JP5366971B2 - モノスタティックマルチビームレーダセンサ、ならびに方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念によるモノスタティックマルチビームレーダセンサから出発する。本発明の対象はまた、このようなレーダセンサの駆動方法である。

特許文献１から、自動車用のモノスタティックマルチビームレーダセンサが公知であり、このレーダセンサはアンテナ群、複数の入力端を備える平面レンズ、およびホモダインミクサシステムからなる。このホモダインミクサシステムは、レンズの入力端に並列に接続された複数のミクサを有する。レンズは、送信動作と受信動作の両方でビーム集束に作用する。このようなレーダセンサにより、複数のレーダビームの信号を並列処理することができる。ミクサは基板上の狭い空間に配置される。

種々の適用、例えばＡＣＣ（適応形コントロール）では、送信特性と受信特性が異なっていることが必要である。このことはこれまで、バイスタティックアンテナシステムによって達成されており、例えばＤＢＦ（デジタルビーム形成）レーダの場合、弱く集束される送信アンテナと、強く集束される受信アンテナによって、またはレーダ信号を送信および受信するためのアンテナシステムと、レーダ信号を受信するためだけの別のアンテナシステムを有するハイブリッドシステムによって達成されている。これは特許文献２に記載されている。

国際特許出願２００６／０２９９２６号 ドイツ共和国特許第１９６４８２０３号

請求項１による本発明のモノスタティックマルチビームレーダセンサでは、アンテナ群と、複数のミクサからなるミクサシステムが設けられており、複数のミクサはアンテナ群のアンテナ素子に、第１の数のミクサが絶縁状態に切り換えられ、第２の数のミクサは伝送状態に切り換えられている。このようなレーダセンサにより、モノスタティックシステムにおいて、すなわち送信動作と受信動作に対してアンテナが共通である場合でも、送信動作と受信動作に対して異なる指向特性を、必要スペースが非常に小さくても調整することができる。すなわちバイスタティックシステムに対して５０％、アンテナ面積を減少しても調整することができる。ここで本発明は、受信動作では絶縁状態のミクサが、位相および振幅の正しい加算によって評価され、例えばデジタルビーム形成（ＤＦＢ）を達成する出力信号を送出するという知識から出発する。したがって受信動作ではアンテナアパーチャ全体が使用され、ビームローブは相応に狭い。このことはとりわけ車線に関連する領域でＬＲＲ（ロングレンジレーダ）に対して有利である。送信動作では、とりわけ外側の絶縁状態のミクサによってアパーチャ全体が使用されず、指向線図は相応に広い。発振器信号または送信信号は変換して接続されたミクサを通過することができる。一方、絶縁して接続されたミクサにより２５から３０ｄＢだけ減衰されるが、指向特性には格段に影響しない。これによりアパーチャは効率的に半分になり、送信時の検出領域が２倍になる。

アンテナ群がマトリクス状の構造であれば、外部のアンテナ素子に接続されたミクサを絶縁状態に切り換えると有利である。

送信動作で指向線図をより広く、またはより狭くするために、さらなるミクサを絶縁状態または伝送状態で設置することができる。

有利にはマトリクス状のアンテナ群のアンテナ素子の複数のスリットが、それぞれ１つのミクサに導かれている。このことは、分解能を格別制限することなしにミクサのための面積を節約する。それぞれ２つのミクサが共通に１つのチップに配置されており、これら２つのミクサが絶縁状態、または伝送状態に切り換えられることによっても、面積と配線コストが節約される。

図面に基づき、本発明の例示的実施形態を詳細に説明する。

ミクサと高周波源が接続されたアンテナアレイの概略図である。

図１によれば本発明では、マトリクス状のアンテナ群に、モノスタティックモードのためのアンテナ素子１が設けられている。例えば７７ＧＨｚの高周波源２が、ミクサ３１，３２を介してアンテナ素子１に接続される。図示の例示的実施形態では、アンテナ素子１のそれぞれ３つのスリットが統合され、ミクサ３１または３２に接続される。ミクサ３１または３２は、ＭＭＩＣとして実現することができる。それぞれ２つのミクサ３１ないし３２が、チップ４ないし４１の上に存在する送信動作のために、受信動作とは異なる指向特性を形成するために、それぞれ外側の２つのミクサ３１がチップ４１上に絶縁状態に切り換えられ、内側の４つのミクサ３２はチップ４上で伝送状態に切り換えられる。

受信モードでは、絶縁状態のミクサも伝送状態のミクサも両方とも同じ出力信号を送出する。デジタルビーム形成（８つの出力信号を位相および振幅どおりに加算する）により、全アンテナアパーチャが使用され、受信指向線図が相応に狭い指向線図が形成される。送信動作では、とりわけ外側の絶縁状態のミクサ３１によってアパーチャ全体が使用されず、指向線図は相応に広くなる。高周波源２の発振器信号または送信信号は、ミクサ３２を通過することができる。一方、絶縁状態のミクサ３１により２５から３０ｄＢだけ減衰されるが、指向特性には格段に影響しない。これによりアパーチャは効率的に半分になり、送信動作時の検出領域が２倍になる。

別の実施形態では、送信動作で指向線図をより広く、またはより狭くするために、さらなるミクサを絶縁状態または伝送状態で設置することができる。

特許文献１と同じようにホモダインミクサを使用する場合には、送信すべき信号を形成する高周波源２の信号から一部が分岐され、局所発振器信号として使用される。これにより送信された信号と局所発振器の信号とは同じ周波数を有する。そして中間周波数は、局所発振器信号と受信された信号との周波数差に相当し、ドップラーレーダの場合はドップラー偏移に依存する。ＦＭＣＷレーダの場合、送信された信号の周波数、したがって局所発振器周波数がランプ状に変調される。この場合、中間周波数は信号伝搬時間、すなわち位置特定する対象物の距離に依存し、０から数１００ｋＨｚのオーダにある。

評価装置５では、ミクサ３１と３２の混合された種々の受信信号（中間周波数信号）がその出力端６で時間同期してサンプリングされ（デジタル化）、公知のデジタル信号整形が施される。アジマスでの個々の受信信号の位相関係および振幅関係は固定であるから、距離の他にレーダ目標物の角度情報も抽出することができる。

Claims (5)

1. アンテナ群と、複数のミクサ（３１，３２）からなるミクサシステムとを備えるモノスタティックマルチビームレーダセンサであって、前記ミクサ（３１，３２）は前記アンテナ群のアンテナ素子（１）に接続されているレーダセンサにおいて、
   送信動作と受信動作に対して異なる指向特性を実現するために、前記複数のミクサは、第１のミクサ（３１）と、第２のミクサ（３２）とを含み、
   マトリクス状のアンテナ群のアンテナ素子（１）の複数のスリットが、それぞれ１つの前記第１のミクサ（３１）又は前記第２のミクサ（３２）に導かれ、
   ２つの前記第１のミクサ（３１）又は２つの前記第２のミクサ（３２）がそれぞれ共通のチップ（４，４１）に配置されており、
   前記第１のミクサ（３１）は、受信動作では、出力信号を受信側の評価部（５）に送出し、送信動作では、送信信号を減衰させ、
   前記第２のミクサ（３２）は、受信動作では、出力信号を受信側の評価部（５）に送出し、送信動作では、前記第２のミクサ（３２）は送信信号をアンテナ群に伝送することを特徴とするレーダセンサ。
2. 当該マトリクス状アンテナ群の外側のアンテナ素子（１）または外側のアンテナ素子の群に前記第１のミクサ（３１）が接続されていることを特徴とする請求項１記載のレーダセンサ。
3. 受信側にはデジタル信号整形器が設けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載のレーダセンサ。
4. アンテナ群と、複数のミクサ（３１，３２）からなるミクサシステムとを備えるモノスタティックマルチビームレーダセンサの駆動方法であって、前記ミクサ（３１，３２）は前記アンテナ群のアンテナ素子（１）に接続されている方法において、
   送信動作と受信動作に対して異なる指向特性を実現するために、前記複数のミクサは、第１のミクサ（３１）と、第２のミクサ（３２）とを含み、
   マトリクス状のアンテナ群のアンテナ素子（１）の複数のスリットが、それぞれ１つの前記第１のミクサ（３１）又は前記第２のミクサ（３２）に導かれ、
   ２つの前記第１のミクサ（３１）又は２つの前記第２のミクサ（３２）がそれぞれ共通のチップ（４，４１）に配置され、
   前記第１のミクサ（３１）は、受信動作では、出力信号を受信側の評価部（５）に送出し、送信動作では、送信信号を減衰させ、
   前記第２のミクサ（３２）は、受信動作では、出力信号を受信側の評価部（５）に送出し、送信動作では、前記第２のミクサ（３２）は送信信号をアンテナ群に伝送することを特徴とする方法。
5. 受信動作では、前記第２のミクサ（３２）による前記受信信号と、前記第１のミクサ（３１）による前記受信信号とがデジタル信号整形されることにより評価されることを特徴とする請求項４記載の方法。

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