DE19648203A1 - Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung behandelt ein mehrstrahliges
Kraftfahrzeug-Radarsystem. Mehrstrahlig bedeutet dabei, daß
das Radarsystem mit einer oder mehreren Antennen ausgerüstet
ist, die insgesamt mindestens zwei Antennenkeulen ausbilden.
Ein solches Kraftfahrzeug-Radarsystem ist beispielsweise aus
der EP 0 498 524 A2 bekannt. In dieser Schrift handelt es
sich um ein Kraftfahrzeug-Radarsystem, das zwei getrennte
Antennen für den Sende- und für den Empfangsweg verwendet.
Die Sendeantenne besteht aus einem Hornstrahler und einer
davor angeordneten Antennenlinse und besitzt eine relativ
breite Antennenkeule. Die Empfangsantenne besteht aus
insgesamt drei Empfangselementen sowie ebenfalls einer
Antennenlinse. Sie bildet drei, versetzt zueinander liegende
Antennenkeulen aus, mit denen eine Winkelzuordnung
empfangener Radarsignale getroffen werden kann. Schwierig
keit bei diesem beschriebenen Radarsystems ist, daß es
aufgrund der Verwendung von zwei getrennten Antennen für den
Sende- und für den Empfangsfall vergleichsweise viel Platz
benötigt. Außerdem sind in so einem Fall relativ lange
Zuleitungen zu den Antennenelementen notwendig, die aufgrund
ihrer Dämpfung insbesondere im Empfangsfall zu unerwünschten
Leistungsverlusten führen. Ein weiteres Problem eines
solchen Radarsystems ist die Korrektur seiner struktur
bedingten Unsymmetrie.
Ein ähnliches Prinzip eines Radarsystems mit getrennten
Sende- und Empfangskeulen ist beispielsweise aus "Radar
Handbook", von M. Skolnik, 2nd Edition, Seite 20.7f bekannt.
Hier ist ein sogenanntes Stacked-Beam Radar beschrieben, das
mehrere, vertikal "gestapelte" Empfangskeulen besitzt. Ein
mögliches Radarziel wird demgegenüber nur über eine einzige
Sendekeule beleuchtet, die breit genug ist, um alle
Empfangskeulen zu überdecken. Hinsichtlich der Probleme oder
Schwierigkeiten einer solchen Lösung gilt gleichermaßen das
zuvor Gesagte.
In der noch nicht veröffentlichten DE-Anmeldung mit dem
Aktenzeichen 195 30 065.3 ist ein mehrstrahliges Kraft
fahrzeug-Radarsystem beschrieben, das für den Sende- und für
den Empfangsweg dieselbe Antenne verwendet. Diese Antenne
besteht aus insgesamt drei Sende-/Empfangselementen sowie
einer davor angeordneten, gemeinsamen Antennenlinse. Sie
bildet dementsprechend ebenfalls drei Antennenkeulen aus.
Die Schwierigkeit bei einem solchen Radarsystem, das eine
gemeinsame Antenne für den Sende- und für den Empfangsfall
verwendet, liegt in der Trennung der Sende- und der
Empfangssignale. Für diese Aufgabe wird in dem hier
beschriebenen Radarsystem eine Schaltungsanordnung ver
wendet, die nachfolgend als Doppel-Rat-Race bezeichnet wird.
Ein solcher Doppel-Rat-Race ist eine, vorzugsweise in
Streifenleitertechnik gefertigte Schaltungsanordnung, die
eine Sende-/Empfangsweiche und einen Empfangsmischer
verbindet. Die genaue Funktionsweise ist beispielsweise in
der UK-Anmeldung GB 2 290 000 A beschrieben. Mit Hilfe eines
solchen Doppel-Rat-Race können Sende- und Empfangssignale
gleichzeitig über eine Antenne gesendet und empfangen
werden. Damit eignet sich ein solcher Doppel-Rat-Race
besonders für ein Radarsystem nach dem FMCW-Verfahren.
Systembedingt führt jedoch ein solcher Doppel-Rat-Race auch
zu einer Dämpfung, die sich insbesondere bei den naturgemäß
schwachen Empfangssignalen eines Radarsystems bemerkbar
macht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, ein
mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem anzugeben, das
einfach und kostengünstig realisierbar ist und bei dem
Leistungsverluste aufgrund von Bauelementen, insbesondere
aufgrund von Sende-/Empfangsweichen wie einem Doppel-Rat-Race
oder auch einem Zirkulator minimiert sind. Gleichzeitig
sollen dabei aber auch die Nachteile, die sich bei
Verwendung von getrennten Sende- und Empfangsantennen
ergeben, vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das
mehrstrahlige Kraftfahrzeug-Radarsystem insgesamt mindestens
zwei Antennenkeulen ausbildet, von denen mindestens eine zum
Senden und zum Empfangen von Radarsignalen nutzbar ist und
mindestens eine weitere dieser Antennenkeulen nur zum
Empfangen von Radarsignalen nutzbar ist. Entsprechend einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gehören die
genannten Antennenkeulen zu einer Antenne und liegen in
einer Ebene.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung liegt auf der Hauptstrahlachse der Antenne eine
Antennenkeule, die nur zum Empfangen von Radarsignalen
nutzbar ist (Fig. 1). Vorteilhafterweise liegen neben
dieser Antennenkeule auf jeder Seite jeweils mindestens eine
weitere Antennenkeule, die zum Senden und zum Empfangen von
Radarsignalen nutzbar sind.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung liegt auf der Hauptstrahlachse der Antenne eine
Antennenkeule, die zum Senden und zum Empfangen von Radar
signalen nutzbar ist (Fig. 2). Vorteilhafterweise liegen in
diesem Fall auf jeder Seite jeweils mindestens eine weitere
Antennenkeule, die nur zum Empfangen von Radarsignalen
nutzbar sind.
Vorteil der Erfindung ist, daß gegenüber bekannten mehr
strahligen Kraftfahrzeug-Radarsystemen eine oder mehrere
Sende-/Empfangsweichen, insbesondere Doppel-Rat-Race-Anordnungen
eingespart werden können. Auf diese Weise werden
Leistungsverluste, die sich aufgrund einer Signaldämpfung
durch diese Schaltungsanordnungen ergeben, verringert. Als
weiterer Vorteil wird insbesondere bei den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen die Symmetrie der
gesamten Antennencharakteristik verbessert. Gleichzeitig
wird der Vorteil, den ein Radarsystem mit nur einer
gemeinsamen Antenne hinsichtlich seiner Baugröße besitzt,
beibehalten.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Radarsystem, bei dem die
mittlere Antennenkeule nur zum Empfang genutzt wird und
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Radarsystem, bei dem zwei
äußere Antennenkeulen nur zum Empfang genutzt werden.
Fig. 1 zeigt ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Radarsystems. Es besitzt eine
Antenne 10, die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von
Radarsignalen nutzbar ist. Die Antenne 10 umfaßt drei
Einspeisungen 101, 102 und 103 sowie ein fokussierendes
Mittel 104, als das hier bevorzugt eine Antennenlinse
verwendet wird. Es sind hier jedoch auch andere fokussie
rende Mittel, beispielsweise metallische Reflektoren,
einsetzbar. In Verbindung mit der Antennenlinse 104 bildet
jede der drei Einspeisungen 101 bis 103 jeweils eine
Antennenkeule aus. Zu der Einspeisung 101 gehört in der
Fig. 1 die Antennenkeule 111, zur Einspeisung 102 die
Antennenkeule 112 und zur Einspeisung 103 die Antennenkeule
113. Dabei sind hier eventuell auftretende Nebenkeulen, die
nicht der Funktion des Radarsystems dienen, vernachlässigt.
Die Antennenkeulen 111 und 113 sind so eingestellt, daß sie
die Antennenkeule 112 jeweils teilweise überlappen.
Die Einspeisungen 101 bis 103 sind bevorzugt als Patch
antennen ausgeführt, können jedoch auch Hornstrahler oder
andere Erreger sein. Neben der Antenne 10 umfaßt das Radar
system eine Signalerzeugung 11 und eine Auswerte- und
Steuereinrichtung 12. Die weitere Beschreibung dieses
Ausführungsbeispiels bezieht sich auf ein Radarsystem, das
nach dem FMCW-Verfahren arbeitet. Die eigentliche Erfindung
ist jedoch ebenso auch für Pulsradarsysteme anwendbar.
Die Einspeisungen 101 und 103 sind jeweils mit einem Eingang
eines Doppel-Rat-Race 13 bzw. 14 verbunden. Ein zweiter
Eingang der beiden Doppel-Rat-Race 13, 14 ist über Signal
verzweigungen 17 mit der Signalerzeugung 11 verbunden. Die
beiden Doppel-Rat-Race 13 und 14 umfassen jeweils einen
Ringverzweiger 131, 141 sowie jeweils einen Mischer 132 und
142. Die Funktionsweise der Doppel-Rat-Race 13 und 14 ist in
der bereits oben zitierten UK-Anmeldung GB 2 290 000 A
beschrieben. Sie wird jedoch im nachfolgenden noch einmal
zusammenfassend erläutert. Die Ausgangssignale der Doppel-Rat-Race
13 und 14, die den Ausgangssignalen der Mischer 132
und 142 entsprechen, sind mit der Auswerte- und Steuer
einrichtung 12 verbunden.
Die Einspeisung 102 ist direkt mit einem Eingang eines
Mischers 15 verbunden, dessen Ausgang ebenfalls zu der
Auswerte- und Steuereinrichtung 12 führt. Der zweite Eingang
des Mischers 15 erhält über eine Kopplung 16 ebenfalls ein
Signal der Signalerzeugung 11. Im Unterschied zu der Signal
verzweigung 17 wird über die Einkopplung 16 jedoch nur ein
vergleichsweise kleiner Signalanteil, beispielsweise
kapazitiv ausgekoppelt. Die Signaleinrichtung 11 wird über
eine Verbindung von der Auswerte- und Steuereinrichtung 12
gesteuert.
Ausgehend von der Einspeisung 102 ist eine Gerade 18 einge
zeichnet, die die Hauptstrahlachse des gesamten Radarsystems
symbolisiert.
Zur Funktionserläuterung des skizzierten Radarsystems wird
nachfolgend kurz die Wirkungsweise der Doppel-Rat-Race 13,
14 zusammengefaßt. Die Ringverzweiger 131, 141 teilen ein
Signal, das ihnen an einem Anschluß zugeführt wird, auf die
beiden jeweils benachbarten Anschlüsse gleichmäßig auf. Dies
bedeutet, daß beispielsweise ein Sendesignal von der Signal
erzeugung 11 von dem Ringverzweiger 131 zu gleichen Teilen
auf die Einspeisung 102 und auf einen Eingang des Mischers
132 aufgeteilt wird. Ebenso wird ein Signal, das über die
Einspeisung 102 als empfangenes Radarsignal an den Ring
verzweiger 131 gelangt, zu einem Teil an den zweiten Eingang
des Mischers 132 weitergeleitet. Der zweite Teil gelangt an
den Anschluß, an dem Sendesignale von der Signalerzeugung 11
eingespeist werden. Dieser Anteil wird von den dort einge
speisten Sendesignalen überlagert und steht nicht für eine
weitere Signalauswertung zur Verfügung. Der Mischer 132 ist
ein dem Fachmann bekannter Mischer, der aus den beiden ihm
zugeführten Signalen Summen- und Differenzfrequenzen bildet.
Dem FMCW-Radarverfahren entsprechend wird hier dann über
nicht gezeichnete Filter die Differenzfrequenz zwischen dem
gesendeten und dem empfangenen Radarsignal ausgewertet.
Diese Differenzfrequenz gelangt als Ausgangssignal des
Doppel-Rat-Race an die Auswerte- und Steuereinrichtung 12
und wird dort weiterverarbeitet.
Ein erfindungsgemäßes Radarsystem arbeitet nun folgender
maßen: Die Signalerzeugung 11 erzeugt unter der Steuerung
der Auswerte- und Steuereinheit 12 ein Sendesignal. Dieses
gelangt über die Ringverzweiger 131 und 141 an die
Einspeisungen 101 und 103. Von dort wird das Signal als
elektromagnetische Welle abgestrahlt. Die Ausbreitung dieser
elektromagnetischen Welle erfolgt der Richtcharakteristik
der gesamten Antenne entsprechend vorwiegend innerhalb der
Antennenkeulen 111 und 113, die nachfolgend mit ATR für
Transmit-Receive bezeichnet werden. Ein Radarziel, das von
dieser elektromagnetischen Welle beleuchtet wird,
reflektiert einen Teil dieser Welle, der dann über eine oder
mehrere der Antennenkeulen 111 bis 113 und der Einspeisungen
101 bis 103 empfangen wird. Wird ein reflektiertes Radar
signal über die Antennenkeule 112 und damit die Einspeisung
102 empfangen, gelangt dieses Signal unmittelbar an den
Mischer 15 und wird dort mit einem Anteil des Sendesignals,
das über die Kopplung 16 an den Mischer gelangt, gemischt.
Reflektierte Radarsignale, die über die Einspeisungen 101
und 103 empfangen werden, gelangen über die Ringverzweiger
131 und 141 an die Mischer 132 und 142. Dort werden sie
ebenfalls mit dem jeweils momentanen Sendesignal der
Signalerzeugung 11 gemischt. Alle drei Mischer 132, 142 und
15 bilden somit eine Differenzfrequenz zwischen einem
empfangenen Radarsignal und dem jeweils momentanen Sende
signal. Diese Differenzfrequenz wird dem FMCW-Radarverfahren
entsprechend in der Auswerte- und Steuereinrichtung 12
ausgewertet.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Radarsystem liegt nun
darin, daß ein Sendesignal nur über die Einspeisungen 101
und 103 und damit nur über die Antennenkeulen 111 und 113
(ATR) gesendet wird. Aufgrund der Tatsache, daß diese
Antennenkeulen 111 und 113 jedoch die Antennenkeule 112 (AR,
nur Receive) überlappen, werden Radarziele, die sich im
Erfassungsbereich dieser Keule 112 befinden, mit beleuchtet.
Deren Reflexion kann dann auch über die Keule 112 von der
Einspeisung 102 empfangen werden.
Ein besonderer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, daß
Leistungsverluste aufgrund von Signaldämpfungen in der
mittleren Antennenkeule, die für eine Anwendung in einem
Kraftfahrzeug gerade die wichtigste Antennenkeule ist,
vermindert werden, indem gerade hier auf eine Sende-/Empfangsweiche
in Form eines Doppel-Rat-Race verzichtet
wird.
Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Der Aufbau dieses Radarsystems entspricht in
weiten Teilen dem des ersten Ausführungsbeispiels. Eine
Antenne 20 umfaßt drei Einspeisungen 201 bis 203 sowie eine
dielektrische Linse 204 als fokussierendes Element. In
Verbindung mit dieser Linse 204 bildet jede Einspeisung 201
bis 203 eine Antennenkeule 211 bis 213 aus. Dabei sind in
diesem Fall die äußeren Antennenkeulen 211 und 213
vergleichsweise schmal und werden durch eine sehr breite
Antennenkeule 212 weitgehend überlappt. Die Antennenkeule
212 liegt mittig über der Hauptstrahlachse 28 des Radar
systems und ist die einzige Antennenkeule ATR, die sowohl
zum Senden als auch zum Empfangen genutzt wird. Dement
sprechend ist ihre Einspeisung 202 mit einem Doppel-Rat-Race
25 verbunden, der aus einem Ringverzweiger 251 und einem
Mischer 252 besteht. Der Ausgang dieses Doppel-Rat-Race 25
ist wiederum einer Auswerte- und Steuereinrichtung 22
zugeführt. Der zweite Eingang des Doppel-Rat-Race 25 ist mit
einer Signalerzeugung 21 verbunden. Die Einspeisungen 201
und 203 sind direkt mit jeweils einem Eingang eines Mischers
23 bzw. 24 verbunden. Deren Ausgangssignale sind der
Auswerte- und Steuereinrichtung 22 zugeführt. An ihrem
zweiten Eingang erhalten die Mischer 23 und 24 jeweils einen
Teil des Sendesignals von der Signalerzeugung 21, der über
eine Kopplung 26, beispielsweise kapazitiv ausgekoppelt
wird.
Wie anhand des nur einmal vorhandenen Doppel-Rat-Race 25
erkennbar, wird bei einem Radarsystem gemäß diesem
Ausführungsbeispiel nur über die Antennenkeule 212 gesendet
und empfangen. Reflexionen von möglichen Radarzielen werden
jedoch auch über die Antennenkeulen 211 und 213 von den
Einspeisungen 201 und 203 aufgenommen. Ein Radarsystem
entsprechend diesem Ausführungsbeispiel kommt somit mit nur
einem Doppel-Rat-Race 25 aus. Ein weiter Vorteil ist, daß
bei einem so beleuchteten Radarziel keine Interferenzen
durch mehrfach abgestrahlte elektromagnetische Wellen
auftreten.
Die unterschiedliche Ausformung der einzelnen Antennenkeulen
111-113 und 211-213 kann durch entsprechend geformte
fokussierende Mittel erfolgen. Bei Verwendung beispielsweise
einer Antennenlinse 104, 204 ist diese vorzugsweise in
unterschiedliche Linsenbereiche unterteilt, deren jeweilige
Formung in Verbindung mit der Lage der einzelnen
Einspeisungen 101-103 und 201-203 die unterschiedlichen
Geometrien der einzelnen Antennenkeulen ergeben.
Claims (12)
1. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem, mit mindestens
einer Antenne (10, 20), bestehend aus mindestens einer
Einspeisung (101-103, 201-203) sowie einem fokussierenden
Mittel (104, 204), wobei die mindestens eine Antenne sowie
mögliche weitere Antennen insgesamt mindestens zwei Antennen
keulen (111-113, 211-213) ausbilden, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine dieser Antennenkeulen (111, 113, 212) zum
Senden und Empfangen von Radarsignalen nutzbar ist und
mindestens eine weitere dieser Antennenkeulen (112, 211, 213)
nur zum Empfangen von Radarsignalen nutzbar ist.
2. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Antennenkeulen zu
einer Antenne gehören und in einer Ebene liegen.
3. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Einspeisungen
als Patchantennenelemente ausgeführt sind und daß das
fokussierende Mittel eine dielektrische Linse ist.
4. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Haupt
strahlachse (18) der genannten Antenne eine Antennenkeule AR
(112) liegt, die nur zum Empfang von Radarsignalen nutzbar
ist (Fig. 1).
5. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zu der genannten Antenne
mindestens zwei weitere Antennenkeulen ATR (111, 113)
gehören, die je auf einer Seite neben der genannten
Antennenkeule AR (112) liegen und die zum Senden und zum
Empfangen von Radarsignalen nutzbar sind.
6. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkeulen ATR so
ausgebildet sind, daß sie die Antennenkeule AR jeweils
mindestens teilweise überlappen.
7. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 5 oder
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkeulen ATR
symmetrisch zueinander bezüglich der Hauptstrahlachse der
Antenne liegen.
8. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über der
Hauptstrahlachse (28) der Antenne eine Antennenkeule ATR
(212) liegt, die zum Senden und zum Empfang von Radarsignalen
nutzbar ist.
9. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zu der genannten Antenne
mindestens zwei weitere Antennenkeulen AR (211, 213) gehören,
die symmetrisch zueinander auf beiden Seiten neben der zuvor
genannten Antennenkeule ATR liegen und die nur zum Empfangen
von Radarsignalen nutzbar sind.
10. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkeule ATR so
ausgebildet ist, daß sie die genannten Antennenkeulen AR
zumindest teilweise überlappt.
11. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einspeisungen, die Antennenkeulen ATR hervorrufen mit einem
Doppel-Rat-Race verbunden sind.
12. Mehrstrahliges Kraftfahrzeug-Radarsystem nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einspeisungen, die Antennenkeulen AR hervorrufen direkt mit
einem Empfangsmischer verbunden sind.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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