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DE69222731T2 - Kompakter, flexibler und integrierter Millimeterwellenradarsensor - Google Patents

Kompakter, flexibler und integrierter Millimeterwellenradarsensor

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DE69222731T2
DE69222731T2 DE69222731T DE69222731T DE69222731T2 DE 69222731 T2 DE69222731 T2 DE 69222731T2 DE 69222731 T DE69222731 T DE 69222731T DE 69222731 T DE69222731 T DE 69222731T DE 69222731 T2 DE69222731 T2 DE 69222731T2
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Germany
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amplifier
signal
radar system
transceiver
digital
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DE69222731T
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Catherine Leung Im
Martin M Lacon
Gregory Allen Shreve
Hsi-Shen Edward Tsou
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Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
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TRW Inc
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Technischer Bereich
  • Diese Erfindung betrifft Radarsensoren und besonders einen kompakten, flexiblen und integrierten Millimeterwellenradarsensor.
    • 2. Diskussion
  • Radarsensoren werden allgemein zum Erfassen von Objekten innerhalb eines gewünschten Feldes eingesetzt. Es wurden typische Abtastungssysteme entwickelt, welche die Prinzipien von Radar, Laser, Infrarot (IR) oder Ultraschall einsetzen. Jedes dieser Systeme hat jedoch seine Nachteile. Aktuelle Radarsensoren arbeiten bei Frequenzen, die zu niedrig sind, um die fortschrittliche monolithische integrierte Millimeterwellenschaltung (MMIC) und kompakte Patchantennentechnologie zu verbinden. Diese Abtastungseinheiten sind im allgemeinen unhandlich und schwierig in ein Hostsystem zu integrieren. Aktuelle Radar-Abtastungseinheiten erfordern zusätzlich eine große Anzahl von Bauelementen, was die Einheiten kostspielig macht. Als Ergebnis sind diese Systeme in ihrer Modularität und Flexibilität, und deshalb in ihren Anwendungen beschränkt. Typische Lasersensoren leiden im allgemeinen unter hohen Kosten, zusätzlich zu möglichen Gesundheitsrisiken. Sie werden außerdem durch Umweltbedingungen wie beispielsweise Nebel und Rauch beschränkt. Infrarot- und Ultraschallsensoren weisen Beschränkungen auf, die, zusätzlich zu Rauschen, sowohl die Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen als auch Einwirkungen anderer ähnlicher Quellen beinhalten.
  • Es besteht ein Bedarf nach einem effektiven, kompakten, flexiblen und integrierten Radarsensor, der leicht in viele Systeme für verschiedene Anwendungen integriert werden kann. Es besteht insbesondere ein Bedarf nach einem kompakten, kostengünstigen, flexiblen Radarsensor für Kraftfahrzeug-, Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen und ähnliche. Derartige Anwendungen können das Integrieren eines derartigen Radarsensors in ein Kraftfahrzeug beinhalten, um zum Zweck der Vermeidung von Zusammenstößen einen Detektor für den toten Winkel bereitzustellen. Für fortschrittliche Fahrzeugkonstruktionen, wie beispielsweise Allradantriebsfunktionen betreffende, besteht ein Bedarf nach einem intelligenten Sensor, um zum Zweck der Geschwindigkeitsregelung, für genaue Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, und Vierradlenkung die wahre Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund zu bestimmen. Zusätzlich besteht ein Bedarf nach einem intelligenten Sensor, um die Fahrzeughöhe zu bestimmen, und um für fortschrittliche anpassungsfähige Aufhängungssysteme die bevorstehende Fahrbahnoberfläche abzubilden. Für militärische Anwendungen besteht außerdem ein Bedarf nach einem kompakten, modularen, kostengunstigen Sensor zur Kollisionsvermeidung von Panzerfahrzeugen, schwerer Roboterausrüstung und allen Arten von Transportmitteln während nächtlicher Operationen und unter ungünstigen Bedingungen wie beispielsweise Nebel und Rauch auf dem Gefechtsfeld.
  • Sensorsysteme für derartige Anwendungen wurden entwikkelt und bereitgestellt. Typische Systeme setzten im allgemeinen Radar-, Laser-, Infrarot- und Ultraschallsensoren ein. Diese Systeme sind jedoch wegen hoher Kosten, schlechter Leistungsfähigkeit, übermäßiger Größe und beschränkter Flexibilität nicht weit verbreitet.
  • Es ist deshalb wünschenswert, einen effektiven, kostengünstigen, kompakten und sicher zu betreibenden Radarsensor zu erhalten. Es ist ferner wünschenswert, einen derartigen Radarsensor zu erhalten, der leicht in verschiedene Systeme integriert werden kann. Ein derartiges System kann ein Kraftfahrzeug beinhalten, um einen Detektor für den toten Winkel, eine Meßvorrichtung für die wahre Geschwindigkeit über Grund, eine Meßvorrichtung für die Fahrzeughöhe und verschiedene andere Anwendungen bereitzustellen.
  • EP-A-0350095 beschreibt ein Radarsystem unter Verwendung von FM mit automatischer Verstärkungsregelung, bei dem sowohl Überlagerungsfrequenzverschiebung als auch Amplitudenverschiebung in den Rücksignalen erfaßt werden. Das Problem der Bereitstellung eines besonders kompakten Systems wird nicht ausführlich diskutiert.
  • US-A-4931799 beschreibt eine FET-basierte monolithische integrierte Schaltung für ein Radarsystem, die einen Mikrostreifen-Transceiver beinhaltet. Die Schaltung ist für die Lösung bestimmter, mit der Verwendung von FETs in Radaranwendungen zusammenhängender Probleme entworfen.
  • Die Technologie monolithischer integrierter Millimeterwellenschaltungen (MMIC) wurde bei einem "IEEE-Symposium on Microwave and Millimeter-wave Monolithic Circuits" im Juni 1991 allgemein behandelt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein kompaktes, hoch integriertes Radarsystem zum Erfassen von Objekten innerhalb eines gewünschten Feldes bereit, wobei das System umfaßt:
  • eine Transceivereinrichtung, die einen Sender zum Senden eines frequenzmodulierten (FM) Trägersignals und einen Empfänger zum Empfangen reflektierter Signale von einem Ziel beinhaltet, und
  • eine an die Transceivereinrichtung gekoppelte Antenneneinrichtung zum Senden des FM-Trägersignals und zum Empfangen der reflektierten Signale innerhalb eines gewünschten Feldes; wobei das Radarsystem dadurch gekennzeichnet ist, daß:
  • der Sender und der Empfänger einen Teil eines monolithischen integrierten Millimeterwellenschaltungs-(MMIC-) Transceivers bilden;
  • die MMIC-Transceivereinrichtung eine Schaltung aufweist, die Schwingungs-, Verstärkungs und Signalmischeinrichtungen beinhaltet, und auf einen einzelnen monolithischen Chip integriert ist;
  • eine Regelkreiseinrichtung zum Steuern des Dynamikbereichs des Radarsystems; und
  • eine Prozessoreinrichtung, die einen an die Transceivereinrichtung gekoppelten digitalen Signalprozessor beinhaltet, wobei der digitale Signalprozessor ferner eine digitale Filterungseinrichtung zum Unterscheiden gültiger Signale von Fehlsignalen, und eine Schwelleneinrichtung zum Analysieren empfangener Signale, um so die Anwesenheit von Objekten innerhalb des Feldes zu erfassen, enthält.
  • Die verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten durch Lesen der folgenden Beschreibung und durch Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Figur 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das einen kompakten Millimeterwellenradarsensor gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Figur 2a ist ein Blockschaltbild, das einen monolithischen integrierten Millimeterwellenschaltungs-(MMIC-)Transceiver darstellt;
  • Figur 2b ist ein Blockschaltbild, das eine alternative Ausführungsform eines monolithischen integrierten Millimeterwellenschaltungs-(MMIC-)Transceivers darstellt;
  • Figur 3 ist eine Schemazeichnung, die ein Konstruktionsbeispiel für eine Millimeterwellenband-Mikrostreifen- Patchantenne darstellt;
  • Figur 4 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptfunktionen eines digitalen Signalprozessors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • Figur 5(a-d) sind Ansichten des Aufbaus eines Beispiels für ein kompaktes Radarsensormodul.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In Figur 1 ist ein schematisches Blockschaltbild gezeigt, das einen kompakten Millimeterwellen-(MMW-)Radarsensor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Radarsensor 10 verwendet einen monolithische integrierten Millimeterwellenschaltungs-(MMIC-)Transceiver 12. Der Transceiver 12 stellt MMW-Sende- und Empfangsfunktionen bereit, die unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Standard-Fotolithografietechniken auf einem einzelnen monolithischen Chip 13 integriert sind. Der Transceiver 12 enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 20, der mit einem Verstärker 22 verbunden ist. Der Verstärker 22 ist ferner mit einem Koppler 25 verbunden, der mit Anschluß A eines Duplexers 24 verbunden ist. Ein Vorverstärker 28 ist zum Verstärken eines durch eine Antenne 14 empfangenen reflektierten Signals mit Anschluß B des Duplexers 24 verbunden. Es wird ein abgeglichener Mischer 26 bereitgestellt, von dem ein Eingang mit dem Ausgang des Vorverstärkers 28 verbunden ist. Der abgeglichene Mischer 26 ist ferner geeignet, ein Lecksignal aufzunehmen, welches das Ergebnis der Ausgabe des durch den spannungsgesteuerten Oszillator 20 und den Sendeverstärker 22 erzeugten, gesendeten Signals durch den Koppler 25 ist. Der abgeglichene Mischer 26 ist dazu geeignet, die Differenz zwischen dem Sendesignal und dem reflektierten Signal zu liefern. Die Ausgabe des abgeglichenen Mischers 26 ist eine Zwischenfrequenz (IF), bekannt als die Überlagerungsfrequenz, welche die Entfernungsinformation beinhaltet. In einer alternativen Ausführungsform können der Duplexer 24 und der Koppler 25 entfernt und durch einen einfachen Koppler ersetzt werden, um weitere Kosteneinsparungen und Verkleinerung zu erlauben.
  • Eine Mikrostreifen-Patchantenne 14 ist mit Anschluß C des Duplexers 24 verbunden. Die Antenne 14 ist geeignet, ein hochfrequenzmoduliertes Trägersignal überall in ein gewünschtes zu überwachendes Feld zu senden. Dieses gesendete Signal kann eine Frequenz von etwa 35 bis 94 GHz haben. Auch ein Signal mit höherer Frequenz kann eingesetzt werden. Die Antenne 14 ist ferner geeignet, ein reflektiertes Signal zu empfangen, welches das Ergebnis davon ist, daß das gesendete Signal von innerhalb des Feldes befindlichen Objekten reflektiert wird.
  • Ein ZF-Vorverstärker 30 ist mit dem Ausgang des abgeglichenen Mischers 26 verbunden, um das ZF-Ausgangssignal von diesem zu verstärken. Mit dem Ausgang des ZF-Vorverstärkers 30 ist ein Verstärker 32 mit automatischer Verstärkungsregelung verbunden, der einen großen Dynamikbereich bereitstellt. Ein Analog-Digital-Wandler 34 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 32 mit automatischer Verstärkungsregelung verbunden, um von diesem ein Signal zu empfangen. Der Analog-Digital-Wandler 34 ist ferner geeignet, ein Taktsignal von einem Takt 37 eines digitalen Signalprozessors 16 zu empfangen und eine digitale Ausgabe an den digitalen Signalprozessor 16 zu liefern. Der Analog-Digital-Wandler 34 ist ein gebräuchlicher Standard-8-Bit-Wandler und ist in der Lage, ZF-Signale zu handhaben und einen Dynamikbereich von etwa 48 dB zu liefern. Ein Digital-Analog-Wandler 36 ist ferner mit dem digitalen Signalprozessor 16 verbunden, um von diesem ein Eingangssignal zu empfangen. Der Digital- Analog-Wandler 36 ist geeignet, dem Verstärker 32 mit automatischer Verstärkungsregelung, der einen Dynamikbereich von etwa 50 dE liefert, ein Verstärkungsregelungssignal zu liefern. Der Verstärker 32 mit automatischer Verstärkungsregelung bildet zusammen mit dem Analog-Digital-Wandler 34, dem digitalen Signalprozessor 16 und dem Digital-Analog-Wandler 36 einen Regelkreis 35 für die Einstellung des Dynamikbereichs. Der Regelkreis liefert den Dynamikbereich, der zur Verarbeitung der Veränderungen von Zielreflexionen und des gewünschten Entfernungsbereichs erforderlich ist.
  • Ein FM-Modulator ist mit dem digitalen Signalprozessor 16 verbunden, um von diesem ein Rechtecksignal zu empfangen. Der FM-Modulator 40 ist so eingerichtet, daß er ein Dreiecks-Modulationswellensignal mit derselben Periodizität wie das Rechtecksignal liefert. Der Ausgang des FM-Modulators 40 ist mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 20 des Transceivers 12 verbunden, um das frequenzmodulierte Signal an diesen zu liefern.
  • Der digitale Signalprozessor ist ferner mit einer Außenschnittstelle 42 verbunden. Die Außenschnittstelle 42 stellt die Verbindung zu einer Ausgabeanzeige 44 und Eingangsanschlüssen 46 her. Der digitale Signalprozessor wird von AT&T hergestellt und besitzt die Modellbezeichnung DSP16. Andere geeignete digitale Signalprozessoren wie beispielsweise Motorola 56001 und Texas Instruments TMS320C15 können ebenfalls verwendet werden. Der digitale Signalprozessor führt die gesamte nötige Verarbeitung und die darin eingebetteten Intelligenzfunktionen durch. Der Prozessor 16 enthält Verarbeitungsfähigkeiten zur Bereitstellung von digitaler Filterung, Integrationen und verschiedenen weiteren Verarbeitungsfunktionen. Im wesentlichen ist der digitale Signalprozessor 16 darauf angepaßt, Steuersignale zu liefern und jegliches reflektierte Signal von Objekten innerhalb des überwachten Feldes zu erfassen und Ausgabeantworten daraus zu liefern. Aus der Frequenzverschiebung und anderer Information liefert der digitale Signalprozessor 16 die Entfernungsinformation.
  • Ein kompakter Spannungsregler 47 liefert die +5 V Gleichstromversorgung aus einer 12 V Gleichstromversorgung. Ein weiterer kompakter Spannungsregler 48 liefert die +10 V Gleichstromversorgung aus der 12 V Gleichstromversorgung. In einer unterschiedlichen Ausführungsform können unterschiedliche Spannungsregler verwendet werden, um die +5 V und +10V Gleichspannung aus anderen Spannungsquellen zu liefern.
  • Figur 2a ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform des monolithischen integrierten Millimeterwellenschaltungs-(MMIC-)Transceivers 12 darstellt. Der Transceiver 12 enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 20, der dazu eingerichtet ist, das FM-Modulationssignal vom FM- Modulator 40 zu empfangen und daraus ein frequenzmoduliertes Trägersignal zu liefern. Der spannungsgesteuerte Oszillator 20 enthält einen einzelnen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) und einen zugehörigen Tankkreis zur Bereitstellung des Trägersignals. Der spannungsgesteuerte Oszillator 20 wird durch Anlegen einer Spannung an einen in einer Oszillator-Tankschaltung befindlichen Varaktor moduliert. Mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators ist ein zweistufiger Verstärker 22 mit einer ersten Verstärkerstufe 21 und einer zweiten Verstärkerstufe 23 verbunden. Der Verstärker 22 verstärkt das Signal, das dann über den Duplexer 24 und den Koppler 25 zur Antenne 14 übertragen wird. Der Ausgang des Verstärkers 22 ist mit Anschluß D des Kopplers 25 verbunden. Der Anschluß E des Kopplers 25 ist mit dem Anschluß A des Duplexers 24 verbunden. Die Sendeausgabe zur Antenne 14 erfolgt durch Anschluß C des Duplexers 24. Die Kombination aus dem spannungsgesteuerten Oszillator und dem Verstärker 22 bildet einen Sender.
  • Der Transceiver 12 enthält ferner einen zweistufigen Vorverstärker 28 mit einer ersten Stufe 29 und einer zweiten Stufe 27. Der Vorverstärker 28 ist so eingerichtet, daß er die von der Antenne 14 gesammelten reflektierten Signale empfängt und verstärkt. Der abgeglichene Mischer 26 ist mit dem Ausgang des Vorverstärkers 28 verbunden. Der abgeglichene Mischer 26 und der Vorverstärker 28 bilden zusammen den Empfänger 52. Der Duplexer 24 und der Koppler 25 bilden ein Netzwerk zum Isolieren des Senders 50 vom Empfänger 52. Der Koppler stellt dem Mischer 26 des Empfängers 52 den Referenz-Sendesignalpfad und dem Duplexer 24 und der Antenne 14 den Sendepfad bereit. Der abgeglichene Mischer 26 liefert die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem reflektierten Signal, um eine als die Überlagerungsfrequenz bekannte Zwischenfrequenz (IF) zu erhalten. Die sich ergebende Überlagerungsfrequenz enthält den Frequenzunterschied zwischen den beiden Signalen.
  • In einer alternativen Ausführungsform des MMIC-Transceivers 12, wie in Figur 2b gezeigt, werden der Duplexer 24 und der Koppler 25 der ursprünglichen Ausführung, wie in Figur 2a gezeigt, durch einen einfachen Koppler 31 ersetzt, um weitere Kostensenkungen und Verkleinerung des MMIC- Transceivers zu ermöglichen. Der spannungsgesteuerte Oszillator 20 und der zweistufige Sendeverstärker 21 und 23 sind, abgesehen vom Chiplayout, im wesentlichen dieselben wie im ursprünglichen Sender. Der zweistufige Verstärker 27 und 29 und der abgeglichene Mischer 26 sind, abgesehen vom Chiplayout und davon, daß der abgeglichene Mischer 26 ferner dazu eingerichtet ist, ein Leck-Sendesignal zu empfangen, das als das Referenzsignal verwendet wird, der ursprünglichen Ausführungsform ähnlich. Das Lecksignal ist das Ergebnis davon, daß das durch den spannungsgesteuerten Oszillator 20 erzeugte Signal über einen Leckpfad 39 vom Verstärker 23 zum Verstärker 29 über den neuen Koppler 31 übertragen wird. Diese alternative Ausführungsform des MMIC-Transceivers setzt dieses Lecksignal vorteilhaft ein, während sie eine Isolierung zwischen dem Sender 50 und dem Empfänger 52 bereitstellt.
  • Figur 3 zeigt ein Konstruktionsbeispiel für eine Millimeterwellenband-Mikrostreifen-Patchantenne 14. Eine Vielzahl von abstrahlenden/empfangenden Mikrostreifen-Patches 54 sind werden einer 4x4-Anordnung bereitgestellt. In alternativen Ausführungsformen kann auch eine 4x2- und eine 4x1-Anordnung verwendet werden. Die Mikrostreifen-Patches 54 sind durch Mikrostreifen-Speiseleitungen 56 verbunden. Die Antenne 14 ist geeignet, auf einer Leiterplatte geätzt zu werden und kann daran angepaßt werden, eine Vielzahl derartiger Mikrostreifen-Patches 54 in verschiedenen Formen von Anordnungen bereitzustellen. Die Konstruktion der Anordnung bestimmt im wesentlichen die Strahlform, die daran angepaßt sein kann, verschiedene Abdeckungsanforderungen für unterschiedliche Anwendungen bereitzustellen. Die sich ergebende Antenne 14 ist klein und eben und besitzt ein Patchmuster, das leicht verändert werden kann, um es an verschiedene Anwendungs- und Befestigungsanforderungen anzupassen. Für Kraftfahrzeuganwendungen ermöglicht die ebene Antenne den Einbau des Radarsensors in die Rücklichtanordnung, die Seitenspiegelanordnung oder die hintere Stoßstange des Fahrzeugs. Das spezielle gezeigte Beispiel für eine Antennenkonstruktion liefert eine Gesamtgröße, die kleiner als 1,5 Inch auf 1,5 Inch bzw. 3,8 cm auf 3,8 cm ist. Abhängig von der Art der Anwendung können jedoch verschiedene Formen und Größen verwendet werden.
  • Figur 4 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptfunktionen des digitalen Signalprozessors 16 darstellt. Die vom digitalen Signalprozessor 16 durchgeführten Signalverarbeitungsfunktionen beinhalten digitale Filterung und Integration zur Entfernung von Störechos, Reduzierung von Fehlalarmen und Erhöhung der Empfindlichkeit. Die eingebetteten Intelligenzfunktionen beinhalten Entscheidungslogik, Steuerung, Anzeige und Meldungssteuerung, sowie Selbsttest. Der digitale Signalprozessor 16 führt diese Funktionen in Firmware durch, um die geringstmöglichen wiederkehrenden Kosten zu erreichen. Die Firmware kann Software wie zum Beispiel in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) befindlichen Maschinencode beinhalten. Der digitale Signalprozessor 16 liest die digitalisierten Daten vom Analog-Digital-wandler 34 und berechnet die Verstärkungssteuerung, die auf den Verstärker 32 mit automatischer Verstärkungsregelung anzuwenden ist.
  • Im Betrieb liest die Firmware des digitalen Signalprozessors 16 eine vollständige Abtastung der Radardaten ein und erfaßt die Daten mit einer Abtastrate von etwa 2,5 Megahertz. Der digitale Signalprozessor 16 berechnet eine schnelle Fouriertransformation (FFT). Die Gesamtenergie wird aus der Berechnung der FFT abgeschätzt und dazu verwendet, das Verstärkungssteuersignal zu berechnen, das an den Verstärker 32 mit automatischer Verstärkungsregelung angelegt wird. Die transformierten Daten werden ferner in Bereiche von Reichweiten aufgeteilt, um gültige Rückgaben zu erfassen. Es werden einige Abtastungen transformiert und gesammelt, was zu einem Verarbeitungsgewinn von 6 dB im Signal- Rausch-Verhältnis des empfangenen Signals führt. Der digitale Signalprozessor 16 gewichtet dann das Spektrum, um die Wirkungen von Störechos zu verringern. Auf die Bereiche von Reichweiten wird eine Schwellen-Entscheidungsfunktion angewendet, um gültige Rückgaben zu ermitteln. Diese Rückgaben werden dann mit mehreren vergangenen Entscheidungen aus vorhergehenden Abtastungen verglichen. Durch Vergleichen mit vergangenen Rückgaben paßt der digitale Signalprozessor 16 die Entscheidungsschwellen und die Störecho-Gewichtungsfunktionen an Änderungen der Umgebung an, um die Differenzierung gültiger Rückgaben zu erhöhen und Störungen und Fehlrückgaben abzuweisen. Der digitale Signalprozessor 16 bestimmt außerdem die nächstliegende gültige Rückgabe. Eine periodisch aktualisierte Anzeige stellt schließlich die Entscheidung bereit.
  • Figur 5 zeigt die Gehäusekonstruktion eines speziellen Beispiels für einen Radarsensor dieser Erfindung. Es ist ein Radarsensormodul 60 mit einer Gehäuseuntereinheit 62, einem Radom/einer Abdeckung 64 und einer elektronischen Untereinheit mit einer Trageplatte (nicht gezeigt) und zwei Leiterplatteneinheiten 66 und 68 gezeigt. Eine der Leiterplatteneinheiten 68 ist auf die Oberseite der Trägerplatte laminiert und die Patchantenneneinheit sowie der MMIC-Transceiver zusammen mit der Vorverstärkerschaltung sind darauf geätzt. Diese Anordnung ist über ein flexibles Verbindungskabel mit der anderen mehrlagigen digitalen Leiterplatteneinheit 66 verbunden, die am rückseitigen Teil der Trägerplatte angebracht ist. Diese zweite Leiterplatteneinheit 66 weist auf beiden Seiten angebrachte Bauelemente auf, um die Modulgröße zu minimieren. Das Radom/die Abdeckung 64 ist über der Oberseite des Moduls 60 befestigt und liefert für das gesamte Modul 60 sowohl einen Schutz gegen Stöße als auch eine Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit. Die hierin beschriebene Erfindung ist nicht auf diese spezielle Modulkonstruktion beschränkt, da unterschiedliche Anwendungen Veränderungen davon erfordern können.

Claims (10)

1. Kompaktes, hoch integriertes Radarsystem zum Erfassen von Objekten innerhalb eines gewünschten Feldes, wobei das System umfaßt:
eine Transceivereinrichtung (12), die einen Sender zum Senden eines frequenzmodulierten (FM) Trägersignals und einen Empfänger zum Empfangen reflektierter Signale von einem Ziel beinhaltet, und
eine an die Transceivereinrichtung (12) gekoppelte Antenneneinrichtung (14) zum Senden des FM-Trägersignals und zum Empfangen der reflektierten Signale innerhalb eines gewünschten Feldes; wobei das Radarsystem dadurch gekennzeichnet ist, daß:
der Sender und der Empfänger einen Teil eines monolithischen integrierten Millimeterwellenschaltungs-(MMIC-) Transceivers bilden;
die MMIC-Transceivereinrichtung (12) eine Schaltung aufweist, die Schwingungs-, Verstärkungs- und Signalmischeinrichtungen beinhaltet, und auf einen einzelnen monolithischen Chip (13) integriert ist;
eine Regelkreiseinrichtung (35) zum Steuern des Dynamikbereichs des Radarsystems; und
eine Prozessoreinrichtung, die einen an die Transceivereinrichtung (12) gekoppelten digitalen Signalprozessor (16) beinhaltet, wobei der digitale Signalprozessor (16) ferner eine digitale Filtereinrichtung zum Unterscheiden gültiger Signale von Fehlsignalen, und eine Schwelleneinrichtung zum Analysieren empfangener Signale, um so die Anwesenheit von Objekten innerhalb des Feldes zu ermitteln, enthält
2. Radarsystem nach Anspruch 1, das ferner einen zwischen den digitalen Signalprozessor (16) und die Transceivereinrichtung (12) gekoppelten Frequenzmodulator (40) umfaßt, wobei der Frequenzmodulator (40) geeignet ist, dem Transceiver ein vorgewähltes Modulationssignal bereitzustellen.
3. Radarsystem nach Anspruch 1, das ferner eine Schaltungseinrichtung (30) zum Bereitstellen von Zwischenfrequenz-(ZF-)Signalen mit Zielinformation umfaßt.
4. Radarsystem nach Anspruch 1, bei dem die Regelkreiseinrichtung (35) umfaßt:
einen Verstärker (32) mit automatischer Verstärkungsregelung, der geeignet ist, ein analoges Verstärkungssteuersignal vom digitalen Signalprozessor (16) zu empfangen und eine Ausgabe daraus zu liefern;
einen Analog-Digital-Wandler (34), der geeignet ist, die Ausgabe des Verstärkers (32) mit automatischer Verstärkungsregelung zu digitalisieren und dem digitalen Signalprozessor (16) ein digitales Signal bereitzustellen; und
einen Digital-Analog-Wandler (36), der geeignet ist, ein digitales Verstärkungssteuersignal vom digitalen Signalprozessor (16) zu empfangen und das analoge Verstärkungssteuersignal bereitzustellen.
5. Radarsystem nach Anspruch 1, bei dem die Transceiverschaltung umfaßt:
einen spannungsgesteuerten Oszillator (20), der geeignet ist, ein Wellenform-Modulationssignal zu empfangen und das frequenzmodulierte Trägersignal zu erzeugen; und
einen an den spannungsgesteuerten Oszillator (20) gekoppelten ersten Verstärker (22) zum Verstärken des frequenzmodulierten Trägersignals, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (20) und der erste Verstärker (22) den Sender zum Liefern des verstärkten frequenzmodulierten Trägersignals an die Antenneneinrichtung (14) bilden.
6. Radarsystem nach Anspruch 5, bei dem die Transceiverschaltung ferner umfaßt:
einen zweiten Verstärker (28) zum Empfangen und Verstärken der von der Antenneneinrichtung (14) empfangenen reflektierten Signale; und
einen an den zweiten Verstärker (28) gekoppelten abgeglichenen Mischer (26) zum Empfangen eines Referenz-Sendesignals, das für das FM-Trägersignal repräsentativ ist, und zum Mischen des Referenz-Sendesignals mit den empfangenen reflektierten Signalen, um so den Unterschied zwischen diesen zu liefern, wobei der zweite Verstärker (28) und der abgeglichene Mischer (26) den Empfänger bilden.
7. Radarsystem nach Anspruch 6, bei dem der MMIC-Transceiver ferner umfaßt:
einen Koppler (25) zum Bereitstellen von Kopplung und Isolierung zwischen dem Sender und dem Empfänger und eines Sendepfads zur Antenneneinrichtung (14).
8. Radarsystem nach Anspruch 7, bei dem der MMIC-Transceiver ferner umfaßt:
einen zwischen den Sender und den Empfänger gekoppelten Duplexer (24), um zu ermöglichen, daß das gesendete Trägersignal vom Sender zur Antenneneinrichtung (14) übertragen wird, und um ferner zu erlauben, daß die reflektierten Signale von der Antenneneinrichtung (14) zum Empfänger übertragen werden, wobei der Duplexer (24) ferner geeignet ist, den Sender vom Empfänger zu isolieren, und worin das durch den abgeglichenen Mischer (26) empfangene Referenz-Sendesignal ein entlang einem Leckpfad vom Sender geliefertes Lecksignal ist.
9. Radarsystem nach Anspruch 6, bei dem der erste Verstärker (22) eine erste Verstärkerstufe (21) und eine zweite Verstärkerstufe (23) umfaßt, und der zweite Verstärker (28) eine erste Verstärkerstufe (29) und eine zweite Verstärkerstufe (27) umfaßt.
10. Radarsystem nach Anspruch 1, bei dem die digitale Filterungseinrichtung des digitalen Signalprozessors (16) die Berechnung einer schnellen Fouriertransformation (FFT) beinhaltet.
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