WO2012041652A1 - Radarsystem - Google Patents

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WO2012041652A1
WO2012041652A1 PCT/EP2011/065291 EP2011065291W WO2012041652A1 WO 2012041652 A1 WO2012041652 A1 WO 2012041652A1 EP 2011065291 W EP2011065291 W EP 2011065291W WO 2012041652 A1 WO2012041652 A1 WO 2012041652A1
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WO
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transmission
switch
radar system
unit
amplifier
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/065291
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marlene Harter
Andreas Ziroff
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2012041652A1 publication Critical patent/WO2012041652A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/034—Duplexers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/034—Duplexers
    • G01S7/036—Duplexers involving a transfer mixer

Definitions

  • the invention relates to a radar system according to claim 1.
  • An imaging radar system makes it possible in addition to the distance and speed measurement of an object ⁇ a ⁇ angle measurement in azimuth and / or elevation.
  • the angle determination can be made only by using several transmit and receive channels whose antennas are arranged spatially offset.
  • a good angular resolution means that close objects can be separated.
  • the angular resolution of a radar system DBF digital beam forming radar
  • DBF digital beam forming radar
  • the angular resolution of a radar system DBF (digital beam forming radar) can be hard ware ⁇ technically improved by a higher number of transmitter and receiver or by software via a corresponding evaluation algorithm.
  • DBF radar systems which have a bistatic antenna arrangement, are emitted and received at the transmitting and receiving signals from separate transmitting and receiving devices.
  • Transmission mixer is used to supply an antenna with the transmission signal and at the same time receive the received signal of the antenna and forward it to a processing unit wei ⁇ .
  • a monostatic planar multi-beam radar sensor for motor vehicles which has a Grup ⁇ penantenne, which is connected via a planar lens with a plurality of transfer mixers.
  • the transfer mixers are supplied with the transmission signal via a high-frequency source.
  • the transfer mixers are connected to the evaluation unit.
  • a balanced transfer mixer with a coupling element which has on one side an RF source port and an antenna port and on the other side two diode ports, wherein two mixer diodes are provided, each connected between one of the diode ports and an RF ground are.
  • matching networks are provided with which the ratio between the power converted by the mixer diodes to the reflected power radiated by the antenna port through the antenna can be adjusted by means of a controlled adaptation of the mixer diodes.
  • the object of the invention is to provide a simply constructed radar system.
  • the object of the invention is achieved by the radar system according to claim 1.
  • An advantage of the radar system is in the simple structure that is achieved in that a commonchsos ⁇ zillator for several transmission mixer is provided, and that a connecting unit between the transmission mixer and the voltage oscillator is respectively provided with a switch that the connection between thepalsos - cillator and the respective transmission mixers or can interrupt.
  • the antennas can be easily and quickly selected and the transmission power for each ⁇ de antenna individually switched on or off.
  • the beam shape of the radar system can be adapted and changed for better scanning of an object.
  • switchable connection units a simple hardware construction is possible.
  • the transmission power can thus quickly turned on or off ⁇ who, without changing the transmission mixer in performance. Thus, no settling times for the transmission mixer are needed.
  • a connection unit has an amplifier circuit and a switch, wherein the switch is arranged between the voltage oscillator and the amplifier circuit or between the amplifier circuit and the transmission mixer.
  • the switch can be designed for example as an electronic switch in the form of a field effect transistor or as Hochfrequenzre ⁇ lais.
  • a communication interface is ⁇ guide shape of the switch in the form of an interface, formed with the connecting unit can be switched to a conducting or non-conducting state.
  • connection unit has a preamplifier and a main amplifier.
  • Main amplifier is connected via a switch with a supply voltage.
  • the switch allows the main amplifier to be switched on or off. Since the preamplifier has a low power consumption, the preamplifier can remain switched on. In addition, the preamplifier remains switched on for optimum adaptation. In this way, insertion loss is reduced and improved sensitivity of the radar system is achieved compared to conventional RF switches.
  • the transmitting / receiving units can be switched on or off individually for active beam shaping. This can be done, for example, in pairs or groups.
  • a narrow or wide antenna beam can be illuminated and focused with the same hardware several ranges of interest in about Nah ⁇ or long range with an appropriate antenna directivity, for example.
  • This adaptive beam shaping it is possible to suppress or suppress interfering antenna secondary lobes.
  • the written radar system is suitable for the application of all known Radarmodulations850ien, such as FMCW, pulse Doppler method, pseudo-random noise or phase encoding.
  • FMCW ramps the channels can also be switched during a continuous ramp, allowing for frequency-dependent channel multiplexing.
  • the described arrangement avoids electrical losses which occur in conventional high-frequency switches. Due to the simple structure, the radar system can be realized inexpensively and compactly.
  • the radar ⁇ system is suitable for implementing a cost-planar circuit, for example in microstrip technology or coplanar technology.
  • the production as MMIC with integrated antennas is also advantageous.
  • An application of the radar system is advantageous for example in the automotive, industrial and medical technology. The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a radar system
  • FIGS. 2 to 7 different embodiments of a connection unit
  • FIG. 8 shows a first example of switching options for determining the transmission for two transceiver units
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the radar system 1, which preferably uses a frequency-modulated FMCW signal provided by a signal source.
  • a signal ⁇ source a voltage controlled oscillator 2 is provided.
  • the oscillator 2 is modulated by a modulator 3 in the voltage and thus in the frequency.
  • an input of the oscillator 2 is connected to an output of the modulator 3.
  • the output of the oscillator 2 is connected in parallel with a number n of connection units 4, 41.
  • the connection units 4, 41 are designed as switchable connection units and are each connected to an input 10 of a transmission mixer 5, 51.
  • the transmission mixers 5, 51 are connected to a transmitting / receiving port of an antenna 6, 61, respectively.
  • An output terminal of each transmission mixer 5, 51 is preferably connected via a filter 7, 71 to an input of an evaluation unit 8.
  • the number n of connection units, transmission mixers and transmission / reception antennas may be two or more than two.
  • connection unit 4 The output from the oscillator 2 voltage signal S n '(t) is forwarded via the respective connection unit 4, 41 to the respective transmission mixer 5, 51.
  • connection unit 4 There are at least two connecting units 4, 41 are provided, wherein the number n is not limited to two, but also more connection ⁇ units 4 may be provided.
  • Each transmission mixer 5, 51 forwards the transmission signal S n '(t) supplied via the respective connection unit 4, 41 to an antenna 6, 61.
  • the antennas 6, 61 emit the transmission signals received by the transmission mixer 5, 51.
  • each antenna 6, 61 a from an object re ⁇ inflected receives received signal e n (t) and forwards it to the transmitting / receiving terminal of the respective connected
  • Transmission mixer 5, 51 continue.
  • the transmission mixer 5, 51 mix the received signal e n (t) with that of the Ver ⁇ bonding unit 4, 41 received signal and output the ge ⁇ mixed signal m n (t) via a filter 7, 71 to the evaluation unit 8 further ,
  • a transmission mixer is constructed in such a way that a signal fed on an input signal S n '(t) to the input / over-coupled output port of the transmission ⁇ mixer and for radiation on the supplied ⁇ arranged antenna 6 is used 61st Moreover, which is de- from the transmitter / mixed receiving terminal received reception signal m n (t) with the fed from the input transmission signal S n (t) and the mixed signal at an output terminal as Messsig ⁇ nal m n (t) tapped and a Filter 7, 71 forwarded to the evaluation unit 8.
  • the mixed signal includes the frequency of the transmission signal S n '(t) and the sum of Fre acid sequence of the transmission signal S n> (t) and the received signal e n (t) and the difference of the frequency of the transmission signal S n> (t) and the received signal e n (t). That is radiated from the antenna 6 from the difference frequency of the transmission signal S n (t), and the frequency which is received by the antenna of the Emp ⁇ capture signal, in the evaluation unit 8, the distance and the speed of the Ob ⁇ jektes can be derived , In addition, an angle determination of the object in terms can be done in the antenna also in the off ⁇ evaluation unit. Preferably, all the antennas can advertising used pa rallel ⁇ for receiving reception signals in which, for transmission, the antennas are used simultaneously or sequentially.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the connection unit in the form of a controllable switch 9.
  • the switch 9 has an input 10, to which a control signal of a control unit, not shown, can be applied. From ⁇ dependent on the control signal of the switch 9 is turned off, or conductive.
  • the switch can z. B. be designed as a switchable high-frequency relay or as an electronic switch madebil ⁇ det.
  • connection unit in the form of an amplifier circuit 11 and a switch 9 is formed, which are arranged in series between the oscillator 2 and the transmission mixer 5.
  • the switch 9 is arranged between the oscillator 2 and the amplifier 11.
  • connection ⁇ unit which is in the form of an amplifier 11 and the switch 9, the switch 9 is arranged between the amplifier 11 and the transmission mixer. 5
  • FIG. 5 shows a further disclosed embodiment, a connection ⁇ unit 4, which is in the form of an amplifier 11 and a scarf ⁇ ters. 9
  • the amplifier 11 is arranged between the oscillator 2 and the transmission mixer 5.
  • the amplifier 11 is of a
  • Voltage source 12 is powered. Between the Verstär ⁇ ker 11 and the voltage source 12 of the switch 9 angeord ⁇ net. Thus, the voltage supply of the amplifier 11 can be switched off by a corresponding control of the switch 9.
  • FIG. 6 shows a further embodiment in which the amplifier 11 is in the form of a preamplifier 13 and a post-amplifier.
  • switched main amplifier 14 is formed.
  • the switch 9 is arranged between the voltage source 12 and the main amplifier 14 in this embodiment.
  • the voltage ⁇ supply of the main amplifier 14 are turned off and thus the connection between the oscillator 2 and the transmission mixer 5 are interrupted.
  • the switch-off of the main amplifier is less expensive, because the main ⁇ amplifier has a larger power consumption.
  • the arrangement with the preamplifier and main amplifier has a lower insertion loss and thus provides a bes ⁇ sere sensitivity of the radar system in comparison to conventional forth ⁇ RF switches.
  • the amplifier used has several amplifier stages, in particular a preamplifier and at least one main amplifier.
  • the preamplifier remains permanently switched on for optimal adjustment.
  • the current consumption of the preamplifier is negligible due to the clotting ⁇ gen gain.
  • At least one main amplifier can be switched on and off via the assigned switch.
  • connection ⁇ unit 4 comprises an interface 15, for example in the form of a status line, or in the form of a communication interface.
  • the interface 15 can be switched by a control ⁇ signal 19 by a control unit in its mode, so that the connection unit 4 is influenced so that the connection unit is switched from a conductive to a non-conductive state.
  • the antennas, ie the individual channels, ie transmitting / receiving units can be operated both individually and in parallel.
  • the arrangement can be used for calibration purposes, whereby, for example, the individual antennas are carried out sequentially. be switched.
  • individual transmitting / receiving units or a plurality of transmitting / receiving units can be switched on or off.
  • the transmission / reception unit is understood to be a transmission mixer and the antenna connected to the transmission mixer.
  • FIG. 8 shows switching possibilities for determining the transmission for two transceiver units SEE1, SEE2.
  • three measurements Ml, M2, M3 are performed.
  • the first measurement Ml only the first transmitting / receiving unit transmits (SEE1) and it is the reception signal of the two transmit and receive ⁇ units 15, 16 detects the first measurement Ml.
  • both transceiver units 15, 16 are used to emit signals and to receive signals.
  • the received signals of the two transceiver units SEE1, SEE2 are determined as a second measurement M2.
  • the third measurement M3 only the second transceiver unit SEE2 is used to emit a transmission signal.
  • the Emp ⁇ fang signal of the two transmitting / receiving units SEE1, SEE2 is recorded as a third measurement M3.
  • the measuring method is also specified in the table, with Ml to M3, the measurements are named, with SEE1, 2, the transmitter / receiver units are marked. A 0 in the line indicates that the corresponding transceiver unit is not transmitting. A 1 in the row indicates that the entspre ⁇ sponding transmitting / receiving unit transmits.
  • FIG. 9 shows circuit options for determining the transmission for four transceiver units SEE1, SEE2, SEE3, SEE4. To determine the transmission between the individual transmitting / receiving units, appropriate measurements are carried out, as listed in the table on the right.
  • the table indicates in the first line the transmission / reception ⁇ units SEE4, 3, 2, 1 at.
  • the following columns show the measurements Ml, M2, ... M10.
  • a 0 or a 1 in the line of a measurement in the column of a transceiver indicates whether the corresponding transceiver transmits (1) or not (0).
  • all transmitting / receiving units are always evaluated. For example, the first measurement Ml determines that only the first transceiver transmits SEE1.
  • the formulas for the calculation of the transmission are stored.
  • beschrie ⁇ ben from the n-th to m-th transmitting / receiving unit with the S nm TRANSMISSI ⁇ on.
  • the transmission from the first to the second transceiver unit is calculated by the difference between the second measurement M2 and the first measurement M1.
  • the transmitting / receiving unit can be switched on or off individually, in pairs or in groups, so that an active beam shaping of the transmission signal is made possible.
  • This adaptive beam shaping can also be used to suppress or hide interfering antenna sidelobes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radarsystem mit einer Signalquelle mit mindestens zwei Transmissionsmischern, wobei die Signalquelle über eine erste Verbindungseinheit mit einem ersten Transmissionsmischer und über eine zweite Verbindungseinheit mit einem zweiten Transmissionsmischer verbunden ist, wobei der erste Transmissionsmischer über einen Sende-/Empfangsanschluss mit einer ersten Antenne und über einen Auswerteanschluss mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, wobei der zweite Transmissionsmischer über einen Sende-/Empfangsanschluss mit einer zweiten Antenne und über einen Auswerteanschluss mit der Auswerteeinheit verbunden ist, wobei jede Verbindungseinheit einen Schalter aufweist, mit dem die Verbindung zwischen dem Spannungsoszillator und dem Transmissionsmischer unterbrochen werden kann.

Description

Beschreibung
Radarsystem
Die Erfindung betrifft ein Radarsystem gemäß Patentanspruch 1.
Ein abbildendes Radarsystem ermöglicht neben der Entfernungs¬ und Geschwindigkeitsmessung eines Objektes auch eine Winkel¬ messung in Azimut und/oder Elevation. Die Winkelbestimmung kann nur unter Verwendung mehrer Sende- bzw. Empfangskanäle erfolgen, deren Antennen räumlich versetzt angeordnet sind. Eine gute Winkelauflösung bedeutet, dass nahe beieinander liegende Objekte getrennt werden können. Die Winkelauflösung eines DBF Radarsystems (Digital Beamforming Radar) kann hard¬ waretechnisch durch eine höhere Sender- und Empfängeranzahl oder softwaretechnisch über einen entsprechenden Auswertealgorithmus verbessert werden. Im Stand der Technik sind DBF- Radarsysteme bekannt, die eine bistatische Antennenanordnung aufweisen, bei der Sende- und Empfangssignale von getrennten Sende- und Empfangseinrichtungen abgestrahlt bzw. empfangen werden. In Mathias Steinhauer et. al . , "Millimeter-Wave-Radar Sensor based on a Transceiver Array for Automotive Applicati¬ ons", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 56, No . 2, Feb . 2008 ist ein Digital Beamforming Konzept vorgeschlagen, das mehrere kombinierte Sende- /Empfänger be¬ inhaltet. Dabei wird für jede Sende- /Empfängereinheit eine eigene Signalquelle verwendet, um die Sende- /Empfänger¬ einheiten über ein Frequenzmultiplexverfahren betreiben zu können (frequenzmodulierte FMCW-Rampen) . Dieses Konzept ist relativ hardwareaufwendig.
Aus WO99/10756 ist ein FMCW-Sensor bekannt, bei dem ein
Transmissionsmischer verwendet wird, um eine Antenne mit dem Sendesignal zu versorgen und gleichzeitig das Empfangssignal der Antenne aufzunehmen und an eine Verarbeitungseinheit wei¬ terzuleiten . Aus WO2006/029926A1 ist ein monostatischer planarer Mehrstrahlradarsensor für Kraftfahrzeuge bekannt, der eine Grup¬ penantenne aufweist, die über eine planare Linse mit mehreren Transfermischern verbunden ist. Die Transfermischer werden über eine Hochfrequenzquelle mit dem Sendesignal versorgt. Zudem sind die Transfermischer mit der Auswerteeinheit verbunden .
Aus DE 102007059260A1 ist ein balancierter Transfermischer mit einem Koppelelement bekannt, das auf einer Seite einen HF-Quellenport und einen Antennenport und auf der anderen Seite zwei Diodenports aufweist, wobei zwei Mischerdioden vorgesehen sind, die jeweils zwischen einem der Diodenports und eine HF-Masse geschaltet sind. Zudem sind Anpassungsnetz¬ werke vorgesehen, mit denen das Verhältnis zwischen der von den Mischerdioden umgesetzten Leistung zu der reflektierten und über den Antennenport durch eine Antenne abgestrahlten Leistung mittels einer kontrollierten Anpassung der Mischerdioden einstellbar ist.
Weiterhin ist aus DE196108501C1 ein monostatisches homodynes Radarsystem mit einem Transfermischer bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfach aufgebautes Radarsystem bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Radarsystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen des Radarsystems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil des Radarsystems besteht in dem einfachen Aufbau, der dadurch erreicht wird, dass ein gemeinsamer Spannungsos¬ zillator für mehrer Transmissionsmischer vorgesehen ist, und dass zwischen den Transmissionsmischern und dem Spannungsoszillator jeweils eine Verbindungseinheit mit einem Schalter vorgesehen ist, die die Verbindung zwischen dem Spannungsos- zillator und den jeweiligen Transmissionsmischern herstellen oder unterbrechen kann. Auf diese Weise können einfach und schnell die Antennen ausgewählt und die Sendeleistung für je¬ de Antenne einzeln ein- bzw. ausgeschaltet werden. Durch die Auswahl der Antennen kann die Strahlform des Radarsystems zur besseren Abtastung eines Objektes angepasst und verändert werden. Durch die Verwendung von schaltbaren Verbindungseinheiten ist ein einfacher Hardwareaufbau möglich. Zudem kann die Sendeleistung damit schnell ein bzw. ausgeschaltet wer¬ den, ohne die Transmissionsmischer in der Leistung zu verändern. Somit werden keine Einschwingzeiten für die Transmissionsmischer benötigt.
In einer weiteren Aus führungs form weist eine Verbindungseinheit eine Verstärkerschaltung und einen Schalter auf, wobei der Schalter zwischen dem Spannungsoszillator und der Verstärkerschaltung oder zwischen der Verstärkerschaltung und dem Transmissionsmischer angeordnet ist.
Der Schalter kann beispielsweise als elektronischer Schalter in Form eines Feldeffekttransistors oder als Hochfrequenzre¬ lais ausgebildet sein.
In einer weiteren Aus führungs form der Verbindungseinheit ist der Schalter zwischen der Spannungsversorgung des Verstärkers und dem Verstärker angeordnet. Auf diese Weise kann die Ver¬ stärkerschaltung auf einfache Weise ein- und ausgeschaltet werden, wodurch auch das Frequenzsignal zum Transmissionsmischer ein- bzw. ausgeschaltet wird.
In einer weiteren Aus führungs form ist der Schalter in Form einer Schnittstelle, insbesondere einer Kommunikations¬ schnittstelle ausgebildet, mit der die Verbindungseinheit in einen leitenden oder nicht leitenden Zustand geschaltet werden kann.
In einer weiteren Aus führungs form weist die Verbindungseinheit einen Vorverstärker und einen Hauptverstärker auf. Der Hauptverstärker ist über einen Schalter mit einer Versorgungsspannung verbindbar. Durch den Schalter kann der Hauptverstärker ein- oder ausgeschaltet werden. Da der Vorverstärker einen geringen Stromverbrauch aufweist, kann der Vorverstärker eingeschaltet bleiben. Zudem bleibt der Vorverstärker für eine optimale Anpassung eingeschaltet. Auf diese Weise wird eine Einfügedämpfung reduziert und es wird im Vergleich zu herkömmlichen HF-Schaltern eine bessere Empfindlichkeit des Radarsystems erreicht.
Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung können die Sende/- Empfangseinheiten für eine aktive Strahlformung individuell ein- oder ausgeschalten werden. Dies kann beispielsweise Paar- oder Gruppenweise erfolgen. Dadurch können mit derselben Hardware diverse Messbereiche von Interesse, in etwa Nah¬ oder Fernbereich mit einer entsprechenden Antennenrichtcharakteristik, z.B. ein Schmal- oder Breitantennenstrahl ausgeleuchtet und fokussiert werden. Mit dieser adaptiven Strahlformung können gezielt störende Antennennebenkeulen unterdrückt bzw. ausgeblendet werden. Das geschriebene Radarsystem eignet sich für die Anwendung aller bekannten Radarmodulationsprinzipien, wie z.B. FMCW, Pulsdoppler-Verfahren, Pseudo- Zufallsrauschen oder Phasenkodierung. Bei der Verwendung von FMCW-Rampen können die Kanäle ebenfalls während einer durchlaufenden Rampe geschalten werden, wodurch ein frequenzabhängiges Kanalmultiplexverfahren ermöglicht wird.
Durch die beschriebene Anordnung werden elektrische Verluste, die bei herkömmlichen Hochfrequenzschaltern auftreten, vermieden. Aufgrund des einfachen Aufbaus kann das Radarsystem kostengünstig und platzsparend realisiert werden. Das Radar¬ system ist für die Realisierung als kostengünstige planare Schaltung z.B. in Mikrostreifenleitertechnik oder Koplanar- technik geeignet. Zudem ist auch die Herstellung als MMIC mit integrierten Antennen vorteilhaft. Eine Anwendung des Radarsystems ist beispielsweise in der Automobil-, Industrie- und Medizintechnik vorteilhaft. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematischen Aufbau eines Radarsystems,
Figuren 2 bis 7 verschiedene Aus führungs formen einer Verbindungseinheit,
Figur 8 ein erstes Beispiel für Schaltmöglichkeiten zur Bestimmung der Transmission für zwei Sende- /Empfangseinheiten,
Figur 9 ein zweites Beispiel für Schaltmöglichkeiten zur
Bestimmung der Transmission für vier Sende- /Empfangseinheiten des Radarsystems.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung das Radarsystem 1, das vorzugsweise ein linear frequenzmoduliertes Signal ( FMCW-frequency modulated continuous wave) verwendet, das von einer Signalquelle bereitgestellt wird. Als Signal¬ quelle ist ein spannungsgesteuerter Oszillator 2 vorgesehen. Der Oszillator 2 wird von einem Modulator 3 in der Spannung und damit in der Frequenz moduliert. Dazu ist ein Eingang des Oszillators 2 mit einem Ausgang des Modulators 3 verbunden. Der Ausgang des Oszillators 2 ist parallel mit einer Anzahl n von Verbindungseinheiten 4, 41 verbunden. Die Verbindungseinheiten 4, 41 sind als schaltbare Verbindungseinheiten ausgeführt und jeweils mit einem Eingang 10 eines Transmissionsmischers 5, 51 verbunden. Die Transmissionsmischer 5, 51 sind mit einem Sende-/Empfangsanschluss jeweils einer Antenne 6, 61 verbunden. Ein Ausgangsanschluss jedes Transmissionsmischers 5, 51 ist vorzugsweise über ein Filter 7, 71 mit einem Eingang einer Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Anzahl n von Verbindungseinheiten, Transmissionsmischern und Sende/- Empfangsantennen kann zwei oder größer als zwei sein.
Das vom Oszillator 2 ausgegebene Spannungssignal Sn' (t) wird über die jeweilige Verbindungseinheit 4, 41 an den jeweiligen Transmissionsmischer 5, 51 weitergeleitet. Es sind mindestens zwei Verbindungseinheiten 4, 41 vorgesehen, wobei die Anzahl n nicht auf zwei begrenzt ist, sondern auch mehr Verbindungs¬ einheiten 4 vorgesehen sein können.
Jeder Transmissionsmischer 5, 51 leitet das über die jeweili- ge Verbindungseinheit 4, 41 zugeführte Sendesignal Sn' (t) an eine Antenne 6, 61 weiter. Die Antennen 6, 61 strahlen die vom Transmissionsmischer 5, 51 empfangenen Sendesignale ab. Zudem empfängt jede Antenne 6, 61 ein von einem Objekt re¬ flektiertes Empfangssignal en(t) und leitet dieses an den Sende-/Empfangsanschluss des jeweiligen angeschlossenen
Transmissionsmischer 5, 51 weiter. Die Transmissionsmischer 5, 51 mischen das Empfangssignal en(t) mit dem von der Ver¬ bindungseinheit 4, 41 empfangenen Signal und geben das ge¬ mischte Signal mn(t) über ein Filter 7, 71 an die Auswerte- einheit 8 weiter. Ein Transmissionsmischer ist in der Weise aufgebaut, dass ein an einem Eingang eingespeistes Signal Sn' (t)auf den Eingangs-/Ausgangsanschluss des Transmissions¬ mischers überkoppelt und für die Abstrahlung über die zuge¬ ordnete Antenne 6, 61 verwendet wird. Zudem wird das vom Sen- de-/Empfangsanschluss empfangene Empfangssignal mn(t) mit dem vom Eingang eingespeisten Sendesignal Sn(t) gemischt und das gemischte Signal wird an einem Ausgangsanschluss als Messsig¬ nal mn (t) abgegriffen und über ein Filter 7, 71 an die Auswerteeinheit 8 weitergeleitet. Das gemischte Signal enthält die Frequenz des Sendesignals Sn' (t) und die Summe der Fre¬ quenz des Sendesignals Sn> (t) und des Empfangssignals en(t) und die Differenz der Frequenz des Sendesignals Sn> (t) und des Empfangssignals en(t) . Aus der Differenzfrequenz des Sendesignals Sn(t) , das von der Antenne 6 abgestrahlt wird, und der Frequenz des Emp¬ fangssignals, das von der Antenne empfangen wird, kann in der Auswerteeinheit 8 der Abstand und die Geschwindigkeit des Ob¬ jektes abgeleitet werden. Zudem kann eine Winkelbestimmung des Objektes in Bezug auf die Antenne ebenfalls in der Aus¬ werteeinheit erfolgen. Vorzugsweise können alle Antennen pa¬ rallel für den Empfang von Empfangssignalen eingesetzt wer- den, wobei zum Senden die Antennen gleichzeitig oder sequen- ziell verwendet werden.
Figur 2 zeigt eine erste Aus führungs form der Verbindungsein- heit in Form eines steuerbaren Schalters 9. Der Schalter 9 weist einen Eingang 10 auf, an den ein Steuersignal einer nicht dargestellten Steuereinheit angelegt werden kann. Ab¬ hängig von dem Steuersignal wird der Schalter 9 sperrend oder leitend geschaltet. Der Schalter kann z. B. als schaltbares Hochfrequenzrelais oder als elektronischer Schalter ausgebil¬ det sein.
In einer weiteren Ausführungsform, die in Figur 3 dargestellt ist, ist eine Verbindungseinheit in Form einer Verstärker- Schaltung 11 und eines Schalters 9 ausgebildet, die in Serie zwischen dem Oszillator 2 und dem Transmissionsmischer 5 angeordnet sind. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist der Schalter 9 zwischen dem Oszillator 2 und dem Verstärker 11 angeordnet.
Figur 4 zeigt eine weitere Aus führungs form der Verbindungs¬ einheit, die in Form eines Verstärkers 11 und des Schalters 9 ausgebildet ist, wobei der Schalter 9 zwischen dem Verstärker 11 und dem Transmissionsmischer 5 angeordnet ist.
Figur 5 zeigt eine weitere Aus führungs form einer Verbindungs¬ einheit 4, die in Form eines Verstärkers 11 und eines Schal¬ ters 9 ausgebildet ist. In dieser Aus führungs form ist nur der Verstärker 11 zwischen dem Oszillator 2 und dem Transmissi- onsmischer 5 angeordnet. Der Verstärker 11 wird von einer
Spannungsquelle 12 mit Strom versorgt. Zwischen dem Verstär¬ ker 11 und der Spannungsquelle 12 ist der Schalter 9 angeord¬ net. Somit kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Schalters 9 die Spannungsversorgung des Verstärkers 11 abge- schaltet werden.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Verstärker 11 in Form eines Vorverstärkers 13 und eines nach ge- schalteten Hauptverstärkers 14 ausgebildet ist. Der Schalter 9 ist in dieser Aus führungs form zwischen der Spannungsquelle 12 und dem Hauptverstärker 14 angeordnet. Somit kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Schalters 9 die Spannungs¬ versorgung des Hauptverstärkers 14 abgeschaltet werden und damit die Verbindung zwischen dem Oszillator 2 und dem Transmissionsmischer 5 unterbrochen werden. Abhängig von der gewählten Aus führungs form könnte auch die Spannungsversorgung des Vorverstärkers 13 abgeschaltet werden, wobei jedoch die Abschaltung des Hauptverstärkers günstiger ist, da der Haupt¬ verstärker einen größeren Energieverbrauch aufweist.
Die Anordnung mit Vorverstärker und Hauptverstärkern weist eine geringere Einfügedämpfung auf und ergibt somit eine bes¬ sere Empfindlichkeit des Radarsystems im Vergleich zu her¬ kömmlichen HF-Schaltern. Der verwendete Verstärker weist mehrere Verstärkerstufen, insbesondere einen Vorverstärker und wenigstens einen Hauptverstärker auf. Der Vorverstärker bleibt für eine optimale Anpassung permanent eingeschalten. Die Stromaufnahme des Vorverstärkers ist auf Grund der gerin¬ gen Verstärkung vernachlässigbar. Mindestens einen Hauptverstärker kann über den zugeordneten Schalter ein- und ausgeschaltet werden.
Figur 7 zeigt eine weitere Aus führungs form der Verbindungs¬ einheit 4, die eine Schnittstelle 15 beispielsweise in Form einer Statusleitung oder in Form einer Kommunikationsschnittstelle aufweist. Die Schnittstelle 15 kann durch ein Steuer¬ signal 19 von einer Steuereinheit in ihrem Modus umgeschaltet werden, so dass die Verbindungseinheit 4 so beeinflusst wird, dass die Verbindungseinheit von einem leitenden in einen nicht leitenden Zustand geschalten wird.
Durch die beschriebene Anordnung können die Antennen, d.h. die einzelnen Kanäle, d.h. Sende-/Empfangseinheiten sowohl einzeln als auch parallel betrieben werden. Zudem kann die Anordnung für Kalibrierungszwecke verwendet werden, wobei beispielsweise die einzelnen Antennen sequenziell durchge- schaltet werden. Zudem können mit der beschriebenen Anordnung einzelne Sende-/Empfangseinheiten bzw. mehrere Sende- /Empfangseinheiten dazu oder weggeschaltet werden. Dadurch kann ein Phasenversatz der Kanäle untereinander bzw. bezüglich eines Referenzkanals und eine Transmission von einer Sende-/Empfangseinheit auf eine andere Sende-/Empfangseinheit ermittelt werden. Als Sende-/Empfangseinheit wird ein Trans¬ missionsmischer und die mit dem Transmissionsmischer verbundene Antenne verstanden.
Figur 8 zeigt Schaltmöglichkeiten zur Bestimmung der Transmission für zwei Sende-/Empfangseinheiten SEE1, SEE2. Dabei werden drei Messungen Ml, M2, M3 durchgeführt. Bei der ersten Messung Ml sendet nur die erste Sende-/Empfangseinheit (SEE1) und es wird das Empfangssignal der zwei Sende- und Empfangs¬ einheiten 15, 16 als erste Messung Ml erfasst. Bei einer zweiten Messung M2 werden beide Sende-/Empfangseinheit 15, 16 benutzt, um Signale abzustrahlen und um Signale zu empfangen. Zudem werden bei der zweiten Messung M2 die empfangenen Signale der zwei Sende-/Empfangseinheiten SEE1, SEE2 als zweite Messung M2 ermittelt. Anschließende werden bei der dritten Messung M3 nur die zweite Sende-/Empfangseinheit SEE2 zur Ab- strahlung eines Sendesignals verwendet. Zudem wird das Emp¬ fangssignal der zwei Sende-/Empfangseinheiten SEE1, SEE2 als dritte Messung M3 erfasst. Eine Transmission S12 zwischen der ersten und der zweiten Sende-/Empfangseinheit SEE1, SEE2 kann durch folgende Formel berechnet werden: S12=M2-M1. Zudem kann eine Transmission S21 von der zweiten Sende-/Empfangseinheit SEE2 zur ersten Sende-/Empfangseinheit SEE2 durch folgende Formel berechnet werden: S21=M2-M3.
Das Messverfahren ist in der Tabelle auch festgelegt, wobei mit Ml bis M3 die Messungen benannt sind, mit SEE1, 2 sind die Sende-/Empfangseinheiten gekennzeichnet. Eine 0 in der Zeile gibt an, dass die entsprechende Sende-/Empfangseinheit nicht sendet. Eine 1 in der Zeile gibt an, dass die entspre¬ chende Sende-/Empfangseinheit sendet. Figur 9 zeigt Schaltungsmöglichkeiten zur Bestimmung der Transmission für vier Sende-/Empfangseinheiten SEE1, SEE2, SEE3, SEE4. Zur Ermittlung der Transmission zwischen den einzelnen Sende-/Empfangseinheiten werden entsprechende Messungen durchgeführt, wie in der Tabelle rechts aufgelistet ist.
Die Tabelle gibt in der ersten Zeile die Sende-/Empfangs¬ einheiten SEE4, 3, 2, 1 an. In den folgenden Spalten sind die Messungen Ml, M2,...M10 angegeben. Durch eine 0 oder eine 1 in der Zeile einer Messung in der Spalte einer Sende-/Empfangs- einheit ist angegeben, ob die entsprechende Sende-/Empfangs- einheit sendet (1) oder nicht (0) . Beim Empfang werden immer alle Sende-/Empfangseinheiten ausgewertet. Die erste Messung Ml legt beispielsweise fest, dass nur die erste Sende- /Empfangseinheit SEE1 sendet.
In dem Feld Transmission sind die Formeln für die Berechnung der Transmission abgelegt. Dabei wird mit Snm die Transmissi¬ on von der n-ten zur m-ten Sende-/Empfangseinheit beschrie¬ ben. Beispielsweise wird die Transmission von der ersten zur zweiten Sende-/Empfangseinheit durch die Differenz zwischen der zweiten Messung M2 mit der ersten Messung Ml berechnet.
Durch die Anordnung der schaltbaren Verbindungselemente können die Sende-/Empfangseinheit einzeln, paar- oder gruppenweise ein- bzw. abgeschaltet werden, so dass eine aktive Strahlformung des Sendesignals ermöglicht wird. Hiermit kön¬ nen mit einer Hardware verschiedene Messbereiche von Interes¬ se, wie etwa Nah- oder Fernbereich mit einer entsprechenden Antennelichtcharakteristik, z.B. ein Schmal- oder Breitantennenstrahl ausgeleuchtet und fokussiert werden. Mit dieser adaptiven Strahlformung können auch gezielt störende Anten- nennebenkeulen unterdrückt bzw. ausgeblendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Radarsystem (1) mit einer Signalquelle (2, 3) mit min¬ destens zwei Transmissionsmischern (5, 51), wobei die Signal- quelle über eine erste Verbindungseinheit (4) mit einem ers¬ ten Transmissionsmischer (5) und über eine zweite Verbindungseinheit (41) mit einem zweiten Transmissionsmischer (51) verbunden ist, wobei der erste Transmissionsmischer (5) über einen ersten Sende-/Empfangsanschluss mit einer ersten Anten- ne (6) und über einen ersten Auswerteanschluss mit einer Aus¬ werteeinheit (8) verbunden ist, wobei der zweite Transmissi¬ onsmischer (51) über einen zweiten Sende-/Empfangsanschluss mit einer zweiten Antenne (61) und über einen zweiten Auswerteanschluss mit der Auswerteeinheit (8) verbunden ist, wobei jede Verbindungseinheit (4, 41) einen steuerbaren Schalter (9) aufweist, mit dem die Verbindung zwischen der Frequenzquelle (2, 3) und dem jeweiligen Transmissionsmischer (5, 51) unterbrochen werden kann. 2. Radarsystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Verbindungseinheit eine Verstärkungsschaltung (11) für die Sig¬ nalquelle (1,
2) aufweist, und wobei der Schalter (9) der Verbindungseinheit zwischen der Signalquelle (2, 3) und der Verstärkungsschaltung (11) oder zwischen der Verstärkungs- Schaltung (11) und dem Transmissionsmischer (5, 51) angeordnet ist.
3. Radarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) zwischen einer Spannungsversorgung (12) der Verstärkerschaltung (11) und der Verstärkerschaltung (11) angeordnet ist.
4. Radarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) eine Schnittstelle (15), insbesondere einer Kommunikationsschnittstelle aufweist, die den Schalter (9) in einen leitenden oder nicht leitenden Zustand schalten kann .
5. Radarsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschaltung einen Vorverstärker (13) und einen nach geschalteten Hauptverstärker (14) aufweist, wobei der Schalter (9) zwischen einer Spannungsver- sorgung (12) des Hauptverstärkers (14) und dem Hauptverstärker (14) angeordnet ist.
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