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STAND DER TECHNIK
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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
US 5497163 A offenbart ein Doppler-Radar-Modul, welches ein Anpassungsnetzwerk aus einer Mikrostreifenleitung aufweist.
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Die
DE 195 30 065 A1 offenbart einen Monostatischen FMCW-Radarsensor üf rin Fahrzeug zur Detektion von Objekten.
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Die
DE 196 10 850 C1 offenbart ein Monostatisches homodynes Radarsystem, bei welchem ein balancierter Mischer mit einem Eingangstor an einen Oszillator und mit einem anderen Eingangstor an eine Antenne angeschlossen ist.
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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 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 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 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 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 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 integrierten 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 generiert. 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 Mischeinrichtung 14 und wird einer Anpasseinrichtung 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 Mischeinrichtung 14 zugeführt.
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In der 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 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 Patch-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 mm × 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. 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.
