DE60203662T2

DE60203662T2 - FMCW-Radarempfänger mit frequenzabhängiger Verstärkung

Info

Publication number: DE60203662T2
Application number: DE60203662T
Authority: DE
Inventors: Sadao Nagaokakyo-shi Yamashita
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: EP1239299A2; US20020154051A1; JP2002257928A; US6593874B2; EP1239299B1; DE60203662D1; EP1239299A3

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Radar zum Erfassen eines Fahrzeugs, etc., z. B. unter Verwendung elektromagnetischer Wellen in dem Millimeter-Wellenband.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen variiert die Stärke S eines Empfangssignals, das durch ein Radar empfangen wird, gemäß der Distanz. Die Beziehung zwischen der Stärke S eines Signals, das durch ein Radar empfangen wird, und der Distanz kann durch die nachfolgende Radargleichung ausgedrückt werden: S = (PG2λ2σ)/((4π)3R9xL)wo P die Ausgangsleistung bezeichnet, G den Antennengewinn bezeichnet, λ die Wellenlänge bezeichnet, σ den Streuungsquerschnitt bezeichnet, R die Distanz bezeichnet und L den Ausbreitungsverlust bezeichnet.
Somit ist die Stärke S eines Signals, das durch ein Radar empfangen wird, umgekehrt proportional zu R⁴; daher, wenn das Radar über einen großen Bereich von einer kurzen Distanz zu einer langen Distanz verwendet wird, variiert die Stärke S in einem breiten Bereich gemäß der Distanz eines Ziels von einer Antenne.
Ein Schwebungssignal, das durch Mischen eines Empfangssignals und eines Sendesignals erhalten wird, liefert ein Zwischenfrequenzsignal (IF-Signal), und die Stärke des IF-Signals ist proportional zu der des Empfangssignals. Um die Erfassung bei einer weiten Distanz zu ermöglichen, muss der Gewinn einer Verstärkerschaltung zum Verstärken des IF-Signals erhöht werden, um die Verringerung der Stärke des Empfangssignals zu kompensieren. Wenn jedoch der Gewinn der Verstärkerschaltung zu groß ist, wenn ein Signal, das von einer kurzen Distanz empfangen wird, verstärkt wird, überschreitet das verstärkte Signal den Eingangsbereich eines Analog-zu-Digital-Wandlers (AD-Wandlers), was einen Überlauf verursacht.
Um einen Überlauf des AD-Wandlers zu verhindern, wurden Vorschläge offenbart, einschließlich (1) der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 7-151851, in der eine Verstärkerschaltung eine AGC-Fähigkeit (AGC = automatic gain control = automatische Gewinnsteuerung) aufweist; (2) der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 8-334557, in der eine Antenne eine AGC-Fähigkeit aufweist; und (3) der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 8-211144, bei der eine Verstärkerschaltung oder eine Sendeschaltung eine AGC-Fähigkeit aufweist.
Eine solche AGC-Fähigkeit kann jedoch nur durch Hinzufügen einer komplexen Schaltungsanordnung implementiert werden, was die Gesamtgröße erhöht und zusätzliche Kosten verursacht. Ferner, da die AGC üblicherweise durch eine Schleifen- oder Rückkopplungs-Steuerung erreicht wird, wird eine ausreichende AGC nicht gegen eine momentane Änderung bei der Stärke des Empfangssignals erreicht, aufgrund der Wirkung der Zeitkonstante der Steuerungsschleife.
Andere Vorschläge umfassen:
(4) Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 10-142322 und (5) ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 7-77575, die jeweils ein Radar offenbaren, das ein frequenzmoduliertes Sendesignal erzeugt, dessen Frequenz mit der Zeit variiert und das eine Distanz zu einem Zielobjekt erfasst, basierend auf der Schwebungsfrequenz, wobei der Gewinn einer Verstärkerschaltung gemäß der Schwebungsfrequenz variiert, unter Berücksichtigung, dass die Stärke eines Signals, das von einer langen Distanz empfangen wird, schwach ist.
Im Allgemeinen erhöht sich der Pegel eines Rauschsignals, das innerhalb eines Verstärkers erzeugt wird, in Proportion mit der Durchlassbandbreite des Verstärkers. Eine Verstärkerschaltung zum Verstärken eines TF-Signals bei einem Radar erfordert ein hohes SN-Verhältnis, um ein schwaches Signal zu verstärken. Wenn der Gewinn eines Verstärkers sich jedoch erhöht, wenn sich die Frequenz des Eingangssignals erhöht, wie bei (4) und (5) oben beschrieben ist, da der Pegel eines Rauschsignals bei einem Ausgangssignal des Verstärkers proportional zu der Quadratwurzel der Durchlassbandbreite ist, erhöht sich das Rauschsignal und das SN-Verhältnis wird somit verschlechtert.
Das verstärkte IF-Signal wird in digitale Daten in einem AD-Wandler umgewandelt. Wenn eine Frequenzkomponente bei oder über einer Hälfte der Abtastfrequenz in einem Eingangssignal zu dem AD-Wandler vorliegt, tritt ein Problem auf. Das heißt, die Frequenzkomponenten bei oder über einer Hälfte der Abtastfrequenz werden umgefaltet und auf die Frequenzkomponenten überlagert, die niedriger sind als die Mittenfrequenz der Abtastfrequenz, was eine Erfassung eines falschen Bildes verursacht.
Ferner wird bei dem niedrigeren Bereich der IF-Frequenzen, die kurzen Distanzen entsprechen, der Gewinn verringert, was eine Erfassung von kleinen Zielen verhindert.
Ferner spezifizieren die Radare, die in (4) und (5) offenbart sind, nicht, wie Gleichstrom-Komponenten und Niedrigfrequenzkomponenten annähernd bei Gleichstrom in dem IF-Signal gehandhabt werden. Im Hinblick auf die Gleichstrom-Komponente und die Niedrigfrequenzkomponenten annähernd bei Gleichstrom bei dem IF-Signal sind Probleme aufgetreten, die wie folgt gelöst werden sollen.
Zu einem lokalen Signaleingangsanschluss eines Mischers wird ein schwaches Sendesignal (ein Lecksignal aus einem Zirkulator) geliefert, und zu einem RF-Signaleingangsanschluss des Mischers wird ein schwaches Sendesignal Tm, reflektiert oder gesendet innerhalb der Radarvorrichtung, sowie ein Empfangssignal S von einem Zielobjekt, geliefert. Wenn dieselben im Hinblick auf Leistungspegel verglichen werden, ist eine Reflexion durch einen Antennenstrahler üblicherweise viel größer als ein Ausbreitungsverlust und somit ist Tm bedeutend größer als S.
Wenn ein schwaches Sendesignal in den lokalen Signaleingangsanschluss des Mischers eingegeben wird und Tm in den HF-Eingangsanschluss des Mischers wie oben beschrieben eingegeben wird, ist es gleich dem Eingang eines Reflexionssignals von einer sehr kurzen Distanz, wodurch eine Gleichstrom-Komponente erzeugt wird.
Ferner verursacht ein Hochfrequenzsignal, das durch einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO zum Erzeugen eines Sendesignals erzeugt wird, Rauschsignale in der Nähe der Trägerfrequenz, aufgrund eines thermischen Rauschens, Funkelrauschen in Halbleitern, etc. Diese Arten von Rauschsignalen werden als Nebenband-Rauschsignale und Phasenrauschsignale bezeichnet.
Wenn ein frequenzmoduliertes Signal, das das Nebenband-Rauschsignal oder das Phasenrauschsignal umfasst, in den lokalen Signaleingangsanschluss oder den HF-Signaleingangs anschluss des Mischers eingegeben wird, wird ein Rauschsignal annähernd bei Gleichstrom erzeugt.
Der Gleichstrom und das Rauschsignal annähernd bei Gleichstrom, überlagert auf dem IF-Signal, können die Empfindlichkeit des Radars reduzieren, das SN-Verhältnis verschlechtern und eine fehlerhafte Erfassung verursachen.
Die US-A-4,733,239 offenbart ein Radar zum Erfassen der Höhe von einer Ebene zu Masse basierend auf der Frequenzdifferenz zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal, der eine Sendeschaltung zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals, dessen Frequenz zeitlich variiert, eine Mischerschaltung zum Erzeugen eines Störsignals und eine Verstärkerschaltung zum Verstärken des Störsignals aufweist. Der Gewinn des Verstärkers erhöht sich mit der sich erhöhenden Frequenz, um die Bereichsabhängigkeit zu kompensieren, die durch die bekannte Radargleichung verursacht wird.
Die EP-A-0 348 036 bezieht sich auf eine frequenzmodulierte Radarübertragung mit schmaler Bandbreite eines frequenzmodulierten Sägezahn-Signals. Das gesendete Signal wird mit einem reflektierten Signal von einem Objekt gemischt. Die resultierende Zwischenfrequenz wird analysiert.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Aufgabe zum Schaffen eines Radars des oben erwähnten Typs, das in der Lage ist, mögliche Ziele mit höherer Zuverlässigkeit zu erfassen.
Diese Aufgabe wird durch ein Radar gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Verstärkerschaltung des Radars gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Gewinn-/Frequenz-Charakteristik auf, derart, dass sich der Gewinn mit der Frequenz von einer voreingestellten Frequenz zu einer Frequenz erhöht, die eine maximale Erfassungsdistanz definiert, wobei die Verstär kerschaltung einen im Wesentlichen konstanten Gewinn von einer Frequenz, die eine minimale Erfassungsdistanz definiert, zu der voreingestellten Frequenz aufweist, und wobei sich der Gewinn unter die Frequenz verringert, die die minimale Erfassungsdistanz definiert.
Diese Charakteristik der Verstärkerschaltung ermöglicht die Erfassung von möglichen Zielen, die bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik aufgrund der Mischersättigung verloren gegangen wären.
In einem Frequenzbereich des IF-Signals, in dem das Ausgangssignal des Mischers gesättigt wird wenn die Distanz zu dem Ziel kürzer wird, innerhalb eines maximal zulässigen Bereichs der Eingangsspannung in einen AD-Wandler zum Umwandeln eines Ausgangssignals aus der Verstärkerschaltung in digitale Daten, wird das Verhältnis der Änderung bei dem Gewinn des Verstärkers relativ zu der Änderung bei der Frequenz vorzugsweise kleiner gemacht.
Dementsprechend wird der Gewinn bei kurzen Distanzen relativ gesehen größer gemacht, um die Empfindlichkeit zu verbessern, wodurch das Problem der relativen Unzulänglichkeit bei der Empfindlichkeit bei kurzen Distanzen aufgrund einer Sättigung des Mischers verhindert wird. Somit kann ein Ziel in einer kurzen Distanz genau erfasst werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
1 ist ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau eines Radars gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist ein Graph, der ein Beispiel der Frequenzen eines Sendesignals und eines Empfangssignals zeigt, die gemäß der Distanz eines Ziels von dem Radar und der Geschwindigkeit des Ziels relativ zu dem Radar variieren;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erfassen der Distanz und der relativen Geschwindigkeit zeigt;
4 ist ein Graph, der ein Beispiel der Gewinn-Frequenz-Charakteristika einer IF-Verstärkerschaltung zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer IF-Verstärkerschaltung zeigt;
6 ist ein Graph, der ein Beispiel der Abweichung bei der Eingangsspannung in eine IF-Verstärkerschaltung gemäß der Abweichung von der Distanz von einem Ziel von dem Radar gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ist ein Graph, der ein Beispiel der Gewinn-Frequenz-Charakteristika der IF-Verstärkerschaltung in dem Radar gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ist ein Diagramm, das eine Beispielimplementierung einer IF-Verstärkerschaltung zeigt, die die Charakteristika erreicht, die in 7 gezeigt sind;
9 ist ein Graph, der die Gewinn-Frequenz-Charakteristika einer IF-Verstärkerschaltung bei einem Radar gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
10 ist ein Diagramm, das eine Beispielimplementierung einer IF-Verstärkerschaltung zeigt, die die Charakteristika zeigt, die in 9 gezeigt sind; und
11 ist ein Diagramm, das eine Beispielimplementierung einer IF-Verstärkerschaltung bei einem Radar gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung
Der Aufbau eines Radars gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird nun Bezug nehmend auf 1 bis 5 beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonstruktion des Radars zeigt. Bezug nehmend auf 1 ändert ein spannungsgesteuerter Oszillator VCO1 die Oszillationsfrequenz gemäß einer Steuerungsspannung, die aus einem DA-Wandler 10 ausgegeben wird. Ein Isolator 2 überträgt ein Oszillationssignal von dem VCO 1 zu einem Koppler 3, wodurch verhindert wird, dass ein Reflexionssignal in den VCO1 eingegeben wird. Der Koppler 3 sendet ein Signal von dem Isolator 2 zu einem Zirkulator 4 und führt ein vorbestimmtes Verhältnis eines Sendesignals zu einem Mischer 6 als ein lokales Signal Lo. Der Zirkulator 4 sendet das Sendesignal zu einer Antenne 5 und führt ein Empfangssignal von der Antenne 5 zu dem Mischer 6. Die Antenne 5 sendet die Dauerstrich-Sendesignalfrequenz, moduliert durch den VCO1, und empfängt ein Reflexionssignal aus derselben Richtung. Die Antenne 5 ändert ferner periodisch die Richtung von Strahlen über einen Erfassungswinkelbereich.
Der Mischer 6 mischt das lokale Signal Lo aus dem Koppler 3 und das Empfangssignal aus dem Zirkulator 4, um ein Zwischenfrequenzsignal IF auszugeben. Eine IF-Verstärkerschaltung 7 verstärkt das Zwischenfrequenzsignal um einen vorbestimmten Gewinn gemäß der Distanz. Ein AD-Wandler 8 wandelt das Spannungssignal in digitale Daten um, die zu einer CPU 9 geliefert werden. Die CPU 9 berechnet die Distanz eines Ziels von dem Radar und die Geschwindigkeit des Ziels relativ zu dem Radar durch einen Prozess, der später beschrieben wird. Die CPU 9 gibt ferner sequenziell digitale Daten des modulierten Signals zu dem DA-Wandler 10 aus, sodass der VCO1 die Oszillationsfrequenz kontinuierlich wie eine Dreieckwellenform moduliert.
2 zeigt ein Beispiel der Abweichung zwischen den Frequenzen des Sendesignals und des Empfangssignals aufgrund der Distanz und der relativen Geschwindigkeit des Ziels. Die obere Schwebungsfrequenz f_BU stellt die Differenz zwischen den Frequenzen des Sendesignals und des Empfangssignals dar, während die Frequenz des Sendesignals ansteigt, und die untere Schwebungsfrequenz f_BD stellt die Differenz zwischen den Frequenzen des Sendesignals und des Empfangssignals dar, wenn die Frequenz des Sendesignals abfällt. Die Abweichung (Zeitdifferenz) zwischen den Dreieckwellen des Sendesignals und des Empfangssignals entlang der Zeitachse entspricht der Rückkehrzeit der elektromagnetischen Wellen von der Antenne zu dem Ziel. Die Abweichung zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal entlang der Frequenzachse stellt den Betrag einer Doppler-Verschiebung dar, die der Geschwindigkeit des Ziels relativ zu der Antenne zugeordnet ist. Die obere Schwebungsfrequenz fBU und die untere Schwebungsfrequenz fBD variieren gemäß der Zeitdifferenz und dem Betrag der Doppler-Verschiebung. Somit kann die Distanz des Ziels von dem Radar und die Geschwindigkeit des Ziels relativ zu dem Radar berechnet werden durch Erfassen der oberen Schwebungsfrequenz fBU und der unteren Schwebungsfrequenz fBD.
Im Allgemeinen wird bei einem FMCW-Radar die Frequenz eines IF-Signals, f_IF, bei einer relativen Geschwindigkeit von 0, ausgedrückt als: fIF = fT – fR fR = (4 × ΔF × fm × R)/C wobei f_T die Sendefrequenz bezeichnet, f_R die Empfangsfrequenz bezeichnet, Δ die Breite der Frequenzmodulation bezeichnet, fm die Wiederholungsfrequenz bezeichnet, R die Distanz bezeichnet und C die Geschwindigkeit des Lichts bezeichnet.
Ferner, wenn die Geschwindigkeit des Ziels relativ zu dem Radar durch V bezeichnet wird, wird die Doppler-Verschiebungsfrequenz fd ausgedrückt als fd = (2fT/C)VWenn V = 0, ΔF = 300 MHz, und fm = 625 Hz, ist f_IF 2, 5 kHz, wenn die Distanz 1 m ist, und ist f_IF 325 kHz, wenn die Distanz 150 m ist.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zeigt, das durch die CPU 9 ausgeführt werden soll, gezeigt in 1, um die Distanz und die relative Geschwindigkeit zu bestimmen. Zuerst werden Daten, abgetastet bei einer Zeitgebung wenn eine obere Schwebung erzeugt wird, durch eine FFT (schnelle Fourier-Transformation) verarbeitet, um Frequenzkomponenten in einer oberen Schwebungsperiode zu bestimmen. Eine Frequenz, die der Spitze der Frequenzkomponenten entspricht, wird als eine obere Schwebungsfrequenz erfasst.
Auf ähnliche Weise werden Daten, die zu einer Zeitgebung abgetastet werden, wenn eine untere Schwebung erzeugt wird, durch die FFT verarbeitet, um Frequenzkomponenten in einer untere Schwebungsperiode zu bestimmen. Eine Frequenz, die der Spitze der Frequenzkomponenten entspricht, wird als eine untere Schwebungsfrequenz erfasst.
Dann wird die Distanz des Ziels von dem Radar basierend auf der Summe der oberen Schwebungsfrequenz und der unteren Schwebungsfrequenz berechnet. Ferner wird die Geschwindigkeit des Ziels relativ zu dem Radar berechnet, basierend auf der Differenz zwischen der oberen Schwebungsfrequenz und der unteren Schwebungsfrequenz.
4 zeigt die Gewinn-Frequenz-Charakteristika der IF-Verstärkerschaltung 7, gezeigt in 1. Bei Frequenzen niedriger als eine Frequenz f_IFmax eines IF-Signals, das erzeugt wird, wenn eine Reflexionswelle von einer Distanz, die einer Hälfte der Abtastfrequenz entspricht, oder vorzugsweise einer Distanz innerhalb derselben, die als eine maximale Erfassungsdistanz bestimmt wird, empfangen wird, erhöht sich der Gewinn der IF-Verstärkerschaltung 7 wenn die Frequenz höher wird. Wohingegen sich der Gewinn bei Frequenzen über f_IFMax verringert.
5 zeigt ein Beispiel einer IF-Verstärkerschaltung, die die oben beschriebenen Frequenzcharakteristika aufweist. In 5 zeigt OP eine Differenzverstärkerschaltung an (hierin nachfolgend bezeichnet als ein OP amp.; OP amp = Betriebsverstärker), die durch einen Niedrigrausch-Signalverstärker implementiert ist. Zwischen dem Eingangsanschluss IN der IF-Verstärkerschaltung und dem Invertierungseingang des Betriebsverstärkers OP ist eine Reihenschaltung eines Kondensators C1 und eines Widerstands R1 angeschlossen. Ferner ist zwischen dem Ausgangsanschluss des Betriebsverstärkers OP und dem invertierenden Eingangsanschluss desselben eine parallele Schaltung eines Kondensators C2 und eines Widerstands R2 angeschlossen. Der nicht-invertierende Eingang des Betriebsverstärkers OP ist mit Masse verbunden.
Gemäß diesem Aufbau, wenn der Kapazitätswert des Kondensators C1 C1 ist und der Impedanzwert des Widerstands R1 R1 ist, wird eine Dämpfung bei Frequenzen unter der Grenzfrequenz fc1 erreicht, bestimmt durch fc1 = 1/(2πC1·R1). Ferner, wenn der Kapazitätswert des Kondensators C2 C2 ist und der Impedanzwert des Widerstands R2 R2 ist, wird eine Dämpfung bei Frequenzen über der Grenzfrequenz fc2 erreicht, bestimmt durch fc2 = 1/(2πC2·R2). Wenn die Grenz frequenz fc1 für eine Niedrigfrequenzdämpfung und die Grenzfrequenz fc2 für eine Hochfrequenzdämpfung vorzugsweise bei der Frequenz f_IFmax eingestellt sind, gezeigt in 2, wird die umgekehrte V-förmige Frequenzcharakteristika, gezeigt in 4, erreicht.
Als Nächstes wird der Aufbau eines Radars gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf 6 bis 8 beschrieben.
6 zeigt ein Beispiel der Abweichung des Eingangssignals Vin zu der IF-Verstärkerschaltung 7, gezeigt in 1, in Bezug auf die Distanz R eines Ziels von einer Antenne. Wie in 6 gezeigt ist, variiert der Pegel des Empfangssignals gemäß der Größe des Ziels, wie z. B. eines großen Autos, eines Standardautos und eines Motorrads. Das Eingangssignal Vin variiert ferner gemäß einem Gradienten von 1/R⁴. Wenn jedoch ein Reflexionssignal von einem nahe liegenden Ziel empfangen wird, in dem Fall eines großen Autos, in einer Distanz näher als einer Distanz Ra, wenn sich der Pegel des Empfangssignals erhöht, wird eine Sättigung verursacht, aufgrund der Charakteristika des Mischers 6, wodurch verursacht wird, dass der Gradient von Vin relativ zu der Distanz R weniger steil ist als 1/R⁴. Somit, wenn der Gewinn monoton ansteigt wenn sich die Frequenz wie in der bekannten Technik erhöht, wird eine ausreichende Empfindlichkeit bei kurzen Distanzen nicht erreicht, nämlich wenn Niedrigfrequenz-IF-Signale empfangen werden, was eine Erfassung eines kleinen Ziels in einer kurzen Distanz verhindert. Dementsprechend ist die IF-Verstärkerschaltung implementiert, um Frequenzcharakteristika aufzuweisen, bei denen die Unzulänglichkeit des Gewinns in einer Distanz kürzer als der Distanz, die eine Sättigung des Mischers verursacht, kompensiert wird.
7 zeigt ein Beispiel der Frequenzcharakteristika der IF-Verstärkerschaltung. In 7 ist die Frequenz fa die Frequenz eines IF-Signals, das der Schwellendistanz Ra ent spricht, gezeigt in 6, bei der die Sättigung des Mischers beginnt. Die IF-Verstärkerschaltung weist dieselben Frequenzcharakteristika auf, wie sie in 4 bei Frequenzen gezeigt sind, die höher sind als die Frequenz fa, und das Verhältnis der Änderung bei dem Gewinn relativ zu einer Änderung der Frequenz wird bei Frequenzen kleiner gemacht, die niedriger sind als fa.
Eine Ausgangsspannung der IF-Verstärkerschaltung 7 muss jedoch innerhalb der maximalen Eingangsspannung V_ADmax eines AD-Wandlers sein, in den die Ausgangsspannung eingegeben wird. Wenn die Ausgangsspannung über die Maximalspannung V_ADmax überschritten wird, läuft der AD-Wandler über und ein Bildsignal wird als ein Ergebnis der FFT erzeugt. Das Bildsignal verursacht, dass ein Ziel gesehen wird, als ob es in einer Distanz wäre, die der Bildfrequenz entspricht, was eine fehlerhafte Operation des Radars verursacht. Somit wird der maximal zulässige Gewinn Amax der IF-Verstärkerschaltung 7 so bestimmt, dass die Bedingung von Amax ≤ V_ADmax/Vin für jede Frequenz erfüllt ist, wobei Vin einen Wert in einem Fall anzeigt, in dem ein Ziel mit einem maximal angenommenen Streuquerschnitt vorhanden ist.
8 zeigt eine Beispielimplementierung einer IF-Verstärkerschaltung, die die oben beschriebenen Frequenzcharakteristika erreicht. Bezug nehmend auf 8 weist ein Schaltungsabschnitt A1 Kondensatoren C11 und C12, Widerstände R11 und R12 und einen Betriebsverstärker OP1 auf, wodurch eine Niedrigfrequenzdämpfung gemäß der RC-Konstanten erreicht wird. Die Grenzfrequenz ist vorzugsweise bei der Frequenz f_IFmax eingestellt, gezeigt in 7. Ferner weist ein Schaltungsabschnitt, angezeigt durch A2, Widerstände R21 und R22, Kondensatoren C21 und C22 und einen Betriebsverstärker OP2 auf, wodurch eine Hochfrequenzdämpfung gemäß der RC-Konstante erreicht wird. Die Grenzfrequenz ist ebenfalls vorzugsweise bei der Frequenz f_IFmax eingestellt, gezeigt in 7.
Ein Schaltungsabschnitt, angezeigt durch A3, weist Widerstände R31, R32 und R33 und einen Betriebsverstärker OP3 auf, die eine Addierer-Verstärker-Schaltung bilden. Somit werden kombinierte Frequenzcharakteristika, flach bei Frequenzen niedriger als der Frequenz fa und umgekehrt V-förmig mit der Spitze bei f_IFmax bei der Frequenz fa oder darüber, erhalten.
Als Nächstes wird der Aufbau eines Radars gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf 9 und 10 beschrieben.
9 zeigt ein Beispiel der Gewinn-Frequenz-Charakteristika einer IF-Verstärkerschaltung. Obwohl Charakteristika bei Nullfrequenz, d. h. Gleichstrom, und in der Nähe derselben in 7 nicht gezeigt sind, wie bereits in dem Abschnitt der verwandten Technik beschrieben wurde, können eine Gleichstrom-Komponente oder mehrere – Komponenten in der Nähe derselben, falls sie in einem IF-Signal umfasst sind, die Empfindlichkeit verschlechtern, dass SN-Verhältnis verschlimmern und eine fehlerhafte Erfassung verursachen. Somit, wie in 9 gezeigt ist, sind die Charakteristika derart, dass der Gewinn bei Gleichstrom 0 ist und der Gewinn bei Frequenzen niedriger als der Frequenz f_IFmin eines IF-Signals, das einer minimalen (kürzesten) Erfassungsdistanz entspricht, verringert wird.
10 zeigt eine Beispielimplementierung einer IF-Verstärkerschaltung, die die Gewinnfrequenzcharakteristika aufweist, gezeigt in 9. In 10 ist A4 eine Schaltung, die Kondensatoren C41 und C42 und einen Widerstand R41 aufweist, der niedrigere Frequenzen dämpft. Der Aufbau der Abschnitte, angezeigt durch A1, A2 und A3 ist gleich wie für jene, die durch dieselben Zeichen in 8 angezeigt sind. Die Charakteristika, die in 9 in einem Bereich einer Nullfrequenz zu der Nähe der Frequenz f_IFmin gezeigt sind, werden durch die Charakteristika des Schaltungsabschnitts erreicht, angezeigt durch A4 in 10.
Als Nächstes wird der Aufbau eines Radars gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf 11 beschrieben.
11 zeigt eine Beispielimplementierung einer IF-Verstärkerschaltung. In 11 ist AMP eine Verstärkerschaltung, die die Gewinn-Frequenz-Charakteristika aufweist, die in 7 gezeigt sind.
Bezug nehmend auf 11 ist ein Kondensator C51 an dem Eingang der Verstärkerschaltung AMP vorgesehen. Der Kondensator C41 sperrt oder blockiert die Gleichstrom-Komponente und -Komponenten in der Nähe desselben dahingehend, in die Verstärkerschaltung AMP einzutreten. Durch Entfernen der Gleichstrom-Komponente und der Niedrigfrequenzkomponenten in der Nähe desselben aus einem Eingangssignal in die Verstärkerschaltung AMP, wie oben beschrieben ist, werden Frequenzcharakteristika ähnlich zu jenen, die in 9 gezeigt sind, erreicht.
An dem Ausgang der Verstärkerschaltung AMP wird eine Versatzschaltung, die einen Kondensator C52 und Widerstände R51 und R52 aufweist, bereitgestellt. Die Widerstände R51 und R52 liefern einen Gleichstrom-Versatz zu einem Ausgangssignal aus der Verstärkerschaltung AMP. Der Kondensator C52 verhindert, dass die Gleichstrom-Versatzspannung an den Ausgang der Verstärkerschaltung AMP angelegt wird. Somit, wenn der AD-Wandler aus einer einzelnen Leistungsversorgung mit einem Eingangsspannungsbereich von 0 bis +B arbeitet, wird ein IF-Signal in den AD-Wandler als eine AC-Komponente eingegeben, zentriert an der Mittenspannung des Eingangsspannungsbereichs. Zum Beispiel, wenn der Eingangsspannungsbereich des AD-Wandlers 0 bis +2V ist, und wenn eine stabile Leistungsversorgung von +5V auf ein Fünftel geteilt wird, durch die Widerstände R51 und R52, alterniert die Amplitude eines IF-Signals zu dem AD-Wandler mit +1V als Mitte.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, sind viele andere Änderungen und Abweichungen für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht durch die spezifische Offenbarung hierin sondern nur durch die beiliegenden Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims

Ein Radar zum Erfassen der Distanz zu einem Ziel basierend auf dem Frequenzunterschied zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal, wobei das Radar folgende Merkmale aufweist: eine Sendeschaltung (1) zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals, dessen Frequenz zeitlich variiert; eine Mischerschaltung (6) zum Erzeugen eines IF-Signals als ein Ausgangssignal, das den Frequenzunterschied zwischen dem Empfangssignal und dem Sendesignal darstellt; eine Verstärkerschaltung (7) zum Verstärken des IF-Signals; wobei die Verstärkerschaltung (7) eine Gewinn/Frequenz-Charakteristik aufweist, derart, dass sich der Gewinn mit der Frequenz von einer voreingestellten Frequenz zu einer Frequenz erhöht, die eine maximale Erfassungsdistanz definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinn/Frequenz-Charakteristik der Verstärkerschaltung (7) einen im Wesentlichen konstanten Gewinn von einer Frequenz, die eine minimale Erfassungsdistanz definiert, zu der voreingestellten Frequenz aufweist, und wobei sich der Gewinn unter die Frequenz verringert, die die minimale Erfassungsdistanz definiert.
Das Radar gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen AD-Wandler (8), der das IF-Signal an der vorbestimmten Abtastfrequenz abtastet und das IF-Signal von einem analogen Signal in ein digitales Signal umwandelt, wobei der Gewinn der Verstärkerschaltung (7) seine Spitze bei oder unter einer Hälfte einer vorbestimmten Abtastfrequenz eines AD-Wandlers (8), der mit einem Ausgang der Verstärkerschaltung (7) gekoppelt ist, aufweist.
Das Radar gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Gleichstromblockierschaltung (C1), die an einem Eingang der Verstärkerschaltung (7) vorgesehen ist; und eine Versatzschaltung zum Hinzufügen eines vorbestimmten Gleichstromversatzes, die an dem Ausgang der Verstärkerschaltung (7) vorgesehen ist.
Das Radar gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine erste Gleichstromblockierschaltung, die an einem Eingang der Verstärkerschaltung (7) vorgesehen ist; eine zweite Gleichstromblockierschaltung, die an dem Ausgang der Verstärkerschaltung (7) vorgesehen ist; und eine Versatzschaltung, die an dem Ausgang der Verstärkerschaltung (7) vorgesehen ist, zum Hinzufügen eines vorbestimmten Gleichstromversatzes zu einem Signal, von dem die Gleichstromkomponente durch die zweite Gleichstromblockierschaltung entfernt wurde.
Das Radar gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die voreingestellte Frequenz eine Frequenz ist, unter der die Mischerschaltung (6), die mit einem Eingang der Verstärkerschaltung (8) gekoppelt ist, zu sättigen beginnt.