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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung zur Abstands-
und/oder Geschwindigkeitsmessung von Objekten, und insbesondere eine
integrierte Schaltung zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs mittels
Radar.
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Der
Einsatz eines mehrstrahligen Kraftfahrzeug-Radarsystems zur Erfassung
der Geschwindigkeit und/oder des Abstands von einem Objekt ist beispielsweise
aus der
DE 196 48 203 bekannt.
Dabei wird mit mindestens einer Antenne, welche insgesamt mindestens
zwei Antennenkeulen ausbildet, mindestens eine dieser Antennenkeulen
zum Senden und zum Empfangen von Radarsignalen eingesetzt, wobei
mindestens eine weitere Antennenkeule ausschließlich zum Empfangen von Radarsignalen dient.
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Aus
der
DE 199 63 005 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung
von Objekten im Umgebungsbereich eines Fahrzeugs bekannt, bei welchem
mit mindestens einem Radarsensor die Objekte erfasst und in mindestens
einer Auswerteeinheit die Entfernungs- und/oder Geschwindigkeitsdaten
der Objekte ausgewertet werden. Der Umgebungsbereich des Fahrzeugs
wird dabei unter Ausnutzung eines Sendesignals jeweils eines Puls-Radarsensors
in einem oder mehreren Empfangszweigen derart erfasst, dass unterschiedliche
Entfernungsbereiche sequentiell und/oder parallel ausgewertet werden.
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Die
bekannten Systeme weisen insbesondere den Nachteil auf, dass ein
komplexes, voluminöses
und damit kostenintensives Radarsystem bereitgestellt wird, welches
aus verschiedenen Einzelkomponenten besteht, welche hochfrequenztauglich
miteinander verschaltet sein müssen.
Da die Betriebsfrequenzen solcher Radarsysteme zukünftig höhere Werte
annehmen, steigen auch die parasitären Effekte durch parasitäre Induktivitäten und
Kapazitäten der
Verbindungen zwischen den Einzelkomponenten gemäß dem Stand der Technik. Werden
die diskreten Bauelemente, wie ein Chip, zur Erzeugung eines HF-Signals,
Verteilnetzwerke und vor allem Antennen, auf eine Trägereinrichtung
aus Keramik, LTCC, einer Leiterplatte oder ein Softboard aufgebracht,
so ist durch die toleranzbehaftete Aufbau- und Verbindungstechnik
bei hohen Frequenzen, insbesondere über 50 GHz, mit starken parasitären Effekten
zu rechnen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße integrierte
Schaltung zur Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessung von Objekten
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den
Vorteil auf, dass eine hochintegrierte System- und Chip-Lösung bereitgestellt
wird, welche trotz einer hohen Arbeitsfrequenz von beispielsweise über 20 GHz
eine hohe Zuverlässigkeit
bei niedrigen Kosten und unter Minimierung parasitärer Effekte
bei einem geringen Bauraum bereitstellt. Dazu ist erforderlich,
neben einer Hochintegration von Schaltungskomponenten auch die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen,
d.h. Antennen, mit auf einem Chip zu integrieren. Der Chip weist
lediglich Schnittstellen auf, welche nicht mit dem HF-Signal, sondern
lediglich mit NF-Signalen beaufschlagt werden.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im wesentlichen
darin, dass einzelne, diskrete Komponenten oder teilintegrierte Schaltungsbestandteile
zu einem einzigen hochintegrierten Baustein zusammengefasst werden,
welcher auch eine Sende-/Empfangseinrichtung,
und insbesondere ein Anpassnetzwerk für die Antenne aufweist. Außerdem können vorzugsweise
auch digitale Schaltungselemente zur Signalverarbeitung bzw. A/D-Wandlung
auf dem Halbleiter-Chip integriert werden. Das System wird derart
in Subsysteme partitioniert, dass lediglich Schnittstellen mit niedrigen Betriebsfrequenzen
vorliegen. Aufgrund der beschränkten
Bandbreite einer auf einem Chip integrierten Antenne wird das Systemkonzept
vorzugsweise durch ein Anpassnetzwerk derart weitergebildet, dass
eine vorbestimmte System-Performance erzielt wird.
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Mit
anderen Worten wird eine integrierte Schaltung zur Abstands- und/oder
Geschwindigkeitsmessung von Objekten bereitgestellt mit einer Hochfrequenz-Signalerzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines ersten HF-Signals mit einer vorbestimmten Frequenz
und einem vorbestimmten Modulationsverlauf aus zumindest einem NF-Signal;
einer Diplex-/Mischeinrichtung, welche an die Hochfrequenz-Signalerzeugungseinrichtung
gekoppelt ist, zum Ermitteln eines Frequenzversatzes zwischen dem
ersten HF-Signal und einem reflektierten zweiten HF-Signal; einer
Sende-/Empfangseinrichtung, welche
an die Mischeinrichtung gekoppelt ist, zum Senden des ersten HF-Signals
und gleichzeitigen Empfangen des reflektierten zweiten HF-Signals, welches
abhängig
vom vorbestimmten Modulationsverlauf des ersten HF-Signals und einem
Abstand zu einem reflektierenden Objekt ist; und einer Anpasseinrichtung,
welche zwischen die Diplex-/Mischeinrichtung und die Sende-/Empfangseinrichtung
gekoppelt ist, zum Anpassen der Impedanz der Sende-/Empfangseinrichtung
in Abhängigkeit
von der Frequenz des ersten HF-Signals.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der
im Anspruch 1 angegebenen integrierten Schaltung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist eine Schnittstelleneinrichtung zum
Einkoppeln von zumindest einem digitalen Signal, vorzugsweise über einen
CAN-Bus, und/oder eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung,
welche an die Hochfrequenz-Signalerzeugungseinrichtung
und vorzugsweise an die Schnittstelleneinrichtung gekoppelt ist,
zum Verarbeiten des zumindest einen digitalen Signals und Steuern
der integrierten Schaltung und/oder ein A/D-Wandler, welcher an
die Diplex-/Mischeinrichtung und die Signalverarbeitungseinrichtung
gekoppelt ist, zum Digitalisieren des Frequenzversatzes vorgesehen.
Somit können
auf vorteilhafte Weise kostengünstig
digitale Funktionsblöcke,
wie beispielsweise ein digitaler Signalprozessor und/oder ein Analog-Digital-Wandler,
sowie entsprechende Schnittstellen auf dem Chip integriert werden,
welches zusätzlich
Bauraum einspart.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Hochfrequenz-Signalerzeugungseinrichtung
eine Modulationseinrichtung, welche vorzugsweise zusätzlich direkt
mit der Diplex-/Mischeinrichtung gekoppelt ist, und einen der Modulationseinrichtung
nachgeschalteten Oszillator, vorzugsweise einen VCO (voltage control
oscillator), auf. Eine einfache und kostengünstige Struktur zur Generierung des
modulierten HF-Sendesignals kann folglich vorteilhaft bereitgestellt
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt die integrierte Schaltung
in BiCMOS-Technologie vor und/oder weist SiGe oder SiGeC oder SiC
als Halbleitersubstrat auf. Hochfrequenztaugliche Antennen sind
kostengünstig
auf diese Weise herstellbar und weisen ein präzise bestimmbares, schmalbandiges
Abstrahlverhalten, abhängig
von der Antennendimensionierung, auf.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Sende-/Empfangseinrichtung
eine Patch-Antenne in einer vorbestimmten Ausrichtung, insbesondere
in einem 0° oder
45° Winkel
einer Breitseite der Patch-Antenne zu einer Längsseite der integrierten Schaltung,
vorzugsweise für
einen Frequenzbereich des ersten HF-Signals zwischen 20 GHz und
300 GHz, auf. Dies birgt den Vorteil einer vorbestimmbaren Abstrahl-Charakteristik von
Radarsystemen mit Long-Range- und/oder Short-Range-Bereichen zur
Umfelddetektion durch die erfindungsgemäße integrierte Schaltung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Anpasseinrichtung z.B.
eine Kondensator-Spule-Kondensator-Filterschaltung, vorzugsweise
ein Collins-Filter, einstellbarer Impedanz auf. Durch ein solches
Anpassnetzwerk kann die Antenne für die Abstrahlung einer gewissen
Frequenzbandbreite beliebig kalibriert bzw. angepasst werden. Die
schmalbandige Abstrahl-Charakteristik einer integrierten Patch-Antenne
kann somit auf vorteilhafte Weise in einem gewissen Frequenzband
verschoben und somit insgesamt vergrößert werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Radarumfeld-Detektionsvorrichtung mit
einer Vielzahl von integrierten Schaltungen der erfindungsgemäßen Art
mit einer Abstrahleinrichtung über
jeder integrierten Schaltung vorgesehen, welche vorzugsweise aus
einem kegelstumpfförmigen Dielektrikum
besteht, in welchem vorzugsweise zumindest eine, insbesondere patch-fömige, leitfähige Ebene, entsprechend
einer dielektrisch verkürzten Yagi-Antenne,
parallel zur Sende-/Empfangseinrichtung,
vorgesehen ist. Dies birgt den Vorteil, dass das integrierte Antennenkonzept
durch externe, fokussierende Antennenelemente, wie beispielsweise
ein Polyrod, insbesondere mit mehreren zusätzlichen Patches, bereitgestellt
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Abstrahleinrichtungen über einen
gemeinsamen Träger
miteinander verbunden, wobei über
den integrierten Schaltungen vorzugsweise eine Vergussmasse vorbestimmter
Dielektrizitätskonstante
vorgesehen ist. Folglich werden vorteilhaft mehrere Polyrods in
einem gemeinsamen Werkstück
zusammengefasst, wodurch Toleranzen herabgesetzt werden und eine
Vereinfachung der Montage bei gleichzeitigem Schutz der Chips ermöglicht wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind z.B. vier, fünf oder
sechs integrierte Schaltungen parallel nebeneinander in einer Reihe
in einer vorbestimmten Ausrichtung, insbesondere in einem 0° oder 45° Winkel zwischen
einer Längsseite der
integrierten Schaltung und einer Längsseite einer Trägereinrichtung,
und/oder in einer doppelten Dreieranordnung parallel oder antiparallel
zueinander und/oder in einer antiparallelen Anordnung mit zueinander
versetzten integrierten Schaltungen vorgesehen. Dadurch wird der
Vorteil sichergestellt, dass planare Anordnungen einer Vielzahl
von Chips realisierbar sind, welche eine vorbestimmte Abstrahl-Charakteristik
aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind zumindest zwei integrierte
Schaltungen mit einem vorbestimmten Frequenzabstand voneinander
und mit einem vorbestimmten aufeinander synchronisierten Modulationsverlauf
betreibbar. Ein synchroner Lauf der einzelnen Oszillatoren ermöglicht vorteilhaft
eine ermittelbare zusätzliche
Korrelationsinformation. Außerdem
birgt dies den Vorteil, dass durch das Systemkonzept mit mehreren schmalbandigen,
sich insbesondere nicht überlappenden
Frequenzgängen
eine hohe gegenseitige Störunterdrückung im
Nutzband, d.h. im Bereich der Frequenz des ersten HF-Signals, sichergestellt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Verstärkungseinrichtung
zum Verstärken
des Frequenzversatzsignals der Diplex-/Mischeinrichtung nachgeschaltet,
welche vorzugsweise an ein drittes HF-Signal einer zweiten Frequenzerzeugungseinrichtung
zum Ermitteln einer Kreuzkorrelation zwischen dem Frequenzversatz und
dem dritten HF-Signal gekoppelt ist. So kann vorteilhaft vorzugsweise
bei überlappenden
Richtdiagrammen durch vorbestimmte Zwischenfrequenzen, z.B. 200,
400, 600 MHz, zusätzlich
Kreuz-Echo-Informationen gewonnen werden.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Schrägdraufsicht einer
integrieren Schaltung zur Erläuterung
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Schrägansicht
einer Radarumfeld-Erfassungsvorrichtung zur Erläuterung einer bevorzugten Weiterbildung
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Draufsicht einer Anordnung integrierter Schaltungen
zur Erläuterung einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
schematische Draufsicht einer Anordnung integrierter Schaltungen
zur Erläuterung einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung;
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6 ein
schematisches Frequenzdiagramm über
der Zeit zur Erläuterung
der Funktionsweise einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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7 eine
schematische Querschnittsansicht einer integrierten Schaltung mit
Abstrahleinrichtung zur Erläuterung
einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Bestandteile.
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In 1 ist
schematisch als Blockdiagramm eine integrierte Schaltung zur Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessung
von Objekten gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Hochfrequenz-Signalerzeugungseinrichtung,
welche vorzugsweise aus einer Modulationseinrichtung 10 und
einem nachgeschalteten Oszillator 11, insbesondere einem
VCO (voltage control oscillator), besteht, wird über ein Niederfrequenzsignal 12,
vorzugsweise ein Digitalwort, gespeist. Durch das NF-Signal 12 wird
in der Modulationseinrichtung 10 ein vorbestimmter Modulationsverlauf,
generiert und an den Oszillator weitergegeben, welcher entsprechend
des Modulationsverlaufs ein erstes HF-Signal 13 generier.
Das HF-Signal 13 weist beispielsweise eine Mittenfrequenz
zwischen 20 GHz und 300 GHz, vorzugsweise etwa 77 GHz, auf, wobei
diese vorzugsweise dreiecksförmig
mit einer festen Modulationsrate zwischen 50 MHz und 500 MHz pro
ms moduliert wird.
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Das
HF-Signal 13 durchläuft
daraufhin eine Diplex-/Mischeinrichtung 14 und wird einer
Anpasseinrchtung 15, d.h. einem Anpassungsnetzwerk, zugeführt und
von einer Sende-/Empfangseinrichtung 16 abgestrahlt.
Die Anpasseinrichtung 15 ist vorzugsweise als Kondensator-Spule-Kondensator-Netzwerk
(CLC-Netzwerk) ausgeführt
und insbesondere als Collins-Filter aufgebaut. Durch die Anpasseinrichtung 15 kann
die Impedanz der Sende-/Empfangseinrichtung 16, z.B. einer
Patch-Antenne, auf die Frequenz des ersten HF-Signals 13 angepasst
werden. Somit wird ein breitbandigerer Einsatz einer ansonsten schmalbandigen
Antenne ermöglicht.
Ein von einem Objekt (nicht dargestellt) reflektiertes zweites HF-Signal 17 wird
von der Sende-/Empfangseinrichtung 16 über die
Anpaßeinrichtung 15 der
Diplex-/Mischeinrichtung 14 zugeführt.
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In
der Diplex-/Mischeinrichtung 14 wird ein Frequenzversatz 18 zwischen
dem gesendeten HF-Signal 13 und dem zweiten empfangenen,
d.h. reflektierten, HF-Signal 17 ermittelt und ausgegeben. Der
Frequenzversatz 18, beispielsweise im Bereich zwischen
1 KHz und 100 KHz, resultiert aus dem Modulationsverlauf, d.h. dem
Frequenzhub pro Zeiteinheit, des gesendeten HF-Signals 13 und
der Zeit, welche die Radarwelle zwischen der Sende-/Empfangseinrichtung 16 und
einem detektierten Objekt (nicht dargestellt) benötigt. Vorzugsweise
ist die Diplex-/Mischeinrichtung 14 ebenfalls direkt mit
der Modulationseinrichtung 10 verbunden, um eine Mittenfrequenzregelung
des ersten HF-Signals 13 über eine
Feedback-Information zu ermöglichen.
Der Frequenzversatz 18 wird daraufhin vorzugsweise in einer
Verstärkungseinrichtung 19 im
Pegel angehoben.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird dem Frequenzversatz 18 in
der Verstärkungseinrichtung 19 von
einer zweiten Hochfrequenz-Signalerzeugungseinrichtung 20 ein
drittes HF-Signal 21 zugeführt, um eine Kreuzkorrelation
ausführen
zu können.
Der Frequenzversatz 18 und/oder das dritte HF-Signal 21 werden
daraufhin einem Analog-Digital-Wandler 22 zugeführt und
in ein Digitalwort 23 einer vorbestimmten Bit-Breite gewandelt.
Vorzugsweise ist darüber
hinaus auf der integrierten Schaltung ebenfalls eine digitale Signalverarbeitungs-
und Steuerungseinrichtung 24 bereitgestellt, welche das digitale
NF-Signal 12 an die Modulationseinrichtung 10 weitergibt,
sowie das von der A/D-Wandlereinheit 22 gewandelte Digitalwort 23 empfängt. Außerdem ist
vorzugsweise eine direkte Verbindung zwischen der digitalen Signalverarbeitungs-
und Steuerungseinrichtung 24 und der Verstärkungseinrichtung 19, z.B.
zur Pegelanpassung des Frequenzversatzes 18 durch die Signalverarbeitungs-
und Steuerungseinrichtung 24, vorgesehen.
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Ein
Datenaustausch zwischen der digitalen Signalverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 24 und
Bauelementen bzw. elektrischen Einrichtungen außerhalb des Chips erfolgen
vorzugsweise über eine
Schnittstelleneinrichtung 25, welche beispielsweise an
einen ersten CAN-Bus 26 und vorzugsweise an einen zweiten
CAN-Bus 27 gekoppelt
ist. Darüber
hinaus ist eine Spannungsversorgung 28 an ein Bezugspotential 29,
eine Batteriespannung 30 und ein stabilisiertes Potential 31 gekoppelt
und auf dem integrierten Chip vorgesehen.
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In 2 ist
eine integrierte Schaltung 100 dargestellt, welche eine
interne Struktur gemäß 1 aufweist.
An der Oberfläche
der integrierten Schaltung 100 ist eine Sende-/Empfangseinrichtung 116,
vorzugsweise eine Patch-Antenne, vorgesehen, welche beispielsweise
in einem 45°-Winkel
zwischen einer Längsseite
der integrierten Schaltung 100 und einer Breitseite der
Patch-Antenne 116 vorgesehen ist. Die Patch-Antenne 116 kann
auch beliebige andere Winkelwerte zwischen deren Breitseite und
der Längsseite
der integrierten Schaltung 100 annehmen. Nach außen wird
die integrierte Schaltung 100 über Bond-Drähte 140 an einen ersten
und zweiten CAN-Bus 126, 127 angeschlossen. Die
Spannungsversorgung erfolgt entsprechend 1 über eine Spannungsquelle 130,
eine stabilisierte Spannungsquelle 131 und ein Bezugspotential 129.
Die integrierte Schaltung 100 wird beispielsweise über eine Befestigungseinrichtung 141,
z.B. eine Moldmasse oder einen Klebestoff, auf einer Trägereinrichtung (nicht
dargestellt) befestigt. Über
die Spannungsversorgungsverbindungen 129, 130, 131 wird
eine Gleichspannung an der integrierten Schaltung 100 bereitgestellt
und die Bond-Drähte 140 zum
Anschluss der CAN-Busse 126, 127 sind mit einem
niederfrequenten Signal (NF-Signal)
beaufschlagt, welches eine Frequenz von insbesondere < 3 GHz aufweist.
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Die
Patch-Antenne 116 ist dabei vorzugsweise auf SiGe aufgebracht,
welches wiederum auf einem Silizium-Substrat bereitgestellt ist.
Für die
Bandbreite der Abstrahlfrequenz ist dabei die Dicke der SiGe-Schicht
zwischen dem darunter liegenden Si-Substrat und der Patch-Antenne 116,
welche aus einem leitfähigen
Material besteht, vorzugsweise einer Metallisierung, entscheidend.
Wird eine Patch-Antenne 116 derart in einer integrierten
Schaltung 100 integriert, so ergeben sich für eine SiGe-Schichtdicke
von 127 μm,
30 μm und
11 μm Bandbreiten
von ca. 2 GHz, 670 MHz und 270 MHz. Dabei stellt sich ein Antennengewinn
von 7 dBi bis 8 dBi ein.
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Um
nicht auf eine Modulationsbandbreite von nur etwa 170 MHz angewiesen
zu sein, ist in der integrierten Schaltung 100, wie in 1 dargestellt, eine
Anpasseinrichtung 15 zur Impedanzanpassung vorgesehen.
Durch einen solchen Antennen-Tuner, welcher mit auf dem SiGe integriert
ist, sind Bandbreiten von mehr als einem, insbesondere mehr als
4 GHz möglich.
Durch die Integration des Antennentuners als Anpasseinrichtung 15 wird
somit auch ein hochauflösender
Nahbereichsradar, z.B. ein SRR (short range radar), in Ultra-Wideband-Technologie ermöglicht.
Bei einer Arbeitsfrequenz von beispielsweise 77 GHz ist etwa eine
Pateh-Antenne 116 mit einer Fläche von 1 mm × 1,4 mm
erforderlich. Um eine Verkopplung bzw. Einstreuung auf dem Chip
zu vermeiden, ist vorzugsweise eine frei zu haltende Fläche von
2 nun × 2
mm auf dem Chip um die Patch-Antenne 116 vorzusehen.
Wird als Arbeitsfrequenz ein HF-Signal mit 140 GHz eingesetzt, ist
lediglich eine frei zu haltende Fläche von 1 mm × 1 mm vorzusehen.
Installiert man vor der Patch-Antenne 116 auf der integrierten
Schaltung 100 in einem vorbestimmten Abstand ein weiteres
Patch aus einem leitfähigen
Material (in 2 nicht dargestellt), so erhöht sich
der Antennengewinn auf etwa 10 dBi, wobei darüber hinaus eine Erhöhung der
Bandbreite auftritt.
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In 3 ist
eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung mit einer
Vielzahl von integrierten Schaltungen 100 dargestellt,
welche in einer Reihe nebeneinander ausgerichtet sind. Die integrierten
Schaltungen 100 sind auf einer Trägerplatte 142 aufgebracht,
vorzugsweise geklebt. Über
jeder integrierten Schaltung 100 ist im Bereich der Patch-Antenne
ein aus einem Dielektrikum bestehender Polyrod als Abstrahleinrichtung 143 vorgesehen.
Jede einzelne Abstrahleinrichtung 143 (Polyrod) weist im
unteren Abschnitt direkt über
der Patch-Antenne eine Zylinderform auf und läuft in einem oberen Abschnitt
konisch zu einem Kegelstumpf zusammen. Die Abstrahleinrichtungen 143 über den
integrierten Schaltungen 100 dienen einer verbesserten,
gerichteten Abstrahlung der HF-Wellen, welche von der Patch-Antenne
(in 3 durch die Abstrahleinrichtung 143 verdeckt)
abgestrahlt wird.
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Gemäß 3 sind
die vorzugsweise fünf
nebeneinander angeordneten integrierten Schaltungen jeweils mit
einer Abstrahleinrichtung 143 darüber vorgesehen, wobei die Abstrahleinrichtungen 143 durch eine
Trägereinrichtung 144, ähnlich einer
Brückenpfeilerkonstruktion,
seitlich abgestützt
werden. Die Trägereinrichtung 144 ist
vorzugsweise ebenfalls aus einem dielektrischen Material und auf
die Trägerplatte 142 aufgeklebt
oder aufgeclipst. Vorzugsweise bilden die Trägereinrichtungen 144 und
die Abstrahleinrichtungen 143 eine konstruktive Einheit
und sind als Spritzgussteil herstellbar. In der Trägereinrichtung 144 sind
zwischen den einzelnen Abstrahleinrichtungen 143 zur Verbesserung
der Abstrahl-Charakteristik insbesondere nierenförmige Ausnehmungen 145 vorgesehen.
Zum Schutz der integrierten Schaltungen 100 ist vorzugsweise
eine Vergussmasse über den
einzelnen integrierten Schaltungen 100 vorgesehen (in 3 nicht
dargestellt), welche vorzugsweise eine angepasste, vorbestimmte
Dielektrizitätskonstante
aufweist und somit ebenfalls eine elektrische Funktion übernimmt.
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In 4 und 5 sind
weitere Anordnungsmöglichkeiten
der integrierten Schaltungen 100 in einer Ebene als Draufsicht
verdeutlicht. Dabei sind die Patch-Antennen 116 in einem
0°-Winkel
zwischen der Breitseite der Patches und einer Längsseite der integrierten Schaltung 100 dargestellt.
Auch hier ist jeglicher Winkel vorstellbar. Darüber hinaus sind auch die einzelnen
integrierten Schaltungen 100 in einem beliebigen Winkel
zu der aktuell dargestellten Ausrichtung in ihrer Gesamtheit parallel
verschiebbar oder auch jede einzelne integrierte Schaltung 100 für sich mit
einem individuellen vorbestimmten Ausrichtungswinkel zur Optimierung
der Abstrahl-Charakteristik möglich.
Obwohl in 3, 4 und 5 fünf integrierte
Schaltungen 100 mit darüber
angeordneten Abstrahleinrichtungen 143 dargestellt sind,
ist eine beliebige Anzahl von entsprechenden Anordnungen, insbesondere
vier und sechs, mit beliebigen Ausrichtungen zueinander angedacht.
Bei 4 sind je zwei integrierte Schaltungen 100 antiparallel
zueinander, wobei die fünfte
integrierte Schaltung mittig zentral auf der Schnittlinie der linken
oberen und rechten unteren bzw. rechten oberen und linken unteren
fiktiven Verbindungslinie der Patch-Antennen 116 mit deren
Patch-Antenne 116 zu liegen kommt. Bei 5 ist
eine antiparallele Anordnung in einer zweireihigen Schachbrett-Anordnung
der integrierten Schaltungen verdeutlicht.
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Aufgrund
der Schmalbandigkeit der Abstrahl-Charakteristika der Patch-Antennen 116 und zusätzlich zur
Verbesserung der Entkopplung zwischen einzelnen integrierten Schaltungen 100 gemäß 3, 4 und 5 wird
jeder integrierten Schaltung 100 eine eigene, mit den Frequenzen
der anderen integrierten Schaltung 100 synchronisierte Frequenz
zugewiesen. In 6 ist beispielhaft ein entsprechender
Modulationsverlauf der Frequenzen f(t) über der Zeit t dargestellt.
Andere Modulationsverfahren sind ebenfalls möglich. Zum einen geht daraus
der aufeinander synchronisierte Frequenzverlauf sowie die dreieckförmige Modulation
mit einem unmodulierten Abschnitt zwischen aufeinanderfolgenden
Dreiecksmodulationen hervor. Die parallel (synchronisiert) zueinander
verlaufenden Frequenzmodulationen 146A, 146B, 146C und 146D weisen einen
vorbestimmten Frequenzabstand df auf. Dabei kann der Frequenzabstand
df zwischen den HF-Signalen der integrierten Schaltungen 100 derart
gewählt
werden, dass es nicht zu einer Überlappung zwischen
Sende-HF-Signal und Empfangs-HF-Signal unterschiedlicher integrierter
Schaltungen bei der Abstandsdetektion eines Objekts kommen kann. Auch
eine solche Überlappung
der Frequenzbereiche ist jedoch möglich. Für eine Kreuz-Echo-Auswertung
wird die Differenzfrequenz zwischen zwei benachbarten integrierten
Schaltungen 100 mit deren Frequenzverläufen, z.B. 146B, 146C,
ermittelt und ausgewertet. Gemäß 6 ist
ein FMCW-System dargestellt, wobei alle Modulationsformen, wie beispielsweise
eine Pulsmodulation, pn-, FM-Chirp, mFSK-Modulation, usw. möglich sind.
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7 zeigt
eine integrierte Schaltung 100 mit einer Patch-Antenne 116 im
Querschnitt, wobei über
der Patch-Antenne 116 eine Abstrahleinrichtung 143 (Polyrod)
mittels einer Klebemasse 147 befestigt ist. Dabei ist zur
Erhöhung
des Antennengewinns in der Abstrahleinrichtung 143 eine
Vielzahl zur Sende-/Empfangseinrichtung 116 (Patch-Antenne) parallele,
vorzugsweise patch-förmige,
leitfähige
Elemente 148 vorgesehen. Dadurch entsteht eine dielektrisch
verkürzte
Yagi-Antenne.
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Da
die Sende-/Empfangseinrichtung (Antenne) 16, 116 mit
auf der integrierten Schaltung (Chip) 100 integriert ist,
tritt als höchste
Frequenz, welche von der integrierten Schaltung auf beispielsweise eine
Trägerplatte 142 gemäß 3 übertragen
werden muss, z.B. die Referenzfrequenz der Signalverarbeitungs-
und Steuerungseinrichtung 24 gemäß 1, also
eines Digitalrechners, auf, wenn dieser auf dem Chip integriert
werden soll.
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Ansonsten
sind Taktfrequenzen (von Quarzen herrührend) und Schnittstellen,
beispielsweise 100 kHz bis 50 MHz, die höchsten Frequenzen, welche von
der integrierten Schaltung 100 auf eine Trägerplatte 142 übertragen
werden müssen.
Dafür stehen
geeignete Aufbau- und Verbindungstechnologien zur Verfügung, welche
für diesen
Frequenzbereich ausreichend niedrige parasitäre Kapazitäten bzw. Induktivitäten bereitstellen,
wie beispielsweise Kleben, Bonden, Löten, das Vorsehen eines Underfillers
unter der integrierten Schaltung, eine Flip-Chip-Struktur, Bauelemente
in einem Gehäuse, usw.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifizierbar. So ist trotz der Bezugnahme auf eine Abstands- bzw.
Geschwindigkeitsmessung eines Objektes der Einsatz der Erfindung
ebenfalls bei anderen mm-Wellen-Sensoren oder mm-Wellen-Kommunikationssystemen
bei einer entsprechenden Frequenzskalierung möglich. Ein weiteres Anwendungsfeld
sind darüber
hinaus Sensoren zur Messung der Geschwindigkeit über Grund. Außerdem ist
ein Einsatz in einem Entfernungsmessgerät (von einem Kraftfahrzeug
entkoppelt) oder bei der Hubhöhenregelung
möglich.
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Außerdem sind
die im vorangehenden erläuterten
Frequenzen, Dimensionierungen und Materialien sowie Modulationsarten
und Chip-Anordnungen lediglich beispielhaft zu sehen.