DE4013049A1 - Schaltungsanordnung fuer ein dopplerradarmodul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Dop­ plerradarmodul zum Erfassen einer Objektbewegung nach dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 83/03 399 bekannt. Auf Seite 7, Zeile 30 bis Seite 8, Zeile 10 wird in dieser Veröffentli­ chung im Zusammenhang mit einer schematischen Darstellung der Schaltungsanordnung in Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines Dop­ plerradarmoduls beschrieben, bei der ein FET-Oszillator zu­ gleich das wesentliche Element für die Empfangseinrichtung bil­ det. Der FET-Oszillator speist über eine Verbindung eine Anten­ nenanordnung mit Mikrowellenleistung. Die um die Doppler-Fre­ quenz verschobenen reflektierten Signale gelangen von der An­ tennenanordnung wieder zur Oszillatoreinrichtung und bewirken eine Stromänderung entsprechend der Doppler-Frequenz. Diese Stromänderung führt zu einer Änderung der an einem Vorschalt­ widerstand abfallenden Spannung, die durch eine Niederfrequenz- Schaltung weiterverarbeitet werden kann. Wie der FET-Oszillator jedoch ausgebildet sein soll, ist der genannten Veröffentli­ chung nicht zu entnehmen.

Aus der DE-OS 24 24 278 A1 ist ebenfalls eine Schaltungsanord­ nung für ein Dopplerradarmodul nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1 bekannt, bei der die Oszillatoreinrichtung und Emp­ fangseinrichtung von einem einzigen gemeinsamen aktiven Schalt­ element - nach Fig. 2 und 3 ein Bipolartransistor - gebildet werden. Dieser Transistor ist in Emitterschaltung in der Schal­ tungsanordnung angeordnet, wobei die Antennenanordnung an den Kollektoranschluß des Bipolartransistors anzuschließen ist. Wenn ein bewegliches Objekt vom Strahlungsfeld der Schaltungs­ anordnung getroffen wird, kehrt ein Teil der ausgestrahlten Energie zur Schaltungsanordnung über die Antenne zurück. Die Frequenz dieses reflektierten und empfangenen Signales weicht je nach dem Bewegungssinn und der Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes von der Oszillatorfrequenz ab. Durch Mischen mit der Oszillatorfrequenz und anschließender Tiefpaßfilterung ist an der Schaltungsanordnung ein Bewegungssignal abgreifbar, das ein Maß für die Bewegungsgeschwindigkeit und den Bewegungssinn des sich bewegenden Objektes darstellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be­ kannten Schaltungsanordnungen für ein Dopplerradarmodul derart weiterzubilden, daß ein verbesserter Wirkungsgrad hinsichtlich des reflektierenden Signales gewährleistet wird, ohne jedoch den Bauteileaufwand zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des An­ spruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Dopplerradar­ modul weist also ein einziges gemeinsames aktives Schaltelement auf, das sowohl für die Oszillatoreinrichtung als auch Empfangs­ einrichtung vorgesehen ist. Die Antennenanordnung ist gemäß der Erfindung an den Steuerkreis des aktiven Schaltelements ange­ koppelt. Wird als aktives Schaltelement beispielsweise ein Bi­ polartransistor verwendet, so arbeitet der Bipolartransistor im Oszillator in Emitterschaltung. Die Oszillatorschwingung wird von der Basiselektrode des Transistors zur Antennenanordnung geführt. Das vom bewegten Objekt reflektierte Signal gelangt zur Basis-Elektrode des Bipolartransistors. Dort wird es mit der Oszillatorfrequenz gemischt. Durch die erfindungsgemäße An­ kopplung der Antennenanordnung an die Basis-Elektrode wird eine zusätzliche Verstärkung des Doppler-Signals erreicht, das über eine Auswerteschaltung an der Kollektor-Elektrode verstärkt ab­ greifbar ist.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Schaltungsanordnung in Streifenleitungstechnik auszuführen und/oder die Antennenanordnung mit der Schaltungsanordnung in eine bauliche Einheit zu integrieren. Dadurch kann die Schal­ tungsanordnung in ihren Abmessungen klein gehalten werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vier als bevorzugte Ausführungsbeispiele zu wertende Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem FET,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Bipolartransistor,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Streifen­ leitungstechnik und

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Streifen­ leitungstechnik mit integrierter Antennenanordnung.

Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsan­ ordnung für ein Dopplerradarmodul zum Erfassen einer Objektbe­ wegung zeigt Fig. 1. Die Betriebsfrequenz liegt z. B. bei 9 GHz. Die Schaltungsanordnung besteht aus einer kombinierten Oszilla­ tor-Empfangsschaltung, in der als einziges aktives Schaltele­ ment ein FET 1 verwendet wird. Die Oszillator-Empfangsschaltung arbeitet gleichzeitig als Sendeoszillator und als Empfänger.

Weiterhin enthält die Schaltungsanordnung einen Mikrowellenre­ sonator 2, der als Hohlraumresonator oder dielektrischer Reso­ nator ausgebildet sein kann, dessen Aufgabe es ist, die Oszil­ latorfrequenz zu stabilisieren. Dieser Mikrowellenresonator 2 ist mit Hilfe geeigneter Koppelschaltungen an die Oszillator- Empfangsschaltung angekoppelt. Gemäß der Erfindung wird die Sen­ deenergie am Steueranschluß des FET 1 ausgekoppelt und der An­ tennenanordnung 4 zugeführt. Demselben Punkt wird das von der An­ tennenanordnung 4 aufgenommene reflektierte Signal zugeführt. Beide Signale werden in dem FET 1 gemischt. Die so entstehende Differenzfrequenz ist an der Drain-Elektrode D des FET 1 über einen Tiefpaß 5 abgreifbar und einer Auswerteschaltung 6 zuführbar.

Im einzelnen ist in Fig. 1 der Source-Anschluß S des FET 1 mit Bezugspotential verbunden. Der Gate-Anschluß G ist über eine Leitung 3 und einer Anordnung zur Oberwellenunterdrückung 8 mit der Antennenanordnung 4 verbunden. Der Drainanschluß D des FET 1 ist mit einer Stichleitung 10 und einem in Streifenleitung aus­ gebildeten Tiefpaß 5 verbunden. Zwischen der Stichleitung 10 und der Leitung 3 und damit zwischen Drain D und Gate G des FET 1 ist der obenerwähnte Mikrowellenresonator 2 angeordnet, so daß eine die Oszillatorfrequenz bestimmende Rückkopplung zwi­ schen dem Drainanschluß D und Gateanschluß G des FET 1 möglich ist. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin die oben erwähnte Auswerteschaltung 6 auf, die über eine Klemme 13 zwischen den Tiefpaß 5 und den Pluspol einer Gleichspannungsquelle 9 ange­ schlossen und im einfachsten Fall ein Widerstand ist, an dessen Klemmen das Dopplersignal abgreifbar ist. Der das Bezugspoten­ tial darstellende Minuspol der Gleichspannungsquelle ist mit dem Source-Anschluß S des FET 1 verbunden. Das ein Maß für die Bewegung des zu beobachtenden Objektes darstellende Dopplersi­ gnal ist an der Anschlußklemme 7 über die Auswerteschaltung 6 abgreifbar. Zusätzlich ist die Leitung 5 über einen Widerstand 11 mit Bezugspotential verbunden. Der FET 1 arbeitet in Source- Schaltung. Die Oszillatorschwingung wird vom Gate-Anschluß G des FET 1 der Antennenanordnung 4 zugeführt. Das vom bewegten Objekt reflektierte Signal gelangt zum Gate-Anschluß G des FET 1. Dort wird es mit dem Oszillatorsignal gemischt. Die Source- Schaltung des FET 1 bewirkt eine zusätzliche Verstärkung des Dopplersignals.

Die Antennenanordnung 4 kann beispielsweise als Hornstrahler oder Flächenstrahler ausgebildet sein.

Wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auf der Vorder­ seite eines Substratmaterials mit metallisierter Rückseite an­ geordnet, auf dem die elektrisch wirksamen Leitungen als Strei­ fenleitungen ausgebildet sind, so können die Abmessungen des Dopplerradarmoduls besonders kleingehalten werden. Auf dem Substratmaterial ist gleichzeitig die Antennenanordnung als Flächenstrahler planar als integriertes Teil aufbringbar, wo­ durch die Abmessungen weiter reduziert werden können und die Bauweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sehr kompakt wird.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfin­ dungsgemäße Schaltungsanordnung eines Dopplerradarmodules dar­ gestellt. Die bereits in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen werden in Fig. 2 für die gleichen Teile weiterverwendet. Im Unterschied zu Fig. 1 wird jetzt als aktives Schaltelement ein Bipolartran­ sistor 1 a eingesetzt, dessen Emitteranschluß E auf Bezugspoten­ tial und dessen Kollektoranschluß C mit der Stichleitung 10 und dem Tiefpaß 5 verbunden ist. Der Basisanschluß B dieses Bipolar­ transistors 1 a ist mit der zur Antennenanordnung 4 führenden Leitung 3 in Verbindung. Zusätzlich ist ein Widerstand 11 a vor­ gesehen, der die Leitung 3 mit einer positiven Spannung U ver­ bindet. Im übrigen unterscheidet sich die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung nicht von Fig. 1.

In Fig. 3 ist beispielhaft ein Layout für eine Schaltungsanord­ nung nach der Erfindung im Maßstab 1 : 1 gezeigt, wie es auf einem doppelseitig metallisierten Substratmaterial ausgebildet sein kann. Auf der in Fig. 3 dem Betrachter zugewandten Vorder­ seite ist deutlich der Mikrowellenresonator 2 zu erkennen, der zwischen der an eine Klemme 12 und den Gateanschluß G des FET 1 angeschlossenen Verbindungsleitung 8 und der Stichleitung 10, die mit dem Drainanschluß D verbunden ist, angeordnet ist. Der Sourceanschluß S des FET 1 ist durch eine Öffnung im Trägerkör­ per 20 mit der metallisierten Rückseite, die auf Bezugspoten­ tial liegt, in Kontakt. Weiterhin ist die Anschlußklemme 13, an die die Auswerteschaltung 6 geschaltet wird, mit einer in Strei­ fenleitung hergestellten Tiefpaßanordnung 5 und dem Drainan­ schluß D des FET 1 verbunden. Durch eine derartige Ausführung der Schaltungsanordnung in Streifenleitungstechnik ist es mög­ lich, den Aufwand an diskreten Bauelementen auf lediglich einen Mikrowellenresonator 2 und ein einziges aktives Schaltelement 1 sowie einen Widerstand 11 zu beschränken. Eine derartige Schal­ tungsanordnung weist eine gute mechanische und thermische Sta­ bilität auf.

Das in Fig. 4 dargestellte Layout unterscheidet sich lediglich von Fig. 3 dadurch, daß jetzt die Antennenanordnung 4 ebenfalls auf dem Substratmaterial integriert ist. Eine in Streifenlei­ tungstechnik ausgeführte Antennenanordnung 4 ist als Flächen­ strahler planar auf der Trägerplatte 20 angeordnet.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung für ein Dopplerradarmodul zum Erfassen einer Objektbewegung mit einer Oszillatoreinrichtung zur Er­ zeugung einer Oszillatorfrequenz im Mikrowellenbereich, einem Resonator (2) zur Stabilisierung dieser Oszillatorfrequenz und eine an die Oszillatoreinrichtung angekoppelten Antennenanord­ nung (4), die zugleich zum Empfang eines reflektierten Signales für eine Empfangseinrichtung vorgesehen ist, an welche durch Mischen mit der Oszillatorfrequenz und anschließender Tiefpaß­ filterung ein Bewegungssignal abgreifbar ist, wobei die Oszil­ latoreinrichtung und Empfangseinrichtung lediglich ein einziges gemeinsames aktives Schaltelement (1, 1 a) aufweist, in dessen Laststrecke eine Spannungsquelle zur Stromversorgung geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung (4) an den Steuerkreis des aktiven Schaltelementes (1, 1 a) angekoppelt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Schaltelement einen Steueranschluß (G, B) sowie einen ersten Anschluß (S, E) und zweiten Anschluß (D, C) auf­ weist, daß die Antennenanordnung (4) mit dem Steueranschluß (G, B), der erste Anschluß (S, E) mit Bezugspotential und der zwei­ te Anschluß (D, C) über die Tiefpaßeinrichtung (5) und eine Auswerteschaltung (6) mit dem positiven Pol der Spannungsquelle (9) elektrisch verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (2) ein dielektrischer Resonator ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (2) ein Hohlraumresonator ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Ausführung in Strei­ fenleitungstechnik.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung (4) mit der Schaltungsanordnung eine bauliche Einheit bildet.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antennenanordnung (4) und dem aktiven Schalt­ element (1, 1 a) eine Gleichstromtrennungsstufe (8) angeordnet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Schaltelement (1, 1 a) ein Feldeffekttransistor FET (1) ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Schaltelement (1, 1 a) ein Bipolartransistor (1 a) ist.