungsweise einem Chip integriert sind. Ebenso denkbar ist, dass die Radarsensorvorrichtung mehrere Sendemodule und Empfangsmodule aufweist.
• Des Weiteren ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das zumindest eine Quantenelement zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, eine reflektierende Beschichtung und/oder dichroitische Beschichtung aufweist. Die dichroitische Beschichtung kann beispielsweise dafür verwendet werden, dass nur bestimmte Wellenbereiche der empfangenen Strahlung durchgelassen werden und andere vorgegebenen Wellenbereiche reflektiert werden. Dieses Reflektieren besonderer Wellenstrahlungen von einem bestimmten Wellenbereich kann durch die reflektierende Beschichtung ebenfalls erfolgen. Somit kann durch die jeweilig verwendete Beschichtung festgelegt beziehungsweise vorgegeben werden, welche Strahlung beziehungsweise welches elektromagnetische Feld in das Quantenelement eindringen beziehungsweise einkoppeln kann.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Radarsystem mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon und eine zentrale elektronische Recheneinrichtung, wobei
• - die zentrale elektronische Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, die optischen Übertragungssignale für die Radarsensorvorrichtung zu erzeugen und das optische Ausgangssignal zu empfangen,
• - die zentral elektronische Recheneinrichtung jeweils über zumindest eine Glasfaser mit dem optischen Eingang und dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist, und
• - die zentral elektronische Recheneinrichtung eine optische Empfangseinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Ausgangssignal über die zumindest eine Glasfaser, welche mit dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist, zu empfangen.
• Solch ein Radarsystem kann insbesondere in Kraftfahrzeugen oder in automatisierten Systemen oder in der Luftfahrtechnik oder in der Raumfahrtechnik eingesetzt werden. Weitere Möglichkeiten der Ausführungen gemäß dem erfindungsgemäßen Radarsystem und/oder der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung könnten zur polarisationssensitiven Detektion durch Ausformung der Antennengeometrie verwendet werden.
• Ebenso könnte eine Anwendung in der Datenübertragung in 5G-Frequenzband oder darüber hinaus sein. Ebenfalls könnten mit solch einer Verwendung eines optischen Ringresonators als Empfangsantenne Datenübertragungen für Car-2-X-Anwendungen, wie beispielsweise Software-Updates, Karten-Updates, Infrastruktursignale verwendet werde. Ebenso könnte die Radarsensorvorrichtung als passives Detektorelement zur Umfeldwahrnehmung verwendet werden. Ebenso denkbar ist, dass diese zur Detektion von emittierter Strahlung zur Kommunikation, wie Funk, Telekommunikation, Satellitenkommunikation oder vergleichbaren Kamerasystemen verwendet wird.
• Insbesondere kann das soeben vorgeschlagene Radarsystem die nach dem vorherigen Aspekt geschilderte Radarsensorvorrichtung aufweisen. Insbesondere kann das Radarsystem mehrere Radarsensorvorrichtungen aufweisen.
• Bei der Radarsensorvorrichtung kann es sich um eine kointegrierte Sendeeinheit und/oder Empfangseinrichtung handeln, welche eine spezielle Struktur beziehungsweise Anordnung eines optischen Ringresonators als Antenne verwendet.
• Das Radarsystem ist insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen von Vorteil, da am Kraftfahrzeug umlaufend verteilte Sensorsysteme benötigt werden, um eine effiziente Umfeldwahrnehmung vornehmen zu können. Somit können mehrere Radarsensorvorrichtungen verteilt am Fahrzeug angeordnet sein, und diese können über die zentrale elektronische Recheneinrichtung kommunikativ vernetzt sein. Somit benötigt das Radarsystem eine, insbesondere einzige, zentrale elektronische Recheneinrichtung, insbesondere eine Zentralstation. Mit Hilfe der zentralen elektronischen Recheneinrichtung können die verschiedensten Radarsensorvorrichtungen mittels des optischen Übertragungssignals versorgt, und die zentrale elektronische Recheneinrichtung kann in den jeweiligen optischen Ausgängen der Radarsensorvorrichtungen die optischen Ausgangssignale oder andere Signal empfangen.
• Insbesondere handelt es sich bei der zentralen elektronischen Recheneinrichtung um eine zur Radarsensorvorrichtung verschiedene körperlich getrennte Einheit. Insbesondere ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung nicht Bestandteil der Radarsensorvorrichtung. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung kann im Vergleich zu der Radarsensorvorrichtung ein dazu verschiedener Halbleiter-Chip beziehungsweise integrierter Schaltkreis sein.
• Beispielsweise kann mit Hilfe der zentralen elektronischen Recheneinrichtung eine Verfolgung eines FMCW-Signals (engl. „frequency modulated continuous wave signal“) sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung durchgeführt werden. Mit Hilfe der Radarsensorvorrichtung können wiederum die Sende- und Empfangsoperationen durchgeführt werden.
• Insbesondere kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung eine optische Trägerfrequenz, insbesondere das optische Übertragungssignal, in Terahertz-Frequenzbereich erzeugen. Auf diese wird das zu übertragende Signal, insbesondere das optische Übertragungssignal, mit einem Achtel der Radarfrequenz des Radarsystems moduliert und die optische Phase oder Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation an die Radarsensorvorrichtung gesendet beziehungsweise übertragen. Auf diesem Weg findet eine Frequenz-Verachtfachung statt, so dass die Radarstrahlung, insbesondere das Radar-Aussendesignal, ausgesendet werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation, insbesondere der zentralen elektronischen Recheneinrichtung, prozessiert.
• Die zentrale elektronische Recheneinrichtung ist über eine oder mehrere Glasfasern mit dem optischen Eingang und dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt. Folglich wird das optische Übertragungssignal, welches durch die zentrale elektronische Recheneinrichtung erzeugt wurde, in die Glasfaser eingekoppelt und über optische Signalübertragung an den optischen Eingang der Radarsensorvorrichtung übertragen. Somit erfolgt die Übertragung des Trägersignals beziehungsweise Radartreibersignals über optische Übertragungswege. Insbesondere kann es sich bei der Glasfaser um eine Glasfaserleitung handeln. Ebenfalls ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung über eine Glasfaser mit dem optischen Ausgang gekoppelt. Infolgedessen kann die Radarsensorvorrichtung, insbesondere die Modulationseinrichtung der Radarsensorvorrichtung, das optische Ausgangssignal in die Glasfaser einkoppeln und in die zentrale elektronische Recheneinrichtung zum Auswerten der empfangenen Radarstrahlung übertragen.
• In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die zentrale elektronische Recheneinrichtung eine Lasereinrichtung aufweist, welche einen Kopplungslaser zum Erzeugen des ersten Übertragungssignals und einen Probelaser zum Erzeugen des zweiten optischen Übertragungssignals aufweist. Ebenso denkbar ist, dass mit dem Probelaser das erste optische Übertragungssignal und mit dem Kopplungslaser das zweite optische Übertragungssignal erzeugt werden. Des Weiteren ist die Lasereinrichtung eingerichtet, die optischen Übertragungssignale in die zumindest eine Glasfaser, welche mit dem optischen Eingang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist, einzukoppeln. Beispielsweise kann die Lasereinrichtung zusätzlichen einen optischen Frequenzkamm aufweisen. Des Weiteren kann die Lasereinrichtung für das Einkoppeln der Übertragungssignale in die zumindest eine Glasfaser einen optischen Switch beziehungsweise eine Vermittlungsstelle beziehungsweise einen Verbindungsknoten aufweisen, mit welchem beispielsweise die optischen Übertragungssignale beziehungsweise die optischen Signale an die Radarsensorvorrichtung, insbesondere an Empfangs- und Sendemodule übermittelt werden können. Somit können mithilfe des optischen Switch die optischen Übertragungssignale an mehrere Sende- und/oder Empfangsmodule übertragen werden. Ebenso denkbar ist, dass diese optischen Übertragungssignale mehreren Radarsensorvorrichtungen zur Verfügung gestellt werden.
• Insbesondere kann das Einkoppeln der optischen Übertragungssignale in Abhängigkeit von elektrischen Steuersignalen einer Diagnoseeinheit und/oder einer Kontrolleinheit erfolgen.
• Insbesondere kann mit Hilfe der Lasereinrichtung, welche insbesondere ein CW-Laser sein kann, das optische Übertragungssignal in Abhängigkeit von einem Trägersignal, insbesondere in Abhängigkeit einer Trägerfrequenz, erzeugt beziehungsweise generiert werden. Hierzu kann insbesondere ein elektrisches Steuersignal berücksichtigt werden. Die optische Empfangseinheit kann zusätzlich eine Auswerteeinheit aufweisen, wobei mit der Auswerteeinheit das von der optischen Empfangseinheit empfangene optische Ausgangssignal ausgewertet werden kann.
• Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung einen Faserausgang und einen Fasereingang aufweisen.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die zentrale elektronische Recheneinrichtung eine Verarbeitungseinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal, mit welchem zumindest eine Radarinformation charakterisiert wird, für eine Signalverarbeitungseinheit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung umzuwandeln. Somit kann das optische Ausgangssignal von der Radarsensorvorrichtung an die zentrale elektronische Recheneinheit übertragen werden. Mithilfe der Verarbeitungseinheit kann die Verarbeitung der Informationen, welche mit optischen Ausgangssignalen repräsentiert werden, durchgeführt werden. Hierzu erfolgt eine Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal. Mithilfe des elektrischen Signals können anschließend die Radarinformationen, welche durch das empfangene elektrische Empfangssignal repräsentiert werden, ausgewertet werden. Diese Informationen können wiederum einer Signalverarbeitungseinheit zur Verfügung gestellt werden. Diese kann ebenso Bestandteil der elektronischen Recheneinrichtung sein. Beispielsweise kann die Bearbeitung beziehungsweise Verarbeitung des optischen Ausgangssignals mittels einer Photodiode oder einer Heterodynmessung oder einer Homodynmessung erfolgen.
• Die Auswertung des elektrischen Signals kann wiederum mittels einer digitalen Schnittstelle, wie beispielsweise einem Analog-Digital-Konverter, oder mittels FPGA (Field Programmable Gate Array) konvertiert werden. Insbesondere kann mit der Signalverarbeitungseinheit eine Digitalisierung des elektrischen Signals zur Auswertung durchgeführt werden. Des Weiteren können optische Frequenzkämme integriert werden, um breitwandige Abtastung der Frequenz des Signals, insbesondere des externen elektromagnetischen Felds, durchzuführen.
• In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die zentrale elektronische Recheneinrichtung einen Lokaloszillator aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, die Lasereinrichtung mit der Verarbeitungseinheit phasenstarr zu verbinden. Insbesondere kann mit dem Lokaloszillator eine elektronische Schnittstelle für weitere Sendeeinrichtungen bereitgestellt werden. Durch die zusätzliche Integration des Lokaloszillators oder einer Phasenkopplungseinheit können eventuelle weitere Sendekanäle, also TX-Kanäle, elektronisch oder optisch phasenstarr verbunden werden mit der zentralen elektronischen Recheneinheit. Bei der Verarbeitungseinheit kann es sich um eine Detektoreinheit handeln. Unter phasenstarr ist zu verstehen, dass Phasen zueinander konstant gehalten werden können.
• Somit können zusätzliche elektronische Schnittstellen für weitere Sendeeinrichtungen mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung verbunden werden.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Radarsystem nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus.
• Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um ein hochautomatisiertes Fahrzeug handeln. Beispielsweise können mehrere Radarsensorvorrichtungen großflächig in Array-Anordnungen in oder am Fahrzeug verteilt angeordnet werden. Hierzu kann beispielsweise eine Sparse-Array-Konfiguration verwendet werden.
• Beispielsweise können mehrere einzelne Chip-Module beziehungsweise Radarsensorvorrichtungen im Fahrzeug angeordnet sein und mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung verbunden werden. Dies kann beispielsweise für ein ADAS-System (engl. „Advanced Driver Assistance System“) des Fahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise können Radarsensorvorrichtungen, insbesondere Empfangs- und/oder Sendemodule, an Windschutzscheiben, Heckscheiben, am Fahrzeugdach oder Stoßfänger angeordnet werden.
• Somit kann das Radarsystem für die Umfelderfassung im Kraftfahrzeug beispielsweise verwendet werden.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung nach einem der vorherigen Aspekte oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon.
• Somit kann ein Verfahren zur Detektion breitbandiger Strahlung durch Nutzung elektromagnetisch induzierter Transparenz und des AC-Stark-Effekts erreicht beziehungsweise bereitgestellt werden.
• Insbesondere erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass das elektrische Empfangssignal, das erste optische Übertragungssignal und das zweite optische Übertragungssignal derart in das zumindest eine Quantenelement eingekoppelt werden, dass das elektrische Signal, das erste optische Übertragungssignal und das zweite optische Übertragungssignal mit dem zumindest einen Quantenelement in einer Wechselwirkung zueinander stehen und dadurch eine elektromagnetisch induzierte Transparenz in dem zumindest einen Quantenelement entsteht. In Abhängigkeit von der elektromagnetisch induzierten Transparenz, insbesondere des AC-Stark-Effekts, kann das optische Ausgangssignal erzeugt werden. Anschließend kann das erzeugte optische Ausgangssignal an die zentrale elektronische Recheneinrichtung übertragen und dort weiterverarbeitet werden.
• Somit erfolgen dann der Empfang des reflektierten Radarsignals und das Erzeugen des Ausgangssignals in der Radarsensorvorrichtung und die Verarbeitung erfolgt dazu in der dazu separaten und körperlich getrennten zentralen elektronischen Recheneinrichtung.
• Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte der Erfindung sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele anderer Aspekte anzusehen. Insbesondere können die jeweiligen Ausführungsbeispiele einzelner Aspekt als vorteilhafte Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte angesehen werden. Dies gilt in umgekehrter Art und Weise ebenso.
• Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Radarsensorvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Radarsystems, des Fahrzeugs sowie des Verfahrens anzusehen. Die Radarsensorvorrichtung, das Radarsystem sowie das Fahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
• Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Radarsystems, des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 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 Radarsystems, des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 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 Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Radarsystem;
• 2 eine schematische Darstellung des Radarsystems aus 1;
• 3 eine schematische Darstellung einer Empfangseinrichtung des Radarsystems aus 2;
• 4 eine schematische Darstellung einer zentral elektronischen Recheneinrichtung des Radarsystems aus 2;
• 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der zentral elektronischen Recheneinrichtung aus 4;
• 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Empfangseinrichtung aus 3;
• 7 eine schematische Darstellung einer Gaszelle der Ausführung aus 6;
• 8 eine weitere schematische Darstellung der Gaszelle der Ausführung aus 6;
• 9 eine schematische Darstellung eines Aufführungsbeispiels des Radarsystems aus 1; und
• 10 eine weitere schematische Darstellung eines Aufführungsbeispiels des Radarsystems aus 1.
• 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.
• Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 1, bei welchem es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug handeln kann. Das Fahrzeug 1 beinhaltet beispielsweise ein Radarsystem 2. Bei dem Radarsystem 2 kann es sich beispielsweise um ein Sensorsystem oder um ein Umfeldsensorsystem des Fahrzeuges 1 handeln. Hierzu kann das Radarsystem 2 beispielsweise mit einem oder mehreren Fahrerassistenzsystemen oder anderweitigen Fahrzeugsystemen kommunikativ vernetzt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Radarsystem 2 um einen Radarsensor oder um einen Lidarsensor oder um einen anderweitigen Sensortyp, insbesondere für Fahrzeuge, handeln.
• Neben dem Einsatz des Radarsystems 2 in dem Fahrzeug 1 kann dies ebenfalls in fahrzeugexternen Systemen eingesetzt werden. Hierzu darf auf Kommunikationsübertragungen beziehungsweise Telekommunikationssysteme verwiesen werden.
• Die 2 zeigt eine Beispielansicht, insbesondere eine Blockschaltbilddarstellung, des Radarsystems 2. Das Radarsystem 2 kann zumindest eine Radarsensorvorrichtung 3 und eine zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 aufweisen. Beispielsweise können die Radarsensorvorrichtung 3 und die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 separate und körperlich getrennte Einheiten sein. Bei der zentralen elektronischen Recheneinrichtung handelt es sich um eine Zentraleinheit. Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 ein elektrisches Steuersignal erzeugen, mit welchem eine Lasereinrichtung 5 angesteuert beziehungsweise gesteuert werden kann. Bei der Lasereinrichtung 5 kann es sich beispielsweise um einen CW-Laser handeln. Insbesondere kann die Lasereinrichtung 5 einen Kopplungslaser und einen Probelaser beinhalten. Insbesondere kann mithilfe der Lasereinrichtung 5 zumindest ein optisches Übertragungssignal beziehungsweise Trägersignal 6 erzeugt werden. Dabei kann mit 6 ein erstes optisches Übertragungssignal und mit 7 ein zweites optisches Übertragungssignal bezeichnet werden. Beispielsweise können die optischen Übertragungssignale 6, 7 als optische Trägersignale im Terahertz-Frequenzbereich bezeichnet werden. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 kann beispielsweise die optische Trägerfrequenz erzeugen. Auf diese optische Trägerfrequenz wird das zu übertragende Signal mit einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und beispielsweise an die Radarsensorvorrichtung 3 übertragen. Auf diese Weise kann eine Frequenzverachtfachung stattfinden. Wiederum können mithilfe der Radarsensorvorrichtung 3 Signale im Gigahertz-Frequenzbereich empfangen werden und an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 übertragen werden.
• Beispielsweise umfasst die Recheneinrichtung 4 zumindest eine Glasfaser 8, über welche die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 mit einem optischen Eingang 9 und einem optischen Ausgang 10 der Radarsensorvorrichtung 3 gekoppelt werden kann. Somit kann eine bidirektionale Signalübertragung zwischen der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 und der Radarsensorvorrichtung 3 erfolgen.
• Insbesondere umfasst die Lasereinrichtung 5 einen Probelaser 11 zum Erzeugen des ersten optischen Übertragungssignals 6 und einen Kopplungslaser 12 zum Erzeugen des zweiten optischen Übertragungssignals 7. Die optischen Übertragungssignale 6, 7 können in die zumindest eine Glasfaser 8 eingekoppelt werden. Des Weiteren ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 ausgebildet, um ein optisches Ausgangssignal 13 der Radarsensorvorrichtung 3 zu empfangen. Dies geschieht wiederum über die zumindest eine Glasfaser 8 beziehungsweise Faser. Somit weist die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 Phaseneingänge und Phasenausgänge auf. Für das Empfangen des optischen Ausgangssignals 13 kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 eine optische Empfangseinheit 14 aufweisen. Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 alle notwendigen Steuersignale und/oder Datenverarbeitungssignale bearbeiten beziehungsweise erzeugen und bereitstellen. Hierzu kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 die verschiedensten Module und/oder Schnittstellen aufweisen.
• Die Radarsensorvorrichtung 3 kann neben dem optischen Eingang 9 und dem optischen Ausgang 9 eine Sendeeinrichtung 15 und eine Empfangseinrichtung 16 aufweisen. Somit weist die Radarsensorvorrichtung 3 zumindest ein Empfangsmodul und/oder zumindest ein Sendemodul auf. Insbesondere können die Sendeeinrichtung 15 und die Empfangseinrichtung 16 auf ein und demselben Chip integriert sein. Ebenfalls denkbar ist, dass sich diese auf verschiedenen Halbleiter-Chips befinden.
• Mithilfe der Sendeeinrichtung 15 kann ein elektrisches Radar-Aussendesignal 17, welches auf dem ersten und/oder zweiten optischen Übertragungssignal 6, 7 basiert, in eine Umgebung 18 des Fahrzeugs 1 ausgesendet werden. Somit kann ein Radarsignal ausgesendet werden. Wenn nun dieses Radar-Aussendesignal 17 in der Umgebung 18 durch Objekte, wie beispielsweise Verkehrsteilnehmer, Bäume oder andere Fahrzeuge, reflektiert wird, so kann ein zum elektrischen Radar-Aussendesignal 17 korrespondierendes und in der Umgebung 18 reflektiertes elektrisches Empfangssignal 19 empfangen werden.
• Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung 15 für das Aussenden zumindest eine Antenne 20 beziehungsweise eine Antenneneinheit aufweisen.
• Beispielsweise können das ausgesendete Radar-Aussendesignal 17 und das empfangene Empfangssignal 19 im Terahertz-Frequenzbereich oder Gigahertz-Frequenzbereich liegen. Somit kann mithilfe des Radarsystems 2 eine Frequenzkonversation eines Terahertz-Trägersignals, insbesondere eines Übertragungssignals 6, 7, in dem Gigahertz-Frequenzbereich zum Aussenden durchgeführt werden. In umgekehrter Art und Weise kann das Empfangen von Gigahertz-Signalen mit Modulation auf das Terahertz-Trägersignal durchgeführt werden.
• In der 3 ist eine schematische Ansicht der Empfangseinrichtung 16 dargestellt. Insbesondere kann die Empfangseinrichtung 16 derart kompakt und insbesondere minimalisiert konzipiert werden, da diese keine herkömmliche Empfangsantenne aufweist. Hierzu ist wiederum eine Transformationseinrichtung 21 vorgesehen. Hierzu kann beispielsweise die Transformationseinrichtung 21 als eigene Einheit ausgebildet sein oder Bestandteil der Empfangseinrichtung 16 sein. Insbesondere kann die Transformationseinrichtung 21 auf einem optischen Trägersubstrat, Polymersubstrat, photonischen Chip oder elektronisch-photonischen Chip integriert sein. Somit kann ein Empfangsmodul auf Basis einer EIT (elektromagnetisch induzierten Transparenz)-Zelle auf einem elektronisch-photonisch kointegrierten Halbleiterchip (EPIC) realisiert werden. Neben einem photonisch kointegrierten Halbleiterchip können photonische Chips, Multichiplösungen oder Flipchiplösungen verwendet werden.
• Insbesondere weist die Transformationseinrichtung 21 zumindest ein Quantenelement 22 auf, wobei die Transformationseinrichtung 21 dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal 19, das erste optische Übertragungssignal 6 und das zweite optische Übertragungssignal 7 in das zumindest eine Quantenelement 22 einzukoppeln. Hierzu kann die Transformationseinrichtung 21 ein erstes Kopplungselement 23 aufweisen. Bei diesem kann es sich beispielsweise um einen linearen Wellenleiter handeln. Mit diesem ersten Kopplungselement 23 können die an dem optischen Eingang 9 bereitgestellte Übertragungssignale 6, 7 in das Quantenelement 22 eingekoppelt werden.
• Beispielsweise kann die Transformationseinrichtung 21 mithilfe des zumindest einen Quantenelements 22 als EIT-Detektoreinheit (elektromagnetisch induzierte Transparenz-Detektoreinheit) verwendet beziehungsweise realisiert werden. Bei den optischen Übertragungssignalen 6, 7 handelt es sich um kohärente Strahlung. Innerhalb des Quantenelements 22 wechselwirken die Übertragungssignale 6, 7, also der Probelaser 11 und der Kopplungslaser 12. Wenn nun das Empfangssignal 19 zusätzlich eingekoppelt wird in das Quantenelement 22, so entsteht die elektromagnetisch induzierte Transparenz. Somit kann das Quantenelement 22 das optische Ausgangssignal 13 erzeugen beziehungsweise generieren. Beispielsweise kann eine optische Modulationseinheit 24 vorgesehen sein, mit welcher eine Amplitude, eine Polarisation, eine Frequenz und/oder eine Phase des optischen Ausgangssignals 13 beeinflusst beziehungsweise angepasst beziehungsweise moduliert werden kann. Des Weiteren kann eine Diagnoseeinheit 37 vorgesehen sein, welche zur Ansteuerung und zur Diagnose von Signalen verwendet werden kann.
• Mithilfe eines zum ersten Kopplungselement 23 verschiedenen zweiten Kopplungselements 25 kann das optische Ausgangssignal 13 aus dem zumindest einen Quantenelement 22 ausgekoppelt werden und dem optischen Ausgang 10 bereitgestellt werden. Das zweite Kopplungselement 25 kann ebenso wie das erste Kopplungselement 23 ausgebildet sein. Das zumindest eine Quantenelement 22 kann beispielsweise als Quantendraht, Quantenpunkt oder Quantentopf ausgebildet sein. Dazu kann des Weiteren das zumindest eine Quantenelement 22 als Halbleiterwerkstoff zumindest anteilig, insbesondere vollständig, aus Indiumarsenid, Galliumarsenid oder Indiumgalliumarsenid ausgebildet sein. Um das empfangene Empfangssignal 19 an die jeweilige Einsatzbedingung beziehungsweise an ein Anwendungsgebiet des Radarsystems 2 anzupassen, kann das zumindest eine Quantenelement 22 zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, eine reflektierende Beschichtung und/oder dichroitische Beschichtung aufweisen. Somit kann festgelegt werden, welche spektralen Wellenbereiche in das Quantenelement 22 eindringen dürfen.
• Insbesondere können mithilfe der Transformationseinrichtung 21 das elektrische Empfangssignal 19, die Übertragungssignale 6, 7 derart in das zumindest eine Quantenelement 22 eingekoppelt werden, dass diese Signale 6, 7 innerhalb des Quantenelements 22 in einer Wechselwirkung zueinander stehen und dadurch eine elektromagnetisch induzierte Transparenz in dem Quantenelement 22 entsteht, wodurch in Abhängigkeit von dieser elektromagnetisch induzierten Transparenz und optional durch den AC-Stark-Effekt das optische Ausgangssignal 13 erzeugt beziehungsweise generiert wird.
• In der 4 ist eine schematische Darstellung der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4, insbesondere einer Zentraleinheit, dargestellt. Um insbesondere das empfangene Ausgangssignal 13 und somit Radarinformationen und insbesondere Steuersignale für die Lasereinrichtung 5 verarbeiten beziehungsweise erzeugen zu können, kann die Recheneinrichtung 4 eine Signalverarbeitungseinheit 26 beziehungsweise Signalprozessierungseinheit aufweisen. Bei dieser kann es sich beispielsweise um einen PC, eine CPU oder um eine Signal-Processing-Unit handeln. Diese Signalverarbeitungseinheit 26 kann als zentrale Einheit verstanden werden, welche beispielsweise Steuersignale an ein Diagnose- und Kontrollmodul 27 weiterleitet. Dieses kann wiederum die Lasereinrichtung 5 beziehungsweise das Lasermodul steuern. Ein optisches Switch 28 dient beispielsweise zur Versorgung der zumindest einen Glasfaser 8. Beispielsweise kann die Lasereinrichtung 5 einen zusätzlichen Ausgang aufweisen, über welchen zusätzlich vorhandene Sendemodule 29 mit den Übertragungssignalen 6, 7 versorgt werden können. Mit einer Verarbeitungseinheit 30 beziehungsweise einer optischen Detektionseinheit kann das empfangene optische Ausgangssignal 13 verarbeitet werden. In diese Verarbeitungseinheit 30 kann eine optische Detektion per Photodiode, aber auch eine Homodyndetektion oder eine Heterodyndetektion zur Frequenzmessung erfolgen. Ein optionaler integrierter optischer Frequenzkamm ermöglicht eine breitbandige Detektion der empfangenen und auf dem Probelaser modulierten Strahlung. Somit kann eine Radarinformation aus dem Ausgangssignal 13 extrahiert werden. Diese dient insbesondere für die Umfelderfassung des Fahrzeuges 1.
• Die Daten können beispielsweise anschließend durch eine digitale Schnittstelle 31, wie beispielsweise ein ADC oder FPGA, konvertiert werden. Anschließend kann optional eine weitere Signalverarbeitung in einer Prozesseinheit 32 erfolgen. Hier kann beispielsweise eine Low-Level-Signal-Verarbeitung durchgeführt werden, wie beispielsweise eine Fast-FourierTransformation. Anschließend gehen die Daten wiederum an die Signalverarbeitungseinheit 26.
• In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 dargestellt. In diesem Beispiel weist die Recheneinrichtung 4 zusätzlich einen Lokaloszillator 33 oder eine Phasenkopplungseinheit auf. Mit diesen kann die Lasereinrichtung 5 und die Verarbeitungseinheit 30 phasenstarr verbunden werden. Ebenso ist der Lokaloszillator 33 mit der Signalverarbeitungseinheit 26 verbunden. Durch den Lokaloszillator 33 kann beispielsweise eine zusätzliche elektrische Schnittstelle 34 mit der Lasereinrichtung 5 verbunden werden. Somit können weitere Sendeeinrichtungen mit Signalen versorgt werden. Entgegen der Schnittstelle für die Sendemodule 29 handelt es sich bei der Schnittstelle 34 um eine elektrische und bei der Schnittstelle der Sendemodule 29 um eine optische Schnittstelle.
• In der 6 ist ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem mittels der elektromagnetisch induzierten Transparenz das Ausgangssignal 13 erzeugt werden kann. Hierzu kann jedoch anstelle des zumindest einen Quantenelements 22 eine Gaszelle beziehungsweise ein atomares Ensemble 35 verwendet werden. Bezüglich der weiteren Ausführungen der Transformationseinrichtung 21 gelten dieselben Ausführungen wie bereits zuvor. In diesem Fall werden die Signale nicht in das Quantenelement 22, sondern in die Gaszelle 35 eingekoppelt. In der Gaszelle 35 kann wiederum ein spezielles Gas enthalten sein, in welchem die eingekoppelten Laser beziehungsweise Signale unter Berücksichtigung des Empfangssignals 19 die elektromagnetisch induzierte Transparenz erzeugen und somit die Radarinformation, insbesondere Frequenz- oder Amplitudeninformation, als Ausgangssignal 13 bereitstellen. Diese können wiederum, wie bereits vorhin geschildert, an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 zur Verarbeitung beziehungsweise Auswertung übermittelt werden.
• In der 7 ist eine schematische Darstellung einer minituarisierten Gaszelle 35 dargestellt. Diese kann beispielsweise mit Rubidium gefüllt sein. Diese weist beispielsweise eine optische Kopplung zur Auslesung des RF-Signals, insbesondere der Empfangssignale, auf. Insbesondere kann es sich bei einer solchen Gaszelle 35 um eine mechanische EIT-Zelle zur Integration des atomaren Ensembles handeln. Hierzu kann eine konventionelle Kopplung der Fasern an die EIT-Zelle erfolgen.
• Beispielsweise weist die Gaszelle 35 eine Länge I von kleiner gleich einen Millimeter auf.
• In der 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei hier die Integration der EIT-Zelle beziehungsweise der Gaszelle 35 auf einem rein photonischen Chip erfolgt. Somit befinden sich hier keinerlei Verwendungen von elektronischen Bauteilen auf diesem Chip. Somit ist hier ein vereinfachtes Empfangsmodul beziehungsweise Empfangseinrichtung 16 dargestellt. Mithilfe eines Wellenleiters kann kohärente Strahlung in einen photonischen Halbleiter eingekoppelt werden, welches zu der integrierten Gaszelle 35 geführt wird. Innerhalb der Gaszelle 35 wechselwirken Kopplungs- und Probelaser mit einem atomaren Ensemble, sodass die bereits oft beschriebene elektromagnetisch induzierte Transparenz entsteht, wenn ein externes elektromagnetisches Feld mit dem Ensemble wechselwirkt. Die Frequenz- und/oder Amplitudeninformation wird über den weiteren Wellenleiter zur Zentralstation zurückgeführt und detektiert.
• In der 9 ist beispielsweise eine Ausführung dargestellt, bei welcher mehrere Detektoreinheiten beziehungsweise Empfangseinrichtungen 16 auf ein und demselben Chip beziehungsweise Halbleiterchip integriert sind. Hierbei kann die Ausführung in 1 D-Chip- oder in 2D-Chip-Weise erfolgen. Dabei kann eine kombinierte Prozessierung aller Daten in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 erfolgen. Somit kann eine kohärente Prozessierung erfolgen. Dies kann ähnlich zu Kameraköpfen erfolgen.
• In der 10 ist wiederum eine weitere Ausführung dargestellt, wobei hier wiederum, wie bereits in der 8 beispielhaft dargestellt, mehrere Detektoreinheiten auf ein und demselben Chip integriert sind. Zusätzlich kann hier ein elektronisches Backend 36 vorgesehen sein. Somit kann auf dem gemeinsamen Chip eine zusätzliche Datenverarbeitung erfolgen, wie zum Beispiel Vorverarbeitung der Daten, wie Future Extraction, Klassifizierung mittels Machine-Learning, Hardware-Beschleunigung oder Teilintegration der Umfänge der Zentralstation.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Radarsystem

3

Radarsensorvorrichtung

4

zentrale elektronische Recheneinrichtung

5

Lasereinrichtung

6, 7

erstes und zweites optisches Übertragungssignal

8

Glasfaser

9

optischer Eingang

10

optischer Ausgang

11

Probelaser

12

Kopplungslaser

13

optisches Ausgangssignal

14

Empfangseinheit

15

Sendeeinrichtung

16

Empfangseinrichtung

17

Radar-Aussendesignal

18

Umgebung

19

elektrisches Empfangssignal

20

Antenneneinheit

21

Transformationseinrichtung

22

Quantenelement

23

erstes Kopplungselement

24

optische Modulationseinheit

25

zweites Kopplungselement

26

Signalverarbeitungseinheit

27

Diagnose- und Kontrollmodul

28

optischer Switch

29

Sendemodule

30

Verarbeitungseinheit

31

digitale Schnittstelle

32

Prozesseinheit

33

Lokaloszillator

34

elektrische Schnittstelle

35

Gaszelle

36

Backend

37

Diagnoseeinheit

I

Länge

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 2021/0250101 A1 [0004]
• US 10763966 B1 [0005]
• US 2021/0286063 A1 [0006]

Claims (15)

1. Radarsensorvorrichtung (3) für ein Fahrzeug (1) mit: - einem optischen Eingang (9) zum Empfangen eines ersten optischen Übertragungssignals (6) und eines zum ersten optischen Übertragungssignal (6) unterschiedlichen zweiten optischen Übertragungssignals (7); - einer Sendeeinrichtung (15) zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals (17), welches auf dem ersten optischen Übertragungssignal (6) und/oder dem zweiten optischen Übertragungssignal (7) basiert, in eine Umgebung (18) des Fahrzeugs (1); und - einer Empfangseinrichtung (16) zum Empfangen eines zum elektrischen Radar-Aussendesignals (17) korrespondierenden und in der Umgebung (18) reflektierten elektrischen Empfangssignals (19); gekennzeichnet, durch - eine Transformationseinrichtung (21), welche zumindest ein Quantenelement (22) aufweist, wobei die Transformationseinrichtung (21) dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal (19), das erste optische Übertragungssignal (6) und das zweite optische Übertragungssignal (7) in das zumindest eine Quantenelement (22) einzukoppeln, wobei - das zumindest eine Quantenelement (22) ausgebildet ist, ein optisches Ausgangssignal (13) in Abhängigkeit von dem eingekoppelten elektrischen Empfangssignal (19), dem ersten optischen Übertragungssignal (6) und dem zweiten optischen Übertragungssignal (7) zu erzeugen.
2. Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (2!) dazu ausgebildet ist, das erste optische Übertragungssignal (6) und das zweite optische Übertragungssignal (7) derart in das zumindest eine Quantenelement (22) einzukoppeln, dass in dem zumindest einen Quantenelement (22) eine elektromagnetisch induzierte Transparenz entsteht.
3. Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Übertragungssignal (6) und das zweite optische Übertragungssignal (7) zueinander unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
4. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Quantenelement (22) als Quantendraht, Quantenpunkt oder Quantentopf ausgebildet ist.
5. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterwerkstoff des zumindest einen Quantenelement (22) zumindest anteilig aus Indiumarsenid, Galliumersenid oder Indiumgalliumarsenid gebildet ist.
6. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Transformationseinrichtung (21) ein erstes Kopplungselement (23) zum Einkoppeln der optischen Übertragungssignale (6, 7) in das zumindest eine Quantenelement (22) aufweist, - die Transformationseinrichtung (21) ein zum ersten Kopplungselement (23) unterschiedliches zweites Kopplungselement (25) zum Auskoppeln des optischen Ausgangssignals (13) aus dem zumindest einen Quantenelement (22) und zum Bereitstellen des optischen Ausgangssignals (13) an einen optischen Ausgang (10) der Radarsensorvorrichtung (3) aufweist.
7. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine optische Modulationseinheit (24), welche ausgebildet ist, eine Amplitude, eine Polarisation, eine Frequenz und/oder eine Phase des optischen Ausgangssignals (13) zu beeinflussen.
8. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensorvorrichtung (3) als ein Ein-Chip-System oder Multi-Chip-System ausgebildet ist.
9. Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Quantenelement (22) zumindest bereichsweise eine reflektierende Beschichtung und/oder eine dichroitische Beschichtung aufweist.
10. Radarsystem (2) mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4), wobei - die zentrale elektronische Recheneinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die optischen Übertragungssignale (6, 7) für die Radarsensorvorrichtung (3) zu erzeugen und das optische Ausgangssignal (13) zu empfangen, - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) jeweils über zumindest eine Glasfaser (8) mit dem optischen Eingang (9) und dem optischen Ausgang (10) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist, und - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) eine optische Empfangseinheit (14) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Ausgangssignal (13) über die zumindest eine Glasfaser (8), welche mit dem optischen Ausgang (10) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist, zu empfangen.
11. Radarsystem (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) eine Lasereinrichtung (5) aufweist, welche einen Probelaser (11) zum Erzeugen des ersten optischen Übertragungssignals (6) und einen Kopplungslaser (12) zum Erzeugen des zweiten optischen Übertragungssignal (7) aufweist, und - die Lasereinrichtung (5) eingerichtet ist, die optischen Übertragungssignale (6, 7) in die zumindest eine Glasfaser (8), welche mit dem optischen Eingang (9) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist, einzukoppeln.
12. Radarsystem (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) eine Verarbeitungseinheit (30) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das empfangene optische Ausgangssignal (13) in ein elektrisches Signal, mit welchem zumindest eine Radarinformation charakterisiert wird, für eine Signalverarbeitungseinheit (26) der zentral elektronischen Recheneinrichtung (4) umzuwandeln.
13. Radarsystem (2) nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) einen Lokaloszillator (33) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, die Lasereinrichtung (5) mit der Verarbeitungseinheit (30) phasenstarr zu verbinden, insbesondere mit dem Lokaloszillator (33) eine elektronische Schnittstelle (34) für weitere Sendeeinrichtungen bereitstellbar ist.
14. Fahrzeug (1) mit einem Radarsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13.
15. Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei - das elektrische Empfangssignal (19), das erste optische Übertragungssignal (6) und das zweite optische Übertragungssignal (6) derart in das zumindest eine Quantenelement (22) eingekoppelt werden, dass das elektrische Empfangssignal (19), das erste optische Übertragungssignal (6) und das zweite optische Übertragungssignal (7) mit dem zumindest einen Quantenelement (22) in einer Wechselwirkung zueinander stehen und dadurch eine elektromagnetisch induzierte Transparenz in dem zumindest einen Quantenelement (22) entsteht, und wobei - in Abhängigkeit von der elektromagnetisch induzierte Transparenz das optische Ausgangssignal (13) erzeugt wird.

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