JP5462186B2 - 車両のためのモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの送信／受信チャネル及び少なくとも１つの受信チャネルを有するアンテナ装置の指向特性と、少なくとも１つの受信チャネルのために少なくともほぼ絶縁型の混合器を有する混合器システムと、を備える、車両のためのモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置に関する。さらに、本発明は、このようなモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置のためのギルバートセル型混合器、及び、このようなモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置の作動方法に関する。

このようなレーダセンサは、例えば、車両内の間隔警告及び制御システムにおいて、特に適応速度制御システム又はＡＣＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）システムにおいて使用される。ロバートボッシュ社の刊行物「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆａｈｒｇｅｓｃｈｗｉｎｄｉｇｋｅｉｔｓｒｅｇｅｌｕｎｇ ＡＣＣ， Ｇｅｌｂｅ Ｒｅｉｃｈｅ， Ａｕｓｇａｂｅ ２００２， Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｔｅｒｒｉｃｈｔｕｎｇ」（適応走行速度制御ＡＣＣ、イエローシリーズ、２００２年発行、技術教授書）において、このような適応速度制御システムが記載されている。ここには、レーダセンサも同様に記載されている。

モノスタティックアンテナ構想のレーダセンサにおいて、１つの同一のアンテナが、レーダ信号の送信、及び、レーダエコーの受信のために使用される。非絶縁型混合器（ｎｉｃｈｔ−ｉｓｏｌｉｄｅｒｅｎｄｅｒ Ｍｉｓｃｈｅｒ）又は転送混合器（Ｔｒａｎｓｆｅｒｍｉｓｃｈｅｒ）は、ＨＦ（高周波数）電源ポートを介して供給される信号をアンテナへ転送すると同時に、アンテナにより受信される信号と、ＨＦ電源ポートを介して供給される信号の部分とを混合する役割を果たす。混合された信号は中間周波数信号であり、その周波数は、送信信号と受信信号との間の周波数差を有する。この中間周波数信号は、送信信号の周波数がランプ状に変調されている限り（ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダ）、送信信号の反射時にレーダ目標において生じるドップラーシフトとレーダ目標の相対速度に関する情報とともに、レーダ信号の往復時間とレーダ目標との間隔に関する情報を提供する。複数の転送混合器を有する混合器システムを備える車両のためのモノスタティック・マルチビームレーダセンサが、独国特許出願公開第１０ ２００４ ０４４ １３０号明細書に記載されている。

４つのレーダ光線又はレーダ光線ローブ又はレーダビームを有する、マルチビームレーダセンサの公知のシステム構造において、生成される局部発振器の出力は、転送混合器へと供給される。この転送混合器は、典型的に出力の半分を送信し、出力の残りの半分は、混合工程に必要な半導体素子、例えばダイオード又はトランジスタのための基準信号として機能する。しかしながら、これは、典型的に、送信／受信チャネルを成す内側のレーダ光線ローブの場合にのみ当てはまる。２つの外側のレーダ光線ローブにおいては、内側のレーダ光線ローブをより細長くするために、送信電力を落とし又は完全に無くすことが可能であり、このことは、一方では、より良好な角度評価を可能とし、他方では、隣接車線による妨害を低減する。外側のレーダ光線ローブは純粋な受信ローブであるため、絶縁型混合器が割り当てられる。

少なくとも１つの送信／受信チャネル及び少なくとも１つの受信チャネルを有するアンテナ装置の指向特性と、少なくとも１つの受信チャネルのために少なくともほぼ絶縁型の混合器（ａｎｎａｅｈｒｅｎｄ ｉｓｏｌｉｅｒｅｎｄｅｒ Ｍｉｓｃｈｅｒ）を有する混合器システムと、を備える、車両のための本発明に係るモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置であって、少なくともほぼ絶縁型の混合器は、ギルバートセル型混合器を有し、ギルバートセル型混合器は、局部発振器信号の入力又は局部発振器による供給と、対応する受信チャネルとの間の非理想的な絶縁によって、当該受信チャネル（ＲＸ）を介して、過結合信号（ｕｅｂｅｒｋｏｐｐｅｌｎｄｅｓ Ｓｉｇｎａｌ）によって、アンテナ装置の指向特性に影響を与える送信電力を発し、指向特性は、過結合信号の位相位置の制御により切り替え可能である、上記モノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置は、切り替え可能な指向特性、又は、切り替え可能な総送信パターンが創出されるという効果を有する。従って、異なる幅の総送信パターンにより特徴付けられる、特に２つの異なる状態を有するマルチビームレーダセンサ装置が作動されうる。この切り替えによって、関与するシステムの性能をはるかに改善しうる追加的な情報内容・量（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｇｅｈａｌｔ）が実現可能である。この切り替えは、異なる角度偏差において対象物をブランクアウトさせ、又は確認することを可能とする。この方法は特に、４°と８°との間の角度領域において効果的であるように見受けられる。なぜならば、当該角度領域において、総送信パターンによる照射における顕著な振幅差が見込まれるからである。従って、潜在的に角度評価領域が拡大されうる。

ギルバート型混合器、又は、絶縁型混合器内のミキサセルとしてのギルバートセルを使用することによって、総送信パターンが対応して形成されうる。ギルバートセルの構造は、例えば、独国特許出願公開第１０２ ３９ ８５６号明細書で公知であり、好適に、（ダイオードベースの代わりに）トランジスタベースで混合器を実現し追加的な変換利得を実現するために使用される。

このようなギルバートセル型混合器の特徴は特に、理想的に同一のスイッチングトランジスタペアにおいて、理論的に、局部発振器信号の供給と受信チャネルとの間の非常に高い絶縁が達成されうることにある。マルチビームレーダセンサ装置において、このことは、受信チャネル、特に外側のレーダ光線ローブから、供給された局部発振器の出力が発せられないことを意味している。現実的な実装において実際には、特に７７ギガヘルツの周波数領域において、全トランジスタの良好な同期が達成されうる。電流増幅の僅かな変動は、絶縁の著しい低下を引き起こす。システムにおいて、このことは、振幅に関して、外側のレーダ光線ローブはそれにもかかわらず低減された電力により放射されるという形で現れる。これにより、外側のレーダ光線ローブは、マルチビームレーダセンサ装置の放射パターンに貢献する。局部発振器信号の入力と、対応する受信チャネルとの間のミキサセルの非理想的な絶縁によって、過結合信号又は漏電信号により送信電力が発せられる。これに応じて、使用可能な総送信パターンを獲得するために、４つのレーダビーム全ての位相位置も同一である必要がある。実際には、内側のレーダビームへの外側のレーダビームの相対的な低下が約１０ｄＢだけ達成され、位相に関して大きな問題が生じていた。スイッチングトランジスタペアは、局部発振器と受信チャネルとの間の漏電信号の位相における非対称性が、０°又は１８０°の位相位置において現れるという特徴を有する。回路のどの差動的なブランチ（Ｚｗｅｉｇ）が、より少ない増幅を生成するのかに従って、漏電信号の位相は、１又は他の、各１８０°ずれた位相位置の分だけ傾く。従って、放射パターンに任意に偶発的な損傷が生じることもあり、従来はこの傾きは制御可能ではなかったので、平均して約５０％の不良の放射パターンを見込む必要があった。本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置は、好適に、過結合信号の位相位置の管理された制御によって、切り替え可能な指向特性を実現する。その際、過結合信号の位相位置は、０°と１８０°との間で切り替え可能である。

本発明の好適な実施形態において、ギルバート型混合器のスイッチングトランジスタペアは、各固有の電源によって別々に給電されうる。過結合信号の位相位置の制御のために、各固有の電源は合目的的に、対応する電流差を互いに有する非対称な供給電流を提供する。

過結合信号の位相位置の傾きが制御可能ではないことに対して、以下のように対処することが可能である。即ち、トランジスタの電流増幅における製造技術的な差分を容認する代わりに、このパラメータに、合目的的に影響を与えることが可能である。従来は、２つの差動スイッチングトランジスタペアは、共通の電源によって給電された。この電源を、個別のスイッチングトランジスタペアのための２つの電源に分ける場合に、印加される電流が関与する、各スイッチングトランジスタペアの電流増幅に対して影響が与えられる。対応するｍｉｍｉｃ及び外側の制御ピンによって、好適に、２つのブランチにおける電流を合目的的に非対称とすることが可能である。これにより、０°又は１８０°への位相の傾きを、制御しながら実現することが可能である。製造による変動が目立たなくなるのに充分なだけ、ブランチの電流差が大きいことが保証される。

請求項５において、モノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置のためのギルバート型混合器が記載されている。

請求項６は、車両のためのモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置の作動方法に関する。

以下では、図面を用いて、本発明の実施形態が原理的に記載される。

本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置の原理図を示す。 本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置の受信構造の簡素化されたブロック図を示す。 本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置のための修正されたギルバートセル型混合器の原理的な回路図を示す。 本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置の、第１の状態における簡素化された水平方向の放射パターンを示す。 本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置の、第２の状態における簡素化された水平方向の放射パターンを示す。

図１は、図示されない車両のための、ハウジング２を備えた本発明に係るモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置１を示している。ハウジング２は、送信／受信チャネル（ＴＸ）及び受信チャネル（ＲＸ）を備える本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置１の受信構造５を形成する、アンテナ装置３と混合器システム４とを有する（図２参照）。さらに、レンズ６として形成されたビーム形成素子が設けられる。

マルチビームレーダセンサ装置１の送信／受信チャネルＴＸ及び受信チャネルＲＸは、レーダビーム又はレーダ光線ローブＢ１、Ｂ１’〜Ｂ４、Ｂ４’を有する、マルチビームレーダセンサ装置１の指向特性を生み、当該レーダ光線ローブは、対応する総送信パターン（Ｓｕｍｍｅｎｓｅｎｄｅｄｉａｇｒａｍｍ）Σ、Σ’に加算される（図４及び図５参照）。

図２には、アンテナ装置３及び混合器システム４を備える受信構造５が詳細に示されている。入力又は局部発振器による供給を介して、局部発振器信号ＬＯが供給される。２つの送信／受信チャネルＴＸには、混合器システム４の転送混合器又は転送結合ユニット７が割り当てられる。従って、合目的的に調整された送電又は送信電力（図２では矢印８で示される）が、送信／受信チャネルＴＸを介して、中間又は内側のレーダ光線ローブＢ２、Ｂ２’、Ｂ３、Ｂ３’を用いて発せられる。転送混合器又は転送結合ユニット７は十分公知であるため、以下では詳細に触れない。

図２から更に分かるように、混合器システム４には、外側のレーダ光線ローブＢ１、Ｂ１’、Ｂ４、Ｂ４’を生成する２つの受信チャネルＲＸのために、図３でより詳細に示されるミキサセルを備えたギルバートセル型混合器９を有する少なくともほぼ絶縁型の混合器がそれぞれ備えられる。局部発振器信号ＬＯの入力と、対応する受信チャネルＲＸとの間の、特にそのミキサセルの非理想的な絶縁によって、ギルバートセル型混合器９は、受信チャネルＲＸを介して、―２０ｄＢでの送電による（矢印１０で示される）過結合信号によって、アンテナ装置３の指向特性又は放射パターン（外側のレーダ光線ローブＢ１，Ｂ１’、Ｂ４、Ｂ４’）に決定的な影響を与える送信電力又は残りの送電を発する。転送混合器又は転送結合ユニット７での損失が無いことによって、追加的に、約５ｄＢ分だけ良好な、外側の受信チャネルＲＸの変換が行なわれる。ギルバートセル型混合器９は、入力信号として、局部発振器信号ＬＯを獲得する。アンテナ側では、高周波数又は無線周波数信号ＲＦが供給される。さらに、中間周波数信号ＩＦが獲得されうる。

本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置１の場合、指向特性は、ギルバートセル型混合器９の過結合信号１０の位相位置の制御によって切り替え可能であり、このために、過結合信号１０の位相位置は、０°と１８０°との間で切り替え可能である。切り替え又はその制御は、制御入力又は切り替えポート１１を介して行なわれる。

図３には、本発明に係るマルチビームレーダセンサ装置１のための修正されたギルバートセル型混合器９の回路図が示されている。局部発振器信号ＬＯ又はＬＯｘが、差動的に（ｄｉｆｆｅｒｅｎｚｉｅｌｌ）、上のスイッチングトランジスタペア（Ｓｃｈａｌｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｐａａｒ）１２ａ、１２ｂへと供給される。高周波数又は無線周波数ＲＦ、ＲＦｘが、差動的に、下のトランジスタペア１３へと供給される。中間周波数信号ＩＦ、ＩＦｘが、差動的に、上の抵抗器において獲得されうる。さらに、電圧源ＶＣＣ及びバイアスが設けられる。ギルバートセル型混合器９のスイッチングトランジスタペア１２ａ、１２ｂは、別々に各固有の電源１４ａ、１４ｂによって給電される。過結合信号１０の位相位置の制御のために、各固有の電源１４ａ、１４ｂは、合目的的に、対応する電圧差を互いに有する非対称な供給電流を提供する。このことは、切り替えポート１１を介して制御される。これにより、０°又は１８０°への位相の傾きが制御されて達成されうる。製造による変動を隠すのに充分なだけ、ブランチの電力差が大きいことが保証される。

ギルバートセル型混合器９は、特に二重平衡ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、モノリシックマイクロ波集積回路）混合器として構成されうる。総送信パターンΣ、Σ’は、修正されたギルバートセル型混合器９の使用により対応して形成され、切り替え可能であるように構成される。ギルバートセル型混合器９の相対的な送電は、０°と１８０°の間の位相において切り替え可能である。その際、この機能のほぼ損失の無い実装は非常に有利であり、既存の混合器構造に対する介入は行なわれない。

従って、車両のためのモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置１の作動方法を実施することが可能であり、マルチビームレーダセンサ装置１の指向特性、特に、総送信パターンΣ、Σ’は、追加的な情報コンテンツの獲得のために、２つの状態の間で切り替えられる。状態の切り替えは、０°と１８０°との間の過結合信号１０の位相位置の制御された切り替えによって、スイッチングトランジスタペア１２ａ、１２ｂの各固有の電源１４ａ、１４ｂにより提供される供給電流の合目的的な制御によって行なわれる。

図４及び図５から分かるように、この機能は、対応して、０°と１８０°との間の、外側のレーダ光線ローブＢ１、Ｂ１’、Ｂ４、Ｂ４’の位相の切り替えを可能とする。図４に示される０°の場合、アンテナ装置３において、送信／受信チャネルＴＸ又はレーダ光線ローブＢ２、Ｂ３、及び受信チャネルＲＸ又はレーダ光線ローブＢ１、Ｂ４の全てにおいて位相平衡が保たれていることが更に保証される場合に、典型的な主光線の幅が±８、５°（３ｄＢ）の総送信パターンΣが生成される。送信及び受信ビーム又はレーダ光線ローブＢ１〜Ｂ４は、それぞれ同相で重畳する。

曲線Ｂ１、Ｂ１’〜Ｂ４、Ｂ４’は、双方向ビームである。対応する単一方向ビームは点線で示されている。

図５に示される１８０°の場合に、中間のレーダ光線ローブＢ２’、Ｂ３’の外側のエッジにおいて、１８０°分だけ位相がずれて加算される外側のレーダ光線ローブＢ１’、Ｂ４’による、有害な重畳が生じている。これにより、±３°の、総送信パターンΣ’における主光線の明らかな先鋭化が生じる。１８０°の位相位置によって、さらに、検出領域の外側の領域に、追加的なサイドローブが生成される。

切り替えは、異なる角度偏差において対象物を溶暗させ、又は確認することを可能とする。この方法は特に、４°と８°との間の角度領域において有効である。なぜなら、当該角度領域において、総送信パターンΣ、Σ’による照射における著しい振幅差が見込まれるからである。従って、潜在的に角度評価領域が拡大されうる。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの送信／受信チャネル（ＴＸ）及び少なくとも１つの受信チャネル（ＲＸ）を有するアンテナ装置（３）の指向特性と、少なくとも１つの前記受信チャネル（ＲＸ）のための少なくともほぼ絶縁型の混合器及び少なくとも１つの前記送信／受信チャネル（ＴＸ）のための転送混合器を有する混合器システム（４）と、を備える、車両のためのモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置（１）において、
   前記転送混合器は、入力された局部発振器信号（ＬＯ）に基づいて、前記アンテナ装置（３）の前記指向特性に影響を与える第１の送信電力を発し、
   前記少なくともほぼ絶縁型の混合器は、ギルバートセル型混合器（９）を有し、前記ギルバートセル型混合器（９）は、前記局部発振器信号（ＬＯ）の入力と対応する前記受信チャネル（ＲＸ）との間の非理想的な絶縁によって生じる過結合信号（１０）に基づいて、当該受信チャネル（ＲＸ）を介して、前記アンテナ装置（３）の前記指向特性に影響を与える第２の送信電力を発し、
   前記指向特性は、前記過結合信号（１０）の位相位置の制御により切り替え可能である
   ことを特徴とする、モノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置（１）。
2. 前記過結合信号（１０）の前記位相位置は、０°と１８０°との間で切り替え可能である、請求項１に記載のマルチビームレーダセンサ装置。
3. 前記ギルバートセル型混合器（９）のスイッチングトランジスタペア（１２ａ、１２ｂ）は、各固有の電源（１４ａ、１４ｂ）によって別々に給電される、請求項１又は２に記載のマルチビームレーダセンサ装置。
4. 前記過結合信号（１０）の位相位置の制御のために、前記各固有の電源（１４ａ、１４ｂ）は、対応する電流差を互いに有する非対称な供給電流を提供する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチビームレーダセンサ装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の車両のためのモノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置（１）の作動方法であって、
   前記マルチビームレーダセンサ（１）の指向特性は、追加的な情報の獲得のために２つの状態の間で切り替えられることを特徴とする、モノスタティック・マルチビームレーダセンサ装置（１）の作動方法。
6. 前記指向特性は、総送信パターン（Σ、Σ’）である、請求項５に記載の作動方法。
7. 前記状態の切り替えは、０°と１８０°との間の前記過結合信号（１０）の前記位相位置の制御による切り替えによって、前記各固有の電源（１４ａ、１４ｂ）によってスイッチングトランジスタペア（１２ａ、１２ｂ）に提供される供給電流の制御によって行なわれる、請求項５又は６に記載の作動方法。
   
   

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