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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein holografisches Radar, welches
eine Mehrzahl von Empfangsantennen aufweist zum Empfangen von Reflexionswellen
einer Funkwelle, die von Sendeantennen gesendet worden ist, und
besonders ein derartiges holografisches Radar, bei welchem Radarsignale
in einer Time-Shared Art und Weise erfasst werden, durch die Verbindungen
der Mehrzahl von Empfangsantennen, die der Reihenfolge nach an einen Empfänger geschaltet
werden.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Ein
Beispiel für
ein herkömmliches
holografisches Radar ist in der japanischen Offenlegung Nr. Sho
63-256879 offenbart. In diesem Beispiel ist eine einzelne Sendeantenne
bereitgestellt, um ein Funkwelle zu senden, mit einer Mehrzahl von
Empfangsantennen, die Reflexionswellen der gesendeten Funkwelle
empfangen. Die Mehrzahl der Empfangsantennen wird dann über einen
Schalter an einen einzelnen Empfänger
gekoppelt. Die Mehrzahl der Empfangsantennen werden in Folge zur
Verbindung mit dem Empfänger
geschaltet, so dass Radarsignale, die für jede Empfangsantenne gewonnen
werden, in einer Time-Shared Art und Weise erfasst werden können.
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Ein
derartiger Aufbau ermöglicht
es, dass die Empfängeranzahl
für eine
Mehrzahl von Empfangsantennen einzeln sein kann, und ermöglicht eine
Reduzierung in der Größe und der
Produktionskosten des Geräts.
Es sei erwähnt,
dass dieses Beispiel eine Empfangsantennenanordnung enthält, die
aus mehreren Empfangsantennen besteht, die zu einem einzelnen Empfänger in
einer Gruppe von vier Antennen gehören.
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Die
Funkwelle, die hier verwendet wird, liegen in einem Hochfrequenzband
von beispielsweise 76 GHz. Aus diesem Grund sind die Signale, die
in der Übertragungsleitung
von den Empfangsantennen an den Empfänger gegeben werden, Signale,
die zu dem Hochfrequenzband gehören.
Der Schalter zum Schalten derartiger Hochfrequenzsignale hat typischerweise
zwei oder drei Hübe.
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Bei
der obigen Konfiguration ist oft eine Mehrzahl von Schaltern erforderlich,
um vier oder mehr Empfangsantennen zu schalten. Das Mehrfachschalten
kann beispielsweise durch eine Kombination von Einzelpol-Doppelhub(SPDT)-Schaltern oder
Einzelpol-Dreifachhub(SP3T)-Schaltern
in einer „Tournament"-Form erfolgen. Einheitenschalter,
die hier verwendet werden, können
Hochfrequenzschalter vom Planarschaltungstyp sein, beispielsweise MMICs
(Microwave Monolithic Integrated Circuits) oder HICs (Hybrid Integrated
Circuits).
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Die
Verwendung von Schaltern in einer mehrstufigen Verbindung kann jedoch
eine Verschlechterung der Empfangsempfindlichkeit verursachen, da
ein Signal gedämpft
wird, jedes Mal wenn es durch jeden Schalter verläuft.
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Die
US 5,455,590 offenbart die
Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Die
US 3,685,051 offenbart eine
Technik zum Bilden und Interferenzmusterbild eines Objekts, welches
mit kohärenter
Wellenenergie bestrahlt wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein holografisches
Radar zu schaffen, das jegliche Verschlechterung der Empfangsempfindlichkeit
mit einem relativ einfachen Aufbau verhindern kann.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein holografisches Radar, welches
eine Mehrzahl von Empfangsantennen aufweist zum Empfangen von Reflexionswellen
einer Funkwelle, die von Sendeantennen gesendet worden ist, wobei
die Verbindung der Mehrzahl von Empfangsantennen an einen Empfänger der
Reihe nach geschaltet wird, um dadurch Radarsignale in einer Time-Shared Art und Weise
zu erfassen, wobei eine Mehrzahl der Sendeantennen vorgesehen ist
und der Reihe nach zum Senden der Funkwelle geschaltet werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Anzahl an Empfangsantennen reduziert werden,
indem die Mehrzahl der Sendeantennen geschaltet wird. Es ist folglich
möglich,
die Anzahl an Schaltern zum Schalten der Empfangsantennen zu reduzieren, und
die Empfangsempfindlichkeit zu verbessern. Darüber hinaus führt die
Reduzierung der Anzahl der Antennen und der Schaltern zu niedrigeren
Produktionskosten des Geräts.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Diagramm, welche den Gesamtaufbau eines holografischen Radars
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 zeigt
die Sequenz des Schaltens der Antennen, das durch das Ausführungsbeispiel
bewirkt wird;
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3 zeigt
ein beispielhaftes Diagramm des Schaltens der Antennen, welches
gemäß dem Ausführungsbeispiel
bewirkt wird;
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4 zeigt
ein anderes beispielhaftes Diagramm zum Schalten der Antennen, welches
gemäß dem Ausführungsbeispiel
bewirkt wird; und
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5 zeigt
den Aufbau eines Vergleichsbeispiels, welches eine einzelne Sendeantenne
enthält.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Die
vorliegende Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verdeutlichen, jedoch die Erfindung nicht
einschränken.
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Zuerst
bezugnehmend auf 1, ist dort ein Aufbau des Ausführungsbeispiels
eines holografischen Radars in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Oszillator 10 oszilliert
beispielsweise in einem Hochfrequenzband von 76 GHz. Ein Schalter 14 auf
der Senderseite ist über
einen Leistungsteiler 12 an den Oszillator 10 gekoppelt.
Der Schalter 14 ist ein Einzelpol-Dreifachhub (SP3T)-Schalter,
dessen Ausgänge
an die drei Sendeantennen T1, T2, T3 gekoppelt sind. Das Schalten mit
dem Schalter 14 ermöglicht
folglich, dass die Hochfrequenzsignale von dem Oszillator 10 an
die Sendeantennen T1, T2, T3 in einer Time-Shared Art und Weise
geliefert werden. Die Hochfrequenzsignale von dem Oszilator 10 werden
folg lich der Reihe nach von den Sendeantennen T1, T2, T3 in einer
Time-Shared Art und Weise gesendet. Zu beachten ist, dass diese
Sendeantennen identische Strahlungsmuster aufweisen, was vorzugsweise
derart ist, dass eine Funkwelle in die gesamte Detektionsregion
ausgestrahlt werden kann.
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Auf
der Empfängerseite
sind zwei Empfangsantennen R1, R2, bereitgestellt. Ein Schalter 16 auf
der Empfängerseite
ist an die Empfangsantennen R1, R2 gekoppelt. Der Schalter 16 ist
ein Einzelpol-Doppelhub(SPTD)-Schalter, um die Ausgänge an die
zwei Empfangsantennen R1, R2 zu koppeln. Ein Mischer 18 ist
an den einzelnen Ausgang des Schalters 16 gekoppelt. Das
Schalten mit dem Schalter 16 erlaubt folglich, dass Empfangssignale,
die von den zwei Empfangsantennen R1, R2 empfangen werden, an den
Mischer 18 in einer Time-Shared Art und Weise geliefert
werden. Zu beachten ist, dass diese Empfangsantennen ein identisches
Strahlungsmuster aufweisen, welches vorzugsweise derart ist, dass Reflexionswellen
von der gesamten Detektionsregion empfangen werden können.
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Die
Sendeantennen T1 bis T3 und die Empfangsantennen R1, R2 sind in
der gleichen Ebene und auf der gleichen geraden Linie ausgerichtet.
Mit dieser Ausrichtung kann ein Endprodukt in einfacher Form hergestellt
werden, wodurch die Produktionskosten reduziert werden können. Ferner
kann in Anbetracht einer Anwendung dieser Antennen für ein Fahrzeugradar,
oder dergleichen, das Radar konfiguriert werden, so dass seine Gesamtform
für eine Montage
in einem Fahrzeug günstig
ist. Es sei jedoch erwähnt,
dass derartige Antennen nicht notwendigerweise auf der gleichen
geraden Linie und der gleichen Ebene angeordnet sein müssen.
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Der
Mischer 18 akzeptiert manche der Sendehochfrequenzsignale
von dem Leistungsteiler 12. Der Mischer 18 erfasst
folglich modulierte Signale in der Form einer Superposition der
Empfangshochfrequenzsignale, die von dem Ziel auf den Sendehochfrequenzsignalen
reflektiert worden sind. Ein Analog-zu-Digital Wandler 20 ist
an den Mischer 18 gekoppelt, um die modulierten Signale,
die von dem Mischer 18 geliefert werden, in digitale Signale
umzuwandeln. Eine Signalverarbeitungsschaltung 22 ist an
den Analog-zu-Digital Wandler 20 gekoppelt, um die modulierten
Signale in der Form von digitalen Signalen zu empfangen. Die Signalverarbeitungsschaltung 22 führt eine
Datenverarbeitung der folglich empfangenen modulierten Signale durch,
um eine gewünschte
Information zu erfassen, beispielsweise den Abstand zu dem Ziel,
die relative Geschwindigkeit, etc.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist Lt = 2 Lr gegeben, wobei Lr der Abstand zwischen den Empfangsantennen
R1 und R2 ist, und Lt der entsprechende Abstand zwischen den Sendeantennen T1,
T2 und T3. Der Abstand Lt der Sendeantennen ist also gleich dem
Abstand Lr der Empfangsantennen multipliziert mit der Anzahl der
Empfangsantennen, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich 2 beträgt.
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Das
Schalten der Sendeantennen T1, T2, T3 und der Empfangsantennen R1,
R2 erfolgt in Übereinstimmung
mit der in 2 gezeigten Sequenz. In der
Zeitperiode, während
der die Sendeantenne T1 aktiv ist, wird zuerst die Empfangsantenne
von R1 auf R2 geschaltet. In der Zeitperiode, während der die Sendeantenne
T2 aktiv ist, wird als zweites die Empfangsantenne von R1 auf R2
geschaltet. In der Zeitperiode, während der die Sendeantenne
T3 aktiv ist, wird drittens die Empfangsantenne von R1 auf R2 geschaltet.
Diese Schritte werden iterativ ausgeführt.
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2 verdeutlicht
die Beziehung der Paare zwischen den Sendeantennen T1, T2, T3 und
den Empfangsantennen R1, R2, die zeitlich gemeinsam verwendet werden,
wenn ein Senden/Empfangen durch Schalten der Sendeantennen T1, T2,
T3 und der Empfangsantennen R1, R2 durchgeführt wird.
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In
dieser Weise ändern
sich die Paare der Sendeantennen T1, T2, T3 und der Empfangsantennen
R1, R2, in der Folge (1) T1, R1, (2) T1, R2, (3) T2, R1, (4) T2,
R2, (5) T3, R1 und (6) T3, R2.
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Die
Sendefunkwellen von den Sendeantennen T1, T2, T3 werden von dem
Ziel reflektiert, um die Empfangsantennen R1, R2 zu erreichen. Man kann
folglich voraussehen, dass, wenn die Sendeantennen sich räumlich bewegen,
identische Empfangssignale erhalten werden, wenn die Empfangsantennen
entsprechend parallel dazu in entgegengesetzter Richtung bewegt
werden. Folglich werden die Empfangssignale, die bei der Aussendung
von der Sendeantenne T2 von den Empfangsantennen R1, R2 empfangen
werden, als identische zu denjenigen erwartet, die erhalten werden,
wenn sich die Sendeantenne T2 zu der Position der Sendeantenne T1
bewegt, mit den Antennen R1, R2, die um Lt in der entgegengesetzten
Richtung versetzt werden. Ähnlich wird
erwartet, dass die Empfangssignale, die von den Empfangsantennen
R1, R2 bei der Aussendung mit der Sendeantenne T3 empfangen werden,
identisch sind zu denjenigen, die gewonnen werden, wenn die Sendeantenne
T3 an die Position der Sendeantenne T1 bewegt wird, mit den Antennen
R1, R2, die um zwei Lt versetzt sind. 3 verdeutlicht
die zeitlich sequenzielle Beziehung in den Paaren zwischen den Sendeantennen
und den Empfangsantennen, wobei die Positionsbeziehung in der Richtung
ist, in der die Antennen angeordnet sind.
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Die
folglich gewonnenen Empfangssignale werden entsprechend äquivalent
zu denjenigen, die gewonnen werden, wenn sechs Empfangsantennen für eine einzelne
Sendeantenne angeordnet werden, wie man in 4 sieht.
In dem Fall der Platzierung von sechs Empfangsantennen in dieser
Art und Weise, wenn nur ein einzelner Empfänger verwendet wird, muss eine
zweistufige Schaltkonfiguration verwendet werden, die aus zwei SP3T-Schaltern
und einem SPDT-Schalter
besteht.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist jedoch der Schalter 14 auf der Senderseite erforderlich,
wo hingegen die Bereitstellung des Schalters 16 in einer
einzelnen Stufe ausreichend ist für das Schalten der Empfangsantennen
R1, R2. Dies kann eine Reduzierung in der Dämpfung der Empfangssignale
durch die Schalter zur Folge haben. Der Schalter 14 auf
der Senderseite kann die Sendesignale irgendeiner Dämpfung unterwerfen,
obwohl dies vernachlässigbar
ist, wenn die Sendesignale eine ausreichende Signalstärke haben.
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Wie
oben beschrieben, wenn die Signalsendung und der Signalempfang durchgeführt werden unter
Verwendung von Sende- und Empfangsantennen, die entsprechend geschaltet
werden, ist es möglich,
ein holografisches Radar zu schaffen, das einen relativ einfachen
Aufbau hat und in der Lage ist, einen entsprechenden Empfang mit
reduzierter Dämpfung
in Empfangssignalen zu erreichen.
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Wie
man in dem Vergleichsbeispiel gemäß 5 sehen
kann, benötigt
die Verwendung einer Sendeantenne insgesamt sieben Antennen, umfassend
sechs Empfangsantennen zusätzlich
zu der einen Sendeantenne, zusammen mit insgesamt drei Schaltern,
umfassend zwei SP3T- Schalter
und einen SPDT-Schalter. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung
erfordert jedoch zwei Antennen weniger, drei Sendeantennen und zwei
Empfangsantennen, oder insgesamt nur fünf Antennen.
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Es
verwendet ebenfalls nur zwei Schalter, einen SP3T-Schalter und einen
SPDT-Schalter. Entsprechend können
die Anzahl der Antennen und die Anzahl der Schalter reduziert werden
durch jeweils zwei Einheiten und eine Einheit verglichen mit dem herkömmlichen
Aufbau. Es ist folglich möglich,
eine Reduzierung der Kosten der Vorrichtung insgesamt zu erreichen.
Darüber
hinaus führt
die Reduktion in der Anzahl der Schalter auf der Empfangsseite zu
einer verbesserten Empfangsempfindlichkeit der Vorrichtung insgesamt.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist die Anzahl der Sendeantennen größer als die der Empfangsantennen.
Entsprechend ist die Empfangsantenne und der Schalter über eine
kürzere
Leitung verbunden, verglichen mit einer Einheit, bei der mehr Empfangsantennen
als Sendeantennen vorhanden sind, und die Dämpfung auf der Empfängerseite
kann folglich reduziert werden. Da die Anzahl an Zeitpunkten des
Schaltens in dem Schalter 16 auf der Empfängerseite
kleiner wird als in dem Schalter 14 auf der Senderseite,
und eine geringere Anzahl an Zeitpunkten des Schaltens in einer
geringeren Dämpfung
resultiert, ist es möglich,
den Verlust auf der Empfängerseite
zu reduzieren. Als Ergebnis kann die Empfangsempfindlichkeit auf
der Empfängerseite
verbessert werden.
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Obwohl
diese Erfindung beispielsweise drei Sendeantennen und zwei Empfangsantennen
verwendet, kann die Anzahl der Antennen weiter erhöht werden.
Es ist zu verstehen, dass vier oder mehr Antennen auf jeder Seite
einen mehrstufigen Aufbau der Schalter in einer „Tournament"-Form erfordern kann. Obwohl
die Sendeantennen T1, T2, T3 und die Empfangsantennen R1, R2 auf
der gleichen Linie ausgerichtet gezeigt sind, müssen sie nicht notwendigerweise
derart angeordnet sein. Die Abstände
zwischen den Sendeantennen und den Empfangsantennen können willkürlich sein.
Die Abstände
zwischen den Sendeantennen T1, T2, und T3 können andere sein als die oben
beschriebenen Werte. In einem derartigen Fall können die Empfangssignale irgendwelchen
Berechnungen zum Kompensieren von Positionsänderungen unterworfen werden.
Wie oben beschrieben, ist es bevorzugt, dass die Sendeantennen T1,
T2, T3 das gleiche Strahlungsmuster aufweisen, so dass drei Empfangssignale,
die an jeder Empfangs antenne R1 und R2 für drei Sendeantennen empfangen
werden, gleich denjenigen werden, die an drei Positionen für eine einzelne
Sendeantenne empfangen werden. Es ist folglich vorzuziehen, dass die
Empfangsantennen R1, R2 das gleiche Strahlungsmuster haben, so dass
die Empfangssignale durch entsprechende Empfangsantennen R1, R2
intakt miteinander verglichen werden können. Es soll erwähnt werden,
dass, wenn die Sendeantennen T1, T2, T3 nicht das gleiche Strahlungsmuster
haben, oder wenn die Empfangsantennen R1, R2 nicht das gleiche Strahlungsmuster
haben, irgendwelche Berechnungen zum Kompensieren der Differenz
angewendet werden können.
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Vorzugsweise
sind die Sendeantennen T1, T2, T3 in der Lage, eine Funkwelle in
die gesamte Detektionsregion auszustrahlen. Dies macht es möglich, Reflexionswellen
von irgendeinem Ziel innerhalb der Detektionsregion zu erhalten.
Ferner ist es vorzuziehen, dass jede Empfangsantenne R1, R2 in der Lage
ist, eine Funkwelle von der gesamten Detektionsregion zu empfangen.
Dies ermöglicht
es zuverlässig,
Reflexionswellen von irgendeinem Ziel innerhalb der Detektionsregion
zu empfangen, unabhängig
welche Empfangsantenne ausgewählt
ist.
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In
dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es ebenfalls
normalerweise vorzuziehen, dass die Empfangsantennen R1, R2 während einer
Zeitperiode geschaltet werden, während
der eine einzelne Sendeantenne T1, T2 oder T3 ausgewählt ist.
Dies erleichtert es, eine längere
Zeitperiode mit einer einzelnen Sendeantenne, die ausgewählt ist,
aufrechtzuerhalten. Da eine bestimmte Zeit erforderlich ist für eine Funkwelle
von einer Sendeantenne von einem Ziel reflektiert und dann von einer
Empfangsantenne empfangen zu werden, kann ein zu frühes Schalten
der Sendeantennen es erschweren zu bestimmen, von welcher Sendeantenne die
empfangenen Reflexionswellen stammen. Das Schalten der Empfangsantennen
während
eine einzelne Sendeantenne ausgewählt ist, kann das Verarbeiten
mit einem Empfangssignal erleichtern.
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Ein
derartiges holografisches Radar ist beispielsweise geeignet für die Montage
in einem Fahrzeug, um vorausfahrende Fahrzeuge zu überwachen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie oben beschrieben, ermöglicht die schaltbare Verwendung
einer Mehrzahl von Sendeantennen eine Reduzierung der Anzahl an
Empfangsantennen.
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Dies
resultiert in einer Reduzierung in der Anzahl an Schaltern zum Schalten
der Empfangsantennen, was zu einer verbesserten Empfangsempfindlichkeit
beiträgt.
Dies führt
auch zu einer Reduzierung in der Anzahl an Antennen und Schaltern,
was zu reduzierten Produktionskosten der Vorrichtungen beiträgt.
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In
einem Beispiel, bei dem m und n die Anzahl der Sendeantennen und
die Anzahl der Empfangsantennen jeweils sind, können die gleichen Funktionen
implementiert werden, wie die, wenn die Anzahl der Empfangsantennen
gleich n × m
ist, mit der Anzahl an Sendeantennen gleich 1. In diesem Verhältnis kann
die Anzahl an Empfangsantennen reduziert werden. Dies wiederum resultiert
in einer Reduzierung in der Anzahl an Schaltern zum Schalten der
Empfangsantennen, wodurch es möglich
ist, eine reduzierte Dämpfung
in den Empfangssignalen zu erhalten und eine verbesserte Empfangsempfindlichkeit
bereitzustellen. Es ist ferner möglich,
die Gesamtanzahl der Antennen zu reduzieren und die der Schalter,
um dadurch eine Kostenreduzierung der Vorrichtung zu erhalten.
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Die
oben genannten Sendeantennen und Empfangsantennen sind vorzugsweise
auf der gleichen Ebene ausgerichtet und speziell in der gleichen Linie
angeordnet.
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Fahrzeugradars
müssen
normalerweise Bereiche näher
in der vertikalen Richtung (in der Größenordnung von 3 bis 4 Grad)
jedoch weiter (in der Größenordnung
von 20 Grad oder mehr) in der horizontalen Richtung überwachen
bezüglich
der Position, wo ein Ziel, das zu detektieren ist, liegt. Zu diesem
Zweck sind die Strahlungsmuster der Sende- und Empfangsantennen
vorzugsweise ausgelegt, um zu ihren entsprechenden Überwachungsbereichen zu
passen. Folglich tendiert jede Antenne dazu, eine Aperturkontur
zu haben, die in der vertikalen Richtung länger, jedoch in der horizontalen
Richtung kürzer
ist. Wenn eine Mehrzahl von Antennen, die eine derartige Geometrie
aufweisen, verwendet wird, um ein holografisches Radar zu bilden,
sind alle Antennen in einer Linie in der horizontalen Richtung auf
der Ebene angeordnet, um sicherzustellen, dass das Fahrzeugradar
eine Gesamtgeometrie aufweist, die geeignet ist für eine Montage
in Fahrzeugen.
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Der
Abstand zwischen den Sendeantennen hängt vorzugsweise auch von der
Anzahl der Empfangsantennen ab, insbesondere ist der Abstand zwischen
den Empfangsantennen gleich dem Produkt des Abstands zwischen den
Empfangsantennen und der Anzahl der Empfangsantennen. Ein derartiger Aufbau
stellt die Erfassung der Empfangssignale sicher, die ähnlich zu
denjenigen ist, die gewonnen werden durch Radare, die Empfangsantennen
haben, die mit gleichen Abständen
angeordnet sind, wodurch die Verarbeitung der Empfangssignale erleichtert
wird.
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Die
Anzahl der Empfangsantennen ist vorzugsweise ebenfalls gleich oder
kleiner als die Anzahl der Sendeantennen. Als Ergebnis eines derartigen
Aufbaus kann die Dämpfung
auf der Senderseite, die durch das Schalten und durch die Verbindung zwischen
den Schaltern und den Antennen induziert wird, größer werden
als auf der Empfängerseite. Nichts
desto trotz, kann eine derartige Signaldämpfung auf der Senderseite
im Wesentlichen vernachlässigt
werden, solange eine ausreichende Stärke der Sendesignale vorliegt.
Folglich kann durch das Reduzieren der Signaldämpfung durch Schalter und Verbindungen
auf der Empfängerseite
die Empfangsempfindlichkeit insgesamt verbessert werden.
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Es
sei erwähnt,
dass eine Situation auftreten kann, bei der der Abstand zwischen
den Sendeantennen nicht gleich dem Produkt der Abstände zwischen
den Empfangsantennen und der Anzahl der Empfangsantennen sein kann.
Eine derartige Unzulänglichkeit
kann durch einen zusätzlichen
Vorgang zum Korrigieren der Empfangssignale während der Signalverarbeitung
behandelt werden.