DE102022202285A1

DE102022202285A1 - Radarsensorvorrichtung, Radarsystem mit einer Radarsensorvorrichtung, Fahrzeug mit einem Radarsystem sowie Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102022202285A1
Application number: DE102022202285.8A
Authority: DE
Inventors: Heiko Gustav Kurz; Marc-Michael Meinecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2023-09-07
Also published as: CN116719011A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radarsensorvorrichtung (3) für ein Fahrzeug (1) mit:- einem optischen Eingang (8) zum Empfangen eines optischen Übertragungssignals (6);- einer Sendeeinrichtung (13) zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals (15), welches auf dem optischen Übertragungssignal (6) basiert, in eine Umgebung (17) des Fahrzeugs (1);- einer Empfangseinrichtung (14) zum Empfangen eines zum elektrischen Radar-Aussendesignal (15) korrespondierenden und in der Umgebung (17) reflektierten elektrischen Empfangssignals (16); und- einem optischen Ringresonator (19), welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal (6) einen Pulszug (26) erzeugt; aufweisend:- eine Transformationseinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal (16) in den optischen Ringresonator (19) einzukoppeln und den Pulszug (26) in Abhängigkeit von dem eingekoppelten elektrischen Empfangssignal (16) zu modulieren.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem (2), ein Fahrzeug (1) sowie Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung für ein Fahrzeug. Die Radarsensorvorrichtung weist einen optischen Eingang zum Empfangen eines optischen Übertragungssignals und eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals, welches auf dem optischen Übertragungssignal basiert, in einer Umgebung des Fahrzeugs auf. Des Weiteren umfasst die Radarsensorvorrichtung eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines zum elektrischen Radar-Aussendesignal korrespondierenden und in der Umgebung reflektierten elektrischen Empfangssignals. Zu der Radarsensorvorrichtung gehört ein optischer Ringresonator, welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal ein optisches Ausgangssignal erzeugt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Radarsystem mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Radarsystem. Ebenso gehört zu der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung.
Aus der WO 2017/138949 A1 werden mehrere elektrooptische Modulatoren und Mikrowellen-Photonik-Verbindungen offenbart. Bei einem elektrooptischen Modulator koppelt der Modulator eine optische Quelle, die eine optische Leistung bereitstellt, und eine Hochfrequenzquelle, die eine Hochfrequenzleistung bereitgestellt. Der elektrooptische Modulator umfasst einen Wellenreiter, der die optische Leistung empfängt, und einen ersten Ringresonatormodulator und einen zweiten Ringresonatormodulator, die die Hochfrequenzleistung empfangen.
Ferner offenbart die US 2020/0235703 A1 einen Hochfrequenzoszillator mit einem optischen Resonator, der ein Ringwellenleiter ist. Der Hochfrequenzoszillator ermöglicht die Ausbreitung einer ersten Welle in einer ersten Richtung und einer zweiten Welle in einer zweiten Richtung, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Der Resonator umfasst ein aktives optisches Medium, das eine erste optische Linie aus der ersten Welle und eine zweite optische Linie aus der zweiten Welle erzeugt.
Die US 2016 0337041 A1 offenbart eine Vorrichtung, welche einen optischen Eingang umfasst, der dazu konfiguriert ist, einen optischen Träger zu empfangen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Radarsysteme zur Umfelderfassung kompakter und effizienter für Fahrzeuge bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Radarsensorvorrichtung, eine 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:

- einem optischen Eingang zum Empfangen eines optischen Übertragungssignals,
- einer Sendeeinrichtung zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals, welches auf dem optischen Übertragungssignal basiert, in eine Umgebung des Fahrzeugs,
- einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines zum elektrischen Radar-Aussendesignal korrespondierenden und in der Umgebung reflektierten elektrischen Empfangssignals und
- einem optischen Ringresonator, welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal ein optisches Ausgangssignal erzeugt, aufweisend:
- eine Transformationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal an ein in einem optischen Ringresonator umlaufenden optischen Signal aufzumodulieren oder in den optischen Ringresonator einzukoppeln und das optische Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem eingekoppelten elektrischen Empfangssignal zu modulieren.

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 durch die erfindungsgemäße Transformationseinrichtung eine Ringleitung der optischen Faser zu Verbindung mehrerer photonischer Halbleiter-Chips besser realisiert werden. Für eine Realisierung hochauflösender Radarsysteme im Automobilbereich werden derzeit Mikrostreifenleitersysteme verwendet. Diese resultieren in 3D-Leiterstrukturen für Strahlung im mm-Wellenlängenbereich, welche zusätzliche dreidimensionale Bauräume benötigen. Dies kann durch die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung verbessert werden. Durch die Transformationseinrichtung kann eine Limitierung des detektierbaren Spektralbereichs durch Antennengeometrie reduziert 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.
Die Radarsensorvorrichtung kann alternativ zu Lidar angewendet werden, da insbesondere dem Lidar in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zukommt, da dieser Sensortyp präziser in der Umfelderfassung Entfernungen und Winkel messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann.
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 kommt dem Lidar in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle 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 in einem photonischen Halbleiter mittels einer optischen Schnittstelle die Strahlung der Lasereinrichtung, welche insbesondere auch als CW-Laser ausgebildet sein kann, eingekoppelt wird. Dabei kann es sich hierbei um das optische Übertragungssignal beziehungsweise ein Trägersignal des CW-Lasers handeln. Die Strahlung propagiert innerhalb einer im Halbleiter befindlichen Linearwellenleiterstruktur. Bei dem Halbleiter kann es sich beispielsweise um die Radarsensorvorrichtung beziehungsweise um einen Halbleiter-Chip, auf welchem die Radarsensorvorrichtung integriert ist, handeln. Eine weitere, ringförmige Wellenleiterstruktur, insbesondere der optische Ringresonator, ist in sehr kleinem Abstand zur linearen Wellenleiterstruktur, beispielsweise ein optisches Kopplungselement, auf dem Halbleiter angeordnet. Ist der Abstand beider Wellenleiter so gering, dass das emaneszente 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 propagierte 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, so dass nur konstruktive Interferenzen stattfinden. Somit wird ein optischer Ringresonator gebildet. Es wird mehr Laserstrahlung in den Ringleiter eingekoppelt als Verluste entstehen bis schließlich eine Sättigung der resonatorinternen Leistung einsetzt. Ein Teil des innerhalb des Ringwellenleiters propagierenden Lichts wird nach der Vollendung eines jeden Zyklus wieder in den linearen Wellenleiter ausgekoppelt und kann als Signal genutzt werden. Durch den Ringresonator wird das Licht bei geeigneter Wahl von Durchmesser und Kopplungsverhältnis der Wellenleiteramplituden moniert, so dass aus einem CW-Eingangssignal ein Puls beziehungsweise Pulszug mit hoher Spitzenintensität gebildet wird. In Halbleitern reicht der Durchmesser des optischen Ringresonators von einigen hundert Mikrometern bis zu wenigen Mikrometern. Die Umlaufzweit des Lichts bestimmt dabei eine Repetitionsrate f_rep des Ausgangssignals beziehungsweise des Pulszugs.
Derart ausgebildete Ringresonatoren weisen hohe Gütefaktoren von q > 10⁶ auf, welche zu Spitzenintensitäten innerhalb des Resonators führen, die nicht-lineare optische Prozesse betreiben können, sogenannte Mehrphotonenprozesse. Diese treten während der Wechselwirkung von Licht hoher Intensität durch Materie auf. Die Entwicklung der elektrischen Polarisation p ist dabei ein etabliertes Modell, um mehr Photonenprozesse in der Licht-Materie-Wechselwirkung zu beschreiben. $P = ε_{0} [X^{(1)} E + X^{(2)} E^{2} + X^{(3)} E^{3} + X^{(4)} E^{4} + \dots],$
wobei p die elektrische Pulsation, X die Empfindlichkeit, E das elektrische Feld und ε₀ die elektrische Konstante beschreiben.
Während der lineare Term mit elektrischer Empfindlichkeit X⁽¹⁾ linear mit dem elektrischen Feld skaliert, weisen Terme höherer Ordnung X⁽ⁿ⁾ mit n > 1 eine nicht lineare Proportionalität zur elektrischen Feldstärke auf. Diese Prozesse werden Mehrphotonenprozesse genannt. Dabei wird 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 3 und dergleichen. Diese Effekte der nicht-linearen Licht-Materie-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 Spitzenintensitäten in einem Wellenleiter auf. Durch das steige Anwachsen der Intensität in dem Ringresonator tritt dabei zunächst ein degenerative Vier-Wellen-Mischprozess ein. Darin werden zwei Photonen Y_P des CW-Lasers absorbiert, was insbesondere optisches Pumpen genannt wird, und ein Elektron wird auf ein virtuelles oder reales, energetisch höheres Niveau angehoben. Das Elektron fällt nach kurzer Zeit, insbesondere stimuliert, in den Grundzustand zurück. Dabei imitiert es die aufgenommen Energie in Form eines Signal- und eines Idler-Seitenband-Photon (Ys beziehungsweise Y_I), welche nur in der Summe mit der Photonenenergie mit den zwei Photonen des CW-Lasers übereinstimmen. Damit werden neue Spektraleinheiten innerhalb des Ringresonators erzeugt. Signal- und Idler-Seitenband-Photonen sind durch einen 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, so dass 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 Phase- und Frequenzbeziehung zueinander, die spektralen Moden sind demnach gekoppelt. Durch diese einsetzende Modenkopplung entwickelt sich ein fundamentales Soliton, so dass eine pulshohe spektrale Bandbreite ausgebildet wird, welche dispersionsfrei im Ringresonator propagiert und sich mit der Resonatorfrequenz f_rep reproduziert. Somit ist aus einem CW-Laser-Signal, insbesondere das optische Übertragungssignal, ein gepulstes Signal, welches sich durch ein extrem hohes Signal-zu-Rauschverhältnis („SNR“) und niedrigen zeitlichen Varianzen auszeichnet.
Zum Erzeugen des Pulszustands 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 Ringresonatoren genutzt werden, welche es erlauben, die entsprechenden Frequenzbereiche von f_rep durchzustimmen. Beispielsweise können diese Ringanordnungen für Werte von r = 15 µm und r = 5 µm Pulse beziehungsweise Pulszüge mit f_rep = 100 MHz, insbesondere 80 MHz, erzeugen.
Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (IC) aufweisen. Beispielsweise können alle Komponenten der Radarsensorvorrichtung auf einem einzigen Chip integriert sein. Anderenfalls kann beispielsweise die Sendeeinrichtung als ein integrierter Schaltkreis beziehungsweise Chip und die Empfangseinrichtung als ein integrierter Schaltkreis beziehungsweise Chip ausgebildet sein.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung für elektromagnetische Anwendungen oder optische Anwendungen verwendet werden.
Das optische Übertragungssignal kann mittels der Lasereinrichtung, insbesondere des CW-Lasers, erzeugt werden. Und in Abhängigkeit von diesem optischen Übertragungssignal kann das elektrische Radar-Aussendesignal erzeugt beziehungsweise moduliert werden. Dieses kann mittels der Sendeeinrichtung beziehungsweise der Sendeeinheit beziehungsweise der Sendemodule der Radarsensorvorrichtung in die Umgebung des Fahrzeugs ausgesendet werden. Dieses ausgesendete Signal kann in der Umgebung des Fahrzeugs beispielsweise durch Objekte reflektiert werden. Diese Reflektionen können mit Hilfe der Empfangseinrichtung beziehungsweise eines Empfangsmoduls empfangen beziehungsweise detektiert werden. Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung mehrere Empfangskanäle und/oder Sendekanäle aufweisen.
Die, insbesondere elektronische, Transformationseinrichtung kann also einen Pulszug beziehungsweise ein optisches Signal des optischen Ringresonators derart modulieren, so dass das eine Ausgangssignal beziehungsweise der Pulszug zumindest eine Information in der Umgebung des Fahrzeugs beinhaltet, welches zur Umfelderfassung dient.
Beispielsweise kann der optische Ringresonator Teil der Transformationseinrichtung sein. Insbesondere kann die Transformationseinrichtung den optischen Ringresonator beispielsweise steuern.
Durch die Transformationseinrichtung kann der optische Ringresonator als Antenne verwendet werden. Somit kann die Radarsensorvorrichtung auf zusätzliche Antennen verzichten, da mittels der Transformationseinrichtung, insbesondere eines optischen Ringresonators, das elektrische Empfangssignal empfangen und eingekoppelt werden kann. Somit kann die Radarsensorvorrichtung kompakter konzipiert werden.
Mit anderen Worten ausgedrückt handelt es sich bei der Empfangseinrichtung und bei der Transformationseinrichtung um eine Ringresonatorantenne. Folglich können die Empfangseinrichtung, der optische Ringresonator und die Transformationseinrichtung zusammen als Antenne bezeichnet werden. Somit kann die Radarsensorvorrichtung und insbesondere ein Empfangsmodul ohne separate Empfangsantenne auskommen. Somit kann der optische Ringresonator als Antenne beziehungsweise Empfangsantenne verwendet werden.
Somit werden keine zusätzlichen Bauteile zum Empfangen von Strahlung beziehungsweise Signalen in der Umgebung des Fahrzeugs benötigt.
Trifft beispielsweise ein externes elektromagnetisches Feld, insbesondere das ausgesendete elektrische Radar-Aussendesignal, auf die Ringstruktur, insbesondere den optischen Ringresonator, so induziert dieses eine zeitlich variierende Modulation des Brechungsindex innerhalb des Ringwellenleiters, insbesondere des optischen Ringresonators, so dass die Umlaufzeit des Lichts zeitlich moduliert wird und die Pulswiederholrate f_rep zeitlich moduliert wird. Alle Charakteristika des externen Felds, insbesondere der Umgebung, werden somit in eine Frequenzinformation der Pulswiederholrate des optischen Ausgangssignals konvertiert. Diese können zur Umfelderfassung in einer Zentralstation ausgewertet werden. Durch geschickte Wahl der Resonanzdimension kann die Wechselwirkung zwischen externem elektromagnetischen Feld und induziertem Brechungsindex optimiert werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Transformationseinrichtung ein optisches Kopplungselement zum Einkoppeln des elektrischen Empfangssignals in den optischen Ringresonator aufweist, welches unmittelbar benachbart zu einer ersten Seite des optischen Ringresonators angeordnet ist. Bei dem optischen Kopplungselement kann es sich um einen linearen Wellenleiter beziehungsweise lineare Wellenleiterstruktur handeln. In das optische Kopplungselement kann über den optischen Eingang das optische Übertragungssignal eingekoppelt werden. Somit kann mit Hilfe des optischen Kopplungselements, in welches das optische Übertragungssignal eingekoppelt ist, das empfangene elektrische Empfangssignal in den optischen Ringresonator eingekoppelt werden. Speziell kann das elektrische Empfangssignal, welches beispielweise ein Gigahertz-Signal ist, auf ein im optischen Ringresonator umlaufendes optisches Signal aufmoduliert werden. Somit kann das elektrische Signal an ein in einem optischen Ringresonator umlaufendes optisches Signal, welches auf dem optischen Übertragungssignal basiert, aufmoduliert werden oder in den optischen Ringresonator eingekoppelt werden.
Insbesondere können das Kopplungselement und der optische Ringresonator auf denselben integrierten Schaltkreis beziehungsweise Chip angeordnet sein.
Insbesondere können die einzelnen Einheiten beziehungsweise Einrichtungen der Radarsensorvorrichtung auf dem photonischen und elektronisch-photonischen Chip kointegriert werden. Insbesondere kann die Transformationseinrichtung, die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, der optische Ringresonator und/oder das optische Kopplungselement auf optischem Trägersubstrat integriert werden. Ebenso denkbar ist, dass ein Polymersubstrat für die Integration verwendet wird. Insbesondere kann die Transformationseinrichtung mit Hilfe des optischen Kopplungselements und des optischen Ringresonators als Antenne zum Empfangen von Strahlung verwendet werden. Insbesondere kann durch die Anordnung des Kopplungselements und insbesondere der Transformationseinrichtung der optische Ringresonator als Antenne zum Empfang von Strahlung, insbesondere elektromagnetischer Strahlung, verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass das optische Kopplungselement und der optische Ringresonator zueinander einen vorgegebenen Kopplungsabstand aufweisen, wobei in Abhängigkeit vom dem vorgegebenen Kopplungsabstand das Einkoppeln des elektrischen Empfangssignals in den optischen Ringresonator beeinflusst ist. Insbesondere handelt es sich bei dem vorgegebenen Kopplungsabstand um einen einstellbaren, parametrierbaren oder vorgegebenen Abstand. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Kopplungselement zu dem optischen Ringresonator so angeordnet, dass zwischen dem optischen Ringresonator und dem Kopplungselement eine Lücke beziehungsweise ein Abstand vorhanden ist. Durch den Kopplungsabstand kann insbesondere ein Kopplungsverhältnis und somit ein elektrisches beziehungsweise elektromagnetisches Feld zwischen dem Kopplungselement und dem Ringresonator beeinflusst werden.
Beispielsweise kann durch den Kopplungsabstand die Wechselwirkung zwischen einem externen elektromagnetischen Feld, beispielsweise das empfangene Empfangssignal, und dem induzierten Brechungsindex innerhalb des Ringresonators angepasst beziehungsweise verändert werden. Durch die Anpassung des Kopplungsabstands beziehungsweise der Lücke zwischen dem Ringwellenleiter, insbesondere dem optischen Ringresonator, und dem linearen Wellenleiter, insbesondere dem optischen Kopplungselement, kann eine Modulationstiefe des Brechungsindex angepasst, insbesondere optimiert, werden. Des Weiteren kann für das Beeinflussen beziehungsweise Einstellen des Einkoppelns neben dem Abstand zwischen dem Kopplungselement und dem Ringresonator auch der Durchmesser des Ringresonators und/oder eine Dimensionierung des Ringresonators berücksichtigt werden. Somit kann in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Ringresonators beziehungsweise einer Resonatordimension die Wechselwirkung zwischen dem Kopplungselement und dem Ringresonator angepasst beziehungsweise eingestellt werden. Insbesondere kann die Feinabstimmung der Resonanzbedingung durch Anpassung des Durchmessers des Ringresonators und des Kopplungsabstands durchgeführt werden.
Beispielsweise kann der Kopplungsabstand im Mikrometer-Bereich oder Nano-Bereich vorgegeben sein. Beispielsweise kann der Ringresonator einen Durchmesser von 600 µm bis zu 1200 µm aufweisen. Insbesondere kann der Kopplungsabstand und insbesondere der Durchmesser des Ringresonators an den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere der den Radar-Anwendungsfall, angepasst werden. Beispielsweise kann bei einem Radius von 600 µm des Ringresonators eine Frequenz von 80 GHz betrieben werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Transformationseinrichtung ein weiteres optisches Kopplungselement zum Auskoppeln des erzeugten Pulszugs aus dem optischen Ringresonator, welches unmittelbar benachbart zu einer zur ersten Seite des optischen Ringresonators gegenüberliegende zweite Seite des optischen Ringresonators angeordnet ist, aufweist. Somit kann das erzeugte, insbesondere modulierte, optische Ausgangssignal aus dem optischen Ringresonator ausgekoppelt werden und mit Hilfe des weiteren optischen Kopplungselements beispielsweise einem optischen oder elektrischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung bereitgestellt beziehungsweise übertragen werden. Somit kann das modulierte optische Ausgangssignal, welches insbesondere eine Umgebungsinformation beziehungsweise eine Radarinformation beinhaltet, zur Auswertung weiterverarbeitet beziehungsweise weiter übertragen werden. Beispielsweise kann es sich bei dem weiteren optischen Kopplungselement um ein ähnliches Kopplungselement wie das optische Kopplungselement handeln. Das weitere optische Kopplungselement kann ein Wellenleiter sein. Insbesondere können die optischen Kopplungselemente auf einem Trägersubstrat beziehungsweise Halbleiter-Chip so angeordnet sein beziehungsweise integriert sein, dass zwischen diesen beiden der Ringresonator angeordnet werden kann. Insbesondere kann das weitere optische Kopplungselement einen Abstand zu dem optischen Ringresonator aufweisen.
Beispielsweise kann das optische Kopplungselement, insbesondere als erstes Kopplungselement bezeichnet, zu dem weiteren Kopplungselement, als zweites Kopplungselement bezeichnet, parallel angeordnet sein. Somit können an zwei gegenüberliegenden Seite des optischen Ringresonators zwei verschiedene optische Kopplungselemente angeordnet, insbesondere benachbart, angeordnet sein. Beispielsweise kann das zweite Kopplungselement im Vergleich zum ersten Kopplungselement an einer anderen Stelle beziehungsweise Position des optischen Ringresonators angeordnet sein. Insbesondere sind die beiden Kopplungselemente zueinander beanstanden angeordnet.
Insbesondere ist unter dem optischen Ringresonator eine spezielle Form eines optischen Resonators zu verstehen. Beispielsweise besteht ein optischer Ringresonator aus mehreren, insbesondere vier, Spiegeln, die einen Laserstrahl auf einen geschlossenen Weg lenken. Dabei können die Laserstrahlen auf sich kreuzende Wege geleitet werden oder auf einen Weg in Form eines Vierecks.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das weitere optische Kopplungselement ausgebildet ist, den Pulszug als optisches Ausgangssignal einem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung bereitzustellen. Somit kann der modulierte Pulszug als optisches Ausgangssignal beispielsweise einer zentral elektronischen Recheneinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Somit kann das weitere Kopplungselement, wenn es beispielsweise als Wellenleiter ausgebildet ist, den Pulszug an den optischen Ausgang übertragen beziehungsweise erweitern.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung als ein Ein-Chip-System oder Multi-Chip-System ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung als eine Einheit ausgebildet sein, so dass beispielsweise die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung, also Empfangsmoduls und Sendemodul, auf einer Einheit beziehungsweise einem Chip integriert ist. Ebenso denkbar ist, dass die Radarsensorvorrichtung mehrere Sendemodule und Empfangsmodule aufweist. Dies kann je nach Anwendungsfall der Radarsensorvorrichtung berücksichtigt werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass der optische Ringresonator eine ringförmige oder ovale Form aufweist. Somit kann der optische Ringresonator, insbesondere ein optischer Resonator, verschiedene geometrische Formen aufweisen. Dies kann je nach Anwendungsfall der Radarsensorvorrichtung variieren. Somit können abweichende Resonatorgeometrien verwendet werden, so dass die Radarsensorvorrichtung umfangreicher und individueller in Radaranwendungen verwendet werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der optische Ringresonator als Mikroringresonator ausgebildet ist. Somit kann der optische Ringresonator als kompaktes, bauraumeinsparendes Wandlerelement ausgebildet sein. Somit kann die Radarsensorvorrichtung und insbesondere ein Radarsystem platzsparender und kompakter verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Radarsystem mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung, wobei die zentrale elektronische Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal für die Radarsensorvorrichtung zu erzeugen und das optische Ausgangssignal zu empfangen, und die zentral elektronische Recheneinrichtung jeweils über zumindest eine Glasfaser mit dem optischen Eingang und dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist.
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 könnte 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 eines weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die zentrale elektronische Recheneinrichtung eine Lasereinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal zu erzeugen und in die zumindest eine Glasfaser, welche mit dem optischen Eingang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist, einzukoppeln. Ebenfalls ist die zentrale elektronische Recheneinrichtung mit einer optischen Empfangseinheit ausgestattet, welche dazu eingerichtet ist, das optische Ausgangssignal über die zumindest eine Glasfaser, welche mit dem optischen Ausgang der Radarsensorvorrichtung gekoppelt ist, zu empfangen.
Insbesondere kann mit Hilfe der Lasereinrichtung, welche insbesondere ein CW-Laser sein kann, das optische Übertragungssignal in Abhängigkeit eines Trägersignals, 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 Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die zentrale elektronische Recheneinrichtung eine Verarbeitungseinheit, insbesondere eine elektronische Recheneinheit, aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine Impulsfolgefrequenz des empfangenen optischen Ausgangssignal zu bestimmen und in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequenz zumindest eine Radarinformation zu bestimmen.
Insbesondere kann es sich bei der Impulsfolgefrequenz um eine Pulswiederholrate f_rep handeln. Diese wurde durch den optischen Ringresonator in dem Pulszug moduliert, so dass diese mit Hilfe der Verarbeitungseinheit wieder ausgewertet wird, um insbesondere die Radarinformation zu erhalten. Somit enthält das optische Ausgangssignal die Frequenzinformation des modulierten Pulszuges. Die Auswertung der Impulsfolgefrequenz kann beispielsweise mittels einer Photostrommessung, Heterodynmessung oder Homodynmessung erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Radarsystem nach dem vorherigen Aspekt oder einer Weiterbildung daraus. Insbesondere beinhaltet das eben beschriebene Fahrzeug beziehungsweise Kraftfahrzeug ein Radarsystem nach dem vorherigen Aspekt.
Somit kann das Radarsystem für die Umfelderfassung im Kraftfahrzeug beispielsweise verwendet werden.
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.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus, wobei in Abhängigkeit von einem Evaneszenz-Feld, welches durch das optische Übertragungssignal hervorgerufen wird, das optische Übertragungssignal in den optischen Ringresonator eingekoppelt wird. Mittels eines Vier-Wellen-Mischprozess wird das optische Ausgangssignal in dem optischen Ringresonator abhängig von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignal erzeugt und ein Brechungsindex des optischen Ringresonator wird durch das eingekoppelte elektrische Empfangssignal moduliert, wodurch eine Impulsfolgefrequenz des optischen Ausgangssignal moduliert wird.
Insbesondere wird das Evaneszenz-Feld dann vorteilhaft hervorgerufen, wenn das optische Übertragungssignal mittels des optischen Kopplungselements in dem vorgegebenen Kopplungsabstand an den optischen Ringresonator herangeführt wird. Wenn insbesondere dieser Abstand so gewählt wird, dass ein Resonanzbedingung erfüllt ist, so wird mit Hilfe des Evaneszenz-Felds, das insbesondere um das optische Kopplungselement wirkt, das optische Übertragungssignal vollständig, insbesondere zumindest teilweise, in den optischen Ringresonator eingekoppelt.
Insbesondere wird mit Hilfe der Lasereinrichtung der zentralen elektronischen Recheneinrichtung mittels eines Vier-Wellen-Mischprozesses das optische Übertragungssignal erzeugt und mittels eines Vier-Wellen-Mischprozesses in dem optischen Ringresonator eingekoppelt, so dass in dem optischen Ringresonator das optische Ausgangssignal oder der Pulszug mit der Pulswiederholrate erzeugt wird. Durch das elektrische Empfangssignal, insbesondere durch ein externes elektromagnetisches Feld, wird der Brechungsindex innerhalb des optischen Ringresonators moduliert, und damit wird die Impulsfolgefrequenz des Pulszuges moduliert. Somit wird die Impulsfolgefrequenz zeitlich moduliert, so dass die modulierte Impulsfolgefrequenz proportional zur detektierten Radarstrahlung beziehungsweise zum empfangenen Empfangssignal ist. Dies kann wiederum in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung ausgewertet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die Impulsfolgefrequenz des Pulszugs in Abhängigkeit von einem Durchmesser des optischen Ringresonators und/oder einem Kopplungsverhältnis zwischen dem optischen Kopplungselement und dem optischen Ringresonator moduliert wird. In Abhängigkeit von einem Durchmesser des Ringresonators beziehungsweise von einer Geometrie beziehungsweise Dimension des Ringresonators kann die Modulation der Impulsfolgefrequenz des optischen Ausgangssignals beeinflusst werden. Hierzu ist ebenfalls der Kopplungsabstand zwischen dem Kopplungselement und dem optischen Ringresonator von Bedeutung.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist es des Weiteren vorgesehen, dass durch die Modulation der Impulsfolgefrequenz zumindest eine Information des elektrischen Empfangssignals in eine Frequenzinformation der Impulsfolgefrequenz konvertiert wird. Somit kann zumindest eine Radarinformation, insbesondere bezüglich einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, als Information in der Impulsfolgefrequenz konvertiert werden, so dass dies anschließend in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung ausgewertet werden kann. Insbesondere wird das optische Signal innerhalb des Ringresonators in Abhängigkeit von dem elektrischen Empfangssignal, insbesondere einem externen elektrischen Feld, moduliert. Dabei kann der Brechungsindex durch das beispielsweise als 77 Gigahertz-Signal ausgebildete Empfangssignal moduliert werden, so dass die Pulsfolge beziehungsweise Pulszug in ihrer Frequenz variiert.
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 ein schematisches Blockschaltbild des Radarsystems aus 1;
3 eine schematische Darstellung einer Empfangseinrichtung des Radarsystems aus 2;
4 eine weitere schematische Darstellung der Empfangsrichtung aus 3;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Empfangsrichtung aus 3; und
6 ein Ausführungsbeispiel mehrerer gekoppelter Empfangsrichtungen 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 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 Fahrzeugs 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 dieses ebenfalls in fahrzeugexternen Systemen eingesetzt werden.
Die 2 zeigt eine beispielhafte Ansicht 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. Mit Hilfe der Lasereinrichtung 5 kann ein optisches Übertragungssignal beziehungsweise ein Trägersignal 6 erzeugt werden. Das optische Übertragungssignal 6 kann insbesondere als optisches Trägersignal 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 einer Radarfrequenz moduliert und beispielsweise an die Radarsensorvorrichtung 3 übertragen. Auf diese Weise kann eine Frequenzverachtfachung stattfinden. Wiederum können mit Hilfe der Radarsensorvorrichtung 3 Signale im Gigahertz-Frequenzbereich empfangen werden und an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 übertragen werden.
Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 jeweils über zumindest eine Glasfaser 7 mit einem optischen Eingang 8 und einem optischen Ausgang 9 der Radarsensorvorrichtung 3 gekoppelt werden. Somit kann eine bidirektionale Signalübertragung zwischen der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 und der Radarsensorvorrichtung 3 erfolgen.
Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 kann des Weiteren eine optische Empfangseinheit 10 aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, ein optisches Ausgangssignal 11, welches mit dem optischen Ausgang 9 der Radarsensorvorrichtung 3 bereitgestellt ist, zu empfangen. Somit kann per optischer Faser oder elektronischer Schnittstelle, wie zum Beispiel Ethernet, die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 mit der Radarsensorvorrichtung 3 gekoppelt werden. Insbesondere können mehrere Radarsensorvorrichtungen mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 gekoppelt werden. Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 eine Verarbeitungseinheit 12 beziehungsweise eine Recheneinheit aufweisen, mit welcher das empfangene optische Ausgangssignal verarbeitet werden kann. Somit kann eine Signalerfassung und eine anschließende Datenverarbeitung des empfangenen Ausgangssignals 11 durchgeführt werden.
Insbesondere kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 4 alle notwendigen Steuersignale, Datenverarbeitungssignale, Module und Schnittstellen aufweisen beziehungsweise bereitstellen.
Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung 3 neben dem optischen Eingang 8 und dem optischen Ausgang 9 eine Sendeeinrichtung 13 und eine Empfangseinrichtung 14 aufweisen. Somit weist die Radarsensorvorrichtung 3 ein Empfangsmodul und/oder Sendemodul auf. Insbesondere können die Sendeeinrichtung 13 und die Empfangseinrichtung 14 auf ein und demselben Chip integriert sein. Ebenfalls denkbar ist, dass sich diese auf verschiedenen Halbleiter-Chips befinden.
Mit Hilfe der Sendeeinrichtung 13 kann ein elektrisches Radar-Aussendesignal 15, welches auf dem optischen Übertragungssignal 6 basiert, in eine Umgebung 17 des Fahrzeugs 1 ausgesendet werden. Somit kann in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal 6 ein entsprechendes Radarsignal 15 ausgesendet werden. Wenn nun dieses Signal 15 in der Umgebung 17 durch Objekte, wie beispielsweise Verkehrsteilnehmer, Straßen, Bäume oder anderweitige Objekte, reflektiert wird, kann ein zum elektrischen Radar-Aussendesignal 15 korrespondierendes und in der Umgebung 17 reflektiertes elektrisches Empfangssignal 16 empfangen werden.
Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung 13 für das Aussenden zumindest eine Antenne 18 beziehungsweise eine Antenneneinheit aufweisen.
Beispielsweise können das ausgesendete Radar-Aussendesignal 15 und das empfangene Empfangssignal 16 im Terahertz-Frequenzbereich oder Gigahertz-Frequenzbereich liegen. Somit kann mit Hilfe des Radarsystems 2 eine Frequenzkonversion eines Terahertz-Trägersignals, insbesondere eines Übertragungssignals 6, in den Gigahertz-Frequenzbereich zum Aussenden durchgeführt werden. In umgekehrter Art und Weise kann das Empfangen von Gigahertz-Signalen mit Modulation auf Terahertz-Trägersignal durchgeführt werden.
Um insbesondere die Radarsensorvorrichtung 3 kompakt und bauraumeinsparender für verschiedene Anwendungsgebiete konzipieren zu können, kann die Empfangseinrichtung 14 im Vergleich zum Stand der Technik keine herkömmliche Antenne und Antennenstruktur aufweisen. Diesbezüglich erfolgt die Verwendung eines optischen Ringresonators 19. Hierzu kann beispielsweise eine Transformationseinrichtung 20 vorgesehen. Diese kann als eigene Einheit ausgebildet sein oder Bestandteil der Empfangseinrichtung 14 sein. Insbesondere kann die Transformationseinrichtung 20 beispielsweise auf einem optischen Trägersubstrat, Polymersubstrat, photonischen Chip oder elektronisch-photonischen Chip integriert sein. Mit Hilfe eines optischen Kopplungselements 21 beziehungsweise eines linearen Wellenleiters kann das Übertragungssignal 6 übertragen werden. Mit Hilfe des Eingangs 8 kann das Übertragungssignal 6 in das Kopplungselement 21 eingekoppelt werden. Insbesondere wird das Kopplungselement 21 benachbart, insbesondere unmittelbar benachbart, zu einer Seite des optischen Ringresonators 19 angeordnet. Dabei ist insbesondere das optische Kopplungselement 21 und der Ringresonator 19 zueinander in einem vorgegebenen Kopplungsabstand 23 (vergleiche 4) angeordnet. Somit weisen das Kopplungselement 21 und der Ringresonator 19 eine Lücke beziehungsweise eine Distanz zueinander auf. Insbesondere berühren sich das Kopplungselement 21 und der Ringresonator 19 nicht. In Abhängigkeit von dem Kopplungsabstand 23 kann ein Kopplungsverhältnis zwischen dem Kopplungselement 21 und dem Ringresonator 19 vorgegeben beziehungsweise definiert beziehungsweise eingestellt werden.
Beispielsweise kann das Übertragungssignal 6 innerhalb des Kopplungselements 21 propagieren. In einer Wechselwirkungszone 24, in welcher insbesondere der Abstand 23 vorliegt, entsteht durch das optische Übertragungssignal 6 ein Evaneszenz-Feld 25, wodurch das Übertragungssignal 6 in den optischen Ringresonator 19 eingekoppelt wird. Nach einem Zyklus innerhalb des optischen Ringresonators 19 interferieren neu eingekoppelte Felder und bereits im Ringresonator 19 befindliche Felder konstruktiv. Eine Amplitudenmodulation kann somit erzeugt werden. Ein geringer Teil kann ausgekoppelt werden. Durch steigende Intensität im optischen Ringresonator 19 baut sich ein fundamentales Soliton auf, welches in Form eines Pulszugs 26 oder des optischen Ausgangssignal (11) ausgekoppelt werden kann. Dabei kann der Pulszug 26 in dem Ringresonator 19 abhängig von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignal 6 mittels eines Vier-Wellen-Mischprozesses erzeugt werden. Trifft nun als externes elektromagnetisches Feld, also das Empfangssignal 16, auf den Ringresonator 19 beziehungsweise eine Ringresonatorstruktur, so induziert dieses eine zeitlich variierende Modulation des Brechungsindex innerhalb des Ringresonators 19. Somit kann eine Umlaufzeit des Lichts innerhalb des Ringresonators 19 zeitlich moduliert werden. Somit kann eine Pulswiederholrate f_rep des optischen Ausgangssignals 11 zeitlich moduliert werden. Dabei können alle Charakteristika des externes Feldes, also Umgebungsinformationen beziehungsweise Radarinformationen, in eine Frequenzinformation der Pulswiederholrate f_rep beziehungsweise der Impulsfolgefrequenz konvertiert werden. Insbesondere kann die Impulsfolgefrequenz f_rep in Abhängigkeit von einem Durchmesser 27 (vergleiche 4) des optischen Ringresonators 19 und/oder dem Kopplungsabstand 23 beziehungsweise einem Kopplungsverhältnis zwischen optischem Kopplungselement 21 und dem optischen Ringresonator 19 moduliert werden. Somit kann je nach Anwendungsgebiet und/oder Radarsystem das Empfangen von elektromagnetischer Strahlung durch die spezielle Anordnung von Ringresonator 19 und Kopplungselement 21 justiert beziehungsweise angepasst werden.
Durch die Modulation der Pulsfolgefrequenz f_rep kann zumindest eine Information des elektrischen Empfangssignals 16 in eine Frequenzinformation der Impulsfolgefrequenz f_rep des Pulszugs 26 konvertiert werden. Dies kann zur Umfelderfassung in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 ausgewertet werden. Durch die individuelle Wahl der Resonatordimension des Ringresonators 19 kann die Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld und dem induzierten Brechungsindex in dem Ringresonator 19 angepasst beziehungsweise variiert werden.
Insbesondere dient hier der optische Ringresonator 19 als passives Bauelement zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung.
Des Weiteren ist ein zum Kopplungselement 21 unterschiedliches weiteres optisches Kopplungselement 28 vorgesehen. Dieses dient insbesondere zum Auskoppeln des erzeugten optischen Signals 16 aus dem Ringresonator 19. Das weitere Kopplungselement 28 ist unmittelbar benachbart zu einer zur ersten Seite 22 des Ringresonators 19 gegenüberliegenden zweiten Seite 29 angeordnet. Somit ist zwischen den beiden Kopplungselementen 21, 28 der Ringresonator 19 angeordnet. Beide Kopplungselemente 21, 28 sind zum einen zueinander beabstandet angeordnet und ebenfalls jeweils beabstandet zu dem Ringresonator 19. Somit berühren sich die Kopplungselemente 21, 28 und der Ringresonator 19 untereinander nicht.
Insbesondere dient das weitere Kopplungselement 28 dazu, welches ebenfalls als linearer Wellenleiter ausgebildet sein kann, dem optischen Ausgang 9 das optische Ausgangssignal 11 bereitzustellen. Dies kann wiederum der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 übermittelt und dort verarbeitet und ausgewertet werden. Insbesondere kann das optische Ausgangssignal 11 durch die Verarbeitungseinheit 12 ausgewertet werden. Dabei kann mit der Verarbeitungseinheit 12 aus dem optischen Ausgangssignal 11 die Impulsfolgefrequenz f_rep bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Heterodynmessung oder Homodynmessung durchgeführt werden. Dies kann ein Photostrom des optischen Ausgangssignals 11 mittels einer Photodiode der Verarbeitungseinheit 12 ausgewertet werden. Der Photostrom kann dabei proportional zu f_rep sein, und somit kann zumindest eine Radarinformation gewonnen beziehungsweise bestimmt werden.
In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die Transformationseinrichtung 20 und insbesondere der optische Ringresonator 19 auf Chipebene integriert ist. Dabei können beispielsweise EPICs, photonische ICs, Multichiplösungen oder Flipchiplösungen verwendet werden. Insbesondere ist in der 5 dabei wiederum die Empfangseinrichtung 14 der Radarsensorvorrichtung 13 dargestellt. Hierzu kann beispielsweise eine Modulationseinheit 30 vorgesehen sein, um eine Modulation des Pulszugs 26 durchführen zu können. Des Weiteren kann eine Diagnoseeinheit 31 für Verarbeitungs- und/oder Auswertungszwecke vorhanden sein.
In der 6 ist wiederum basierend auf der 5 nun dargestellt, dass mehrere Detektoreinheiten, insbesondere Empfangseinheiten 14, auf einem Halbleiter-Chip 32 integriert beziehungsweise gefertigt werden. Dies kann beispielsweise als ein Ein-Chip-System oder ein Zwei-Chip-System ausgeführt werden. Somit können mehrere Detektoreinheiten auf einem Chip oder mehreren Chips integriert werden. Dies ist insbesondere für den Anwendungsfall im Fahrzeug 1 vorteilhaft, da am Fahrzeug 1 verteilt mehrere Empfangseinheiten angeordnet werden können.
Somit kann eine kombiniere Prozessierung der Daten in der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4 erfolgen. Ebenfalls kann somit eine kohärente Prozessierung erfolgen.
Optional kann ein elektronisches Backend 33 zur Datenverarbeitung auf dem Chip 32 integriert werden. Somit kann eine Vorverarbeitung der Daten, wie Future-Extraction, Klassifizierung mittels Machine-Learning, Hardware-Beschleunigung oder Teilintegration der Funktionen der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 4, durchgeführt werden.
Insbesondere ermöglichen das erfindungsgemäße Radarsystem 2 und insbesondere die erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung 3 das Verwenden von Ringresonatoren zum Empfang von Gigahertz-Strahlung oder Terahertz-Strahlung. Ringresonatoren und optische Antriebselemente oder Ausleseelemente können in einer Halbleiter-Struktur integriert werden.
Somit können Ringresonator-Empfänger zur Umgebungserfassung (Radar oder Lidar) verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Radarsystem
3: Radarsensorvorrichtung
4: zentrale elektronische Recheneinrichtung
5: Lasereinrichtung
6: optisches Übertragungssignal
7: Glasfaser
8: optischer Eingang
9: optischer Ausgang
10: Empfangseinheit
11: optisches Ausgangssignal
12: Verarbeitungseinheit
13: Sendeeinrichtung
14: Empfangseinrichtung
15: elektrisches Radar-Aussendesignal
16: elektrisches Empfangssignal
17: Umgebung
18: Antenne
19: optischer Ringresonator
20: Transformationseinrichtung
21: optisches Kopplungselement
22: erste Seite des Ringresonators
23: Kopplungsabstand
24: Wechselwirkungszone
25: Evaneszenz-Feld
26: Pulszug
27: Durchmesser des Ringresonators
28: weiteres optisches Kopplungselement
29: zweite Seite des Ringresonators
30: Modulationseinheit
31: Diagnoseeinheit
32: Halbleiter-Chip
33: Backend
frep: Impulsfolgefrequenz des Pulszugs

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

WO 2017138949 A1 [0004]
US 20200235703 A1 [0005]
US 20160337041 A1 [0006]

Claims

Radarsensorvorrichtung (3) für ein Fahrzeug (1) mit: - einem optischen Eingang (8) zum Empfangen eines optischen Übertragungssignals (6); - einer Sendeeinrichtung (13) zum Aussenden eines elektrischen Radar-Aussendesignals (15), welches auf dem optischen Übertragungssignal (6) basiert, in eine Umgebung (17) des Fahrzeugs (1); - einer Empfangseinrichtung (14) zum Empfangen eines zum elektrischen Radar-Aussendesignal (15) korrespondierenden und in der Umgebung (17) reflektierten elektrischen Empfangssignals (16); und - einem optischen Ringresonator (19), welcher in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal (6) ein optisches Ausgangssignal (11) erzeugt; gekennzeichnet, durch - eine Transformationseinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, das elektrische Empfangssignal (16) an ein in einem optischen Ringresonator (19) umlaufenden optischen Signal aufzumodulieren oder in den optischen Ringresonator (19) einzukoppeln und das optische Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem eingekoppelten elektrischen Empfangssignal (16) zu modulieren.
Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (20) ein optisches Kopplungselement (21) zum Einkoppeln des elektrischen Empfangssignals (16) in den optischen Ringresonator (19) aufweist, welches unmittelbar benachbart zu einer ersten Seite (22) des optischen Ringresonators (19) angeordnet ist.
Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Kopplungselement (21) und der optische Ringresonator (19) zueinander einen vorgegebenen Kopplungsabstand (23) aufweisen, wobei in Abhängigkeit vom dem vorgegebenen Kopplungsabstand (23) das Einkoppeln des elektrischen Empfangssignals (16) in den optischen Ringresonator (19) beeinflusst ist.
Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (20) ein weiteres optisches Kopplungselement (28) zum Auskoppeln des erzeugten optischen Ausgangssignals (11) aus dem optischen Ringresonator (19), welches unmittelbar benachbart zu einer zur ersten Seite (22) des optischen Ringresonators (19) gegenüberliegende zweite Seite (29) des optischen Ringresonators (19) angeordnet ist, aufweist.
Radarsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere optische Kopplungselement (28) ausgebildet ist, das optische Ausgangssignal (11) einem optischen Ausgang (9) der Radarsensorvorrichtung (3) bereitzustellen.
Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensorvorrichtung (3) als ein Ein-Chip-System oder Multi-Chip-System ausgebildet ist.
Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Ringresonator (19) eine ringförmige oder ovale Form aufweist.
Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Ringresonator (19) als Mikroringresonator ausgebildet ist.
Radarsystem (2) mit zumindest einer Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 und einer zentralen elektronischen Recheneinrichtung (4), wobei - die zentrale elektronische Recheneinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal (6) für die Radarsensorvorrichtung (3) zu erzeugen und das optische Ausgangssignal (11) zu empfangen, und - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) jeweils über zumindest eine Glasfaser (7) mit dem optischen Eingang (8) und dem optischen Ausgang (9) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist.
Radarsystem (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) eine Lasereinrichtung (5) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Übertragungssignal (6) zu erzeugen und in die zumindest eine Glasfaser (7), welche mit dem optischen Eingang (8) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist, einzukoppeln, und - die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) eine optische Empfangseinheit (10) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das optische Ausgangssignal (11) über die zumindest eine Glasfaser (7), welche mit dem optischen Ausgang (9) der Radarsensorvorrichtung (3) gekoppelt ist, zu empfangen.
Radarsystem (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zentral elektronische Recheneinrichtung (4) eine Verarbeitungseinheit (12) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine Impulsfolgefrequenz (f_rep) des empfangenen optischen Ausgangssignal (11) zu bestimmen und in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequenz (f_rep) zumindest eine Radarinformation zu bestimmen.
Fahrzeug (1) mit einem Radarsystem (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
Verfahren zum Betreiben einer Radarsensorvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei - in Abhängigkeit von einem Evaneszenz-Feld (25), welches durch das optische Übertragungssignal (6) hervorgerufen wird, das optische Übertragungssignal (6) in den optischen Ringresonator (19) eingekoppelt wird, - mittels eines Vier-Wellen-Mischprozess das optische Ausgangssignal (11) in dem optischen Ringresonator (1) abhängig von dem eingekoppelten optischen Übertragungssignal (6) erzeugt wird, und - ein Brechungsindex des optischen Ringresonator (19) durch das eingekoppelte elektrische Empfangssignal (16) moduliert wird, wodurch eine Impulsfolgefrequenz (f_rep) des optischen Ausgangssignals (11) moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfolgefrequenz (f_rep) des optischen Ausgangssignals (11) in Abhängigkeit von einem Durchmesser (27) des optischen Ringresonators (19) und/oder einem Kopplungsverhältnis zwischen dem optischen Kopplungselement (21) und dem optischen Ringresonator (19) moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Modulation der Impulsfolgefrequenz (f_rep) zumindest eine Information des elektrischen Empfangssignals (16) in eine Frequenzinformation der Impulsfolgefrequenz (f_rep) konvertiert wird.