(57)【要約】  少なくとも２つの同期して作動する高周波モジュール（１０、１２）を備えたレーダセンサであって、高周波モジュール（１０、１２）がそれぞれ少なくとも１つの信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）を有しており、信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）内では、伝送される高周波信号の位相が、温度に依存した位相差だけ変化するレーダセンサにおいて、各高周波モジュール（１０、１２）内で、信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）に並列に、温度に依存せずに特定の位相差の際に極値になる信号（Ｕ）を供給する位相検出器（２８）が接続されて、いること、および信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）内に、位相検出器の信号（Ｕ）が極値になるように位相差を調整可能な移相器（２４）が配置されていることを特徴とするレーダセンサ。
2022501602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの同期して作動する高周波モジュール（１０、１２）を備えたレーダセンサであって、前記高周波モジュール（１０、１２）がそれぞれ少なくとも１つの信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）を有しており、前記信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）内では、伝送される高周波信号の位相が、温度に依存した位相差だけ変化するレーダセンサにおいて、各高周波モジュール（１０、１２）内で、前記信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）に並列に、温度に依存せずに特定の位相差の際に極値になる信号（Ｕ）を供給する位相検出器（２８）が接続されていること、および前記信号経路（ＴＸ１、ＴＳＴ１；ＴＸ２、ＴＳＴ２）内に、前記位相検出器の前記信号（Ｕ）が前記極値になるように前記位相差を調整可能な移相器（２４）が配置されていることを特徴とするレーダセンサ。
【請求項２】
前記位相検出器（２８）が、比較すべき信号を互いに重畳させる整流ダイオードによって構成されている、請求項１に記載のレーダセンサ。
【請求項３】
前記移相器（２４）がＩＱ変調器によって構成されている、請求項１または２に記載のレーダセンサ。
【請求項４】
各高周波モジュール（１０、１２）が局部発振器（１６）を有しており、かつ異なる前記高周波モジュール（１０、１２）の前記局部発振器（１６）が、既知の長さの配線を介して１つの共通の基準信号源（３０）と接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーダセンサ。
【請求項５】
各高周波モジュール（１０、１２）が、受信チャネル（ＲＸ）内で受信された信号と送信チャネル（ＴＸ）内で送信される信号とを混合するために形成されたミキサ（２２）を有している、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーダセンサ。
【請求項６】
各高周波モジュール（１０、１２）の同期化信号出口が、信号経路（Ｌ）を介し、各々の別の高周波モジュール（１２、１０）の同期化信号入口とカップリング可能であり、かつ前記同期化信号経路（Ｌ）を介して受信された前記信号が、各高周波モジュール内で、さらなる信号経路（ＥＸＴ１、ＥＸＴ２）を介し、前記高周波モジュールの前記ミキサ（２２）に送信信号として送給可能である、請求項５に記載のレーダセンサ。
【請求項７】
前記高周波モジュール（１０、１２）の各々において、少なくとも１つの送信チャネル（ＴＸ）の出口が、前記高周波モジュールの前記同期化入口および前記同期化出口になっている、請求項６に記載のレーダセンサ。
【請求項８】
各高周波モジュール（１０、１２）の前記ミキサ（２２）に、信号経路（ＴＳＴ１）を介し、それ自体の前記局部発振器（１６）の前記出力信号がテスト信号として送給可能である、請求項６または７に記載のレーダセンサ。
【請求項９】
各高周波モジュール（１０、１２）が、前記高周波モジュールの前記送信チャネル（ＴＸ）内で送信される前記信号の複素振幅を監視するために形成されたさらなるミキサ（２６）を有している、請求項５から８のいずれか一項に記載のレーダセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの同期して作動する高周波モジュールを備えたレーダセンサに関し、これらの高周波モジュールはそれぞれ少なくとも１つの信号経路を有し、この信号経路内では、伝送される高周波信号の位相が、温度に依存した位相差だけ変化する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用のレーダセンサの場合、完全自立運転の目標により近づこうとする努力の過程において、例えばＭＩＭＯコンセプト（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）またはデジタルビームフォーミングコンセプトを実現するため、ますます複雑になる傾向にあり、とりわけ送信チャネルおよび受信チャネルの数が増える傾向にある。これに関し、信頼性および損失電力の観点では、レーダセンサ内で使用される高周波モジュール（ＭＭＩＣ；Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の大きさを制限することが望ましく、その代わりに、すべての送信チャネル内で送信される信号間の位相関係が既知であり、かつ受信信号を評価する際に適切に考慮され得るように相互に同期化されている複数の好ましくは同じ構造のＭＭＩＣを用いることが望ましい。
【０００３】
個々のＭＭＩＣの所要面積に基づいて、モジュールの数が増えていくと、個々のＭＭＩＣの間隔は、同期化に用いられる信号の信号伝播時間が無視できなくなるほど大きくなる。個々のＭＭＩＣ間の空間的間隔が比較的大きいと、すべてのＭＭＩＣが同じ温度であることを前提とすることももはやできなくなり、よって電子部品の温度挙動に基づいて未知の大きさの伝播時間差および位相差が発生し得ることから、特別な困難が生じる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の課題は、レーダセンサの機能を妨げることなく、高周波モジュールの正確な同期化を、温度に依存した位相差の場合にも達成する可能性を提供することである。
この課題は本発明によれば、各高周波モジュール内で、信号経路に並列に、温度に依存せずに特定の既知の位相差の際に極値になる信号を供給する位相検出器が接続されること、および信号経路内に、位相検出器の信号が極値になるように位相差を調整可能な移相器が配置されることによって解決される。
【０００５】
本発明は、温度に依存した元来未知の位相差が、移相器および位相検出器により、既知の値に調整され得るという利点を提供し、よってこの既知の値が、高周波モジュールの同期化の際に考慮され得る。本発明により使用される位相検出器は、位相差の定量測定はできないが、その代わりに、その信号が極値になる点が温度に依存しないという利点を有し、したがって位相差を調節する際に邪魔な温度影響が生じ得ない。個々の高周波モジュール内に付加すべきコンポーネント、つまり位相検出器および移相器は、コンポーネントの損失電力または測定精度をさほど悪化させることなく、モジュール内に問題なく組み込まれ得る。
【０００６】
本発明の有利な形態および変形形態は従属請求項に提示されている。
位相検出器は、例えば整流ダイオードであることができ、整流ダイオードは、信号経路の対置する端部からの信号によって印加されると、出力信号として直流電圧を供給し、この直流電圧は、これらの信号の重畳された振幅に比例しており、したがって位相差に応じて、最大値（建設的な重畳の場合）と最小値（信号が完全に消えてゼロ）の間で変化する。
【０００７】
信号経路内の移相器としては、例えばＩＱ変調器が使用され得る。
異なる高周波モジュールの同期化は、モジュール間で交換される特殊な同期化信号を介して行われ得る。別の一実施形態では、一方の高周波モジュールの送信信号、つまりこのモジュール（マスター）の送信チャネルの送信信号が、同時にもう一方のモジュール（スレーブ）のための同期化信号として使用される。その際、それぞれ個々のモジュールが、潜在的に温度に依存した位相差が発生し得る複数の信号経路を有し得る。この場合には、これらの信号経路の各々に１つの位相検出器および１つの移相器が割り当てられる。
【０００８】
各高周波モジュールは、高周波信号を生成するため、各々のそれ自体の電圧制御された局部発振器を有し得る。この場合、異なるモジュール内の発振器を同期化するため、すべてのモジュールに送給される１つの共通の基準信号が用いられ得る。この基準信号のための伝送経路は温度挙動を有さないので、個々の発振器に対する基準信号の異なる伝播時間から生じる位相差は既知であり、または配線長の適切な選択により既知の値に調整可能である。
【０００９】
ＦＭＣＷレーダ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）では、各高周波モジュールが受信チャネルごとに１つのミキサを有し、ミキサ内では受信された信号が同じ時点で送信された信号の一部と混合され、これにより中間周波信号が生成され、この中間周波信号のスペクトルは、レーダセンサの測定動作において、測位されたオブジェクトの間隔および相対速度に関する情報を提供する。１つまたは複数の較正モードでは、このミキサが、異なる閉じた信号経路チェーン（Signalpfadkette）内の位相差を測定するために使用され得る。これらのチェーンの少なくとも幾つかは、１つの高周波モジュールから別の高周波モジュールへの同期化信号の経路も内包するので、残りの信号経路に関する位相差が位相検出器および移相器によって較正されると、すべての関連する位相差を決定でき、これにより高周波モジュールが相互に正しく同期化され得る。
【００１０】
一実施形態では、各高周波モジュールが、送信信号の複素振幅（絶対値および位相）を監視し得る追加的なミキサを内包することができる。
以下では、１つの例示的実施形態を図面に基づいてより詳しく解説する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】２つの相互に同期化された高周波モジュールを備えた本発明によるレーダセンサの簡略化された回路図である。
【図２】図１に従う高周波モジュール内で使用される位相検出器の信号特性曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示したレーダセンサは、２つの高周波モジュール１０、１２を有しており、これらの高周波モジュール１０、１２は、例えばＭＭＩＣとして形成されており、かつ１つの共通の基板上に配置され得る。各高周波モジュールが、複数の送信チャネルおよび複数の受信チャネルを有している。ただし図を簡略化する理由から、各高周波モジュールに対して１つの送信チャネルＴＸおよび１つの受信チャネルＲＸだけを示している。
【００１３】
高周波モジュール１０、１２を同期化するために信号経路Ｌが設けられており、信号経路Ｌは、両方の高周波モジュールの送信チャネルＴＸの出口を相互にカップリングしている。このレーダセンサは、例えば高周波モジュール１０がマスターとして機能し、かつ高周波モジュール１２が、信号経路Ｌ上で伝送される信号を同期化信号として使用するスレーブとして機能するように動作され得る。両方の高周波モジュール１０、１２は必ず互いに対してある程度の間隔をあけて基板上に配置されなければならないので、信号経路Ｌ上で伝送される信号はある程度の信号伝播時間を有し、この信号伝播時間が、先験的に未知の位相差
【００１４】
【数１】
2022501602.tif 000003
【００１５】
を生じさせ、この位相差は、モジュールの正しい同期化のために補正されなければならない。
両方の高周波モジュール１０、１２の各々が１つの局部発振器１６を、その後ろに接続されたアンプ１８と共に内包している。アンプ１８の出力信号はカプラ２０を介し、一方では送信チャネルＴＸに送り込まれ、かつ送信信号として送信され、他方ではミキサ２２の第１の入口に送給される。ミキサ２２の第２の入口には、受信チャネルＲＸ内で受信された信号が送給され、したがってミキサ２２は、両方の入口に印加される信号の混合積を出力信号として供給する。
【００１６】
高周波モジュール１０内では、信号経路ＥＸＴ１が、送信チャネルＴＸの出口からカプラ２０に戻っている。これは、このモジュールのそれ自体の局部発振器１６の信号の代わりに、信号経路Ｌを介して到着する信号を外部の送信信号として使用することを可能にする。カプラ２０から送信チャネルＴＸの出口への信号経路はＴＸ１で表されている。カプラ２０からミキサ２２への信号経路はＬＯ１で表されている。この両方の信号経路は、それぞれ１つの移相器２４を内包しており、この移相器２４は、例えばＩＱ変調器によって構成されている。
【００１７】
受信チャネルＲＸ内で信号が受信されない場合、ミキサ２２の帰属の入口では、信号経路ＴＳＴ１を介してアンプ１８の出力信号が直接的にカップリングされ得る。信号経路ＴＳＴ１も１つの移相器２４を内包している。この移相器の出口は、さらなるミキサ２６の一方の入口と接続されている。このミキサのもう一方の入口には、送信チャネルＴＸの出口で捉えられた送信信号が送給され得る。
【００１８】
送信チャネルＴＸのこの出口とアンプ１８の出口との間には、例えば整流ダイオードによって構成された位相検出器２８が接続されている。もう１つの位相検出器２８は、アンプ１８の出口とミキサ２２の受信側入口との間に接続されている。
【００１９】
両方の高周波モジュール１０、１２の局部発振器１６の入口は、１つの共通の基準信号源３０に接続されており、この基準信号源３０は、発振器を相互に同期化するために用いられる。両方の発振器１６と基準信号源３０の間の接続は、さらなる信号経路ＤＰＨと見なすことができ、信号経路ＤＰＨ上では、それぞれの配線長に依存した位相差
【００２０】
【数２】
2022501602.tif 000004
【００２１】
が発生し得る。例えば、基準信号源３０から両方の発振器１６の各々への配線が同じ長さになるように配置が選択され得る。この場合には、位相関係
【００２２】
【数３】
2022501602.tif 000005
【００２３】
が当てはまる。
高周波モジュール１２は、高周波モジュール１０と同じ構造を有している。様々な信号経路がここでは高周波モジュール１０の場合と同じ文字表記で表されており、ただし「１」の代わりに「２」が添えられている。
【００２４】
信号経路ＴＸ１内では、局部温度に依存した成分を有し得る位相差
【００２５】
【数４】
2022501602.tif 000006
【００２６】
が発生する。同じことが、信号経路ＬＯ１、ＥＸＴ１、およびＴＳＴ１にも当てはまる。帰属の位相差は、ここではそれぞれ同じ符号で表されており、ただし下線を有している。相応のことが高周波モジュール１２内の信号経路にも当てはまる。信号経路Ｌ内の位相差
【００２７】
【数５】
2022501602.tif 000007
【００２８】
も一般的に温度に依存する。
両方の高周波モジュール１０、１２を同期化するため、温度に依存した位相差を較正する必要がある。このために、レーダセンサが４つの異なる較正モードで動作され得る。
【００２９】
較正モード１では、高周波モジュール１０がその送信信号（送信チャネルＴＸの出力）を、高周波モジュール１２に同期化信号および送信信号として提供する。この信号はその場合、信号経路ＴＸ１、Ｌ、ＥＸＴ２、およびＬＯ２を介してミキサ２２へ伝播する。そこでは、高周波モジュール１２内のミキサ２２に信号経路ＴＳＴ２を介して送給された信号との混合積が、測定信号として生成される。この場合、ミキサの出力信号は、位相差
【００３０】
【数６】
2022501602.tif 000008
【００３１】
を表す。
較正モード２では、高周波モジュール１２がその送信信号を、高周波モジュール１０のミキサに提供する。この信号はその際、信号経路ＴＸ２、Ｌ、ＥＸＴ１、およびＬＯ１を介して高周波モジュール１０のミキサ２２へ伝播する。そこでは、信号経路ＴＳＴ１を介して送給された信号との混合積が生成される。この場合には、ミキサ２２の出力信号は
【００３２】
【数７】
2022501602.tif 000009
【００３３】
である。
較正モード３では、高周波モジュール１０がそれ自体のミキサに、信号経路ＬＯ１を介して伝送される送信信号を提供する。そこでは、基準信号として信号経路ＴＳＴ１を介して伝送される信号との混合積が生成される。この場合、ミキサの出力信号は、位相差
【００３４】
【数８】
2022501602.tif 000010
【００３５】
に相応する。
較正モード４では、高周波モジュール１２がそれ自体のミキサ２２に、信号経路ＬＯ２を介してミキサに送給される送信信号を提供する。そこでは、信号経路ＴＳＴ２を介して送給される基準信号との混合積が生成される。この場合、ミキサの出力信号は、位相差
【００３６】
【数９】
2022501602.tif 000011
【００３７】
を表す。
これら４つの較正モードでの測定により、１０個の変数
【００３８】
【数１０】
2022501602.tif 000012
【００３９】
、
【００４０】
【数１１】
2022501602.tif 000013
【００４１】
、
【００４２】
【数１２】
2022501602.tif 000014
【００４３】
、
【００４４】
【数１３】
2022501602.tif 000015
【００４５】
、
【００４６】
【数１４】
2022501602.tif 000016
【００４７】
、
【００４８】
【数１５】
2022501602.tif 000017
【００４９】
、
【００５０】
【数１６】
2022501602.tif 000018
【００５１】
、
【００５２】
【数１７】
2022501602.tif 000019
【００５３】
、
【００５４】
【数１８】
2022501602.tif 000020
【００５５】
、および
【００５６】
【数１９】
2022501602.tif 000021
【００５７】
をもつ連立方程式が得られる。
この連立方程式において、
【００５８】
【数２０】
2022501602.tif 000022
【００５９】
は、配線長に基づいて決定可能であり、したがって既知となり得る。両方の高周波モジュールの較正に関し、位相差
【００６０】
【数２１】
2022501602.tif 000023
【００６１】
は直接的に関連するのではなく、位相差の和
【００６２】
【数２２】
2022501602.tif 000024
【００６３】
または和
【００６４】
【数２３】
2022501602.tif 000025
【００６５】
だけが関連するので、
【００６６】
【数２４】
2022501602.tif 000026
【００６７】
は独立変数として除外でき、その代わりに独立変数
【００６８】
【数２５】
2022501602.tif 000027
【００６９】
および
【００７０】
【数２６】
2022501602.tif 000028
【００７１】
だけが考察されればよい。したがって８個の未知数が残っており、しかしこれらの未知数では、連立方程式は依然として劣決定である。
したがって連立方程式の１つの解のためには、８個の未知数のうちの４個が別のやり方で決定されなければならない。ただし、これらの未知数を直接的に測定する（これは再び、各々のそれ自体未知の温度挙動をもつアクティブコンポーネントを必要とするであろう）代わりに、本発明によれば、位相検出器２８および移相器２４により、未知の位相差が既知の値に調節される。このために位相検出器２８が使用され、この位相検出器２８は、位相差の絶対的測定はできないが、しかし位相検出器２８の固有の特性曲線推移に基づいて、特性曲線が最小値（または最大値）になる位相差の、温度に依存しない決定を可能にする。このような特性曲線の例は図２に示している。ここでは、位相検出器２８として用いられる整流ダイオードを介して降下する直流電圧Ｕが、整流ダイオード内で互いに重畳される信号の位相差Φの関数として示されている。重畳される信号が正弦波状に推移する場合、特性曲線は、位相差０および３６０°で最大値を有し、かつ位相差１８０°のところに、顕著で（ここでは微分不可能な）特性曲線推移に基づいて明確に位置確定可能な最小値がある。この場合、帰属の移相器２４により、位相検出器によって供給される出力信号Ｕがこの最小値になるように位相差が調整され得る。このとき、相互に比較された信号の位相差が１８０°であることが知られている。
【００７２】
図１では、このようにして高周波モジュール１０内でアンプ１８と送信チャネルＴＸの出口との間に接続された位相検出器２８および信号経路ＴＸ１内の移相器２４により、位相差
【００７３】
【数２７】
2022501602.tif 000029
【００７４】
が１８０°に調整され得る。アンプ１８とミキサ２２の間に接続された位相検出器２８および信号経路ＴＳＴ１内の移相器２４により、位相差
【００７５】
【数２８】
2022501602.tif 000030
【００７６】
が１８０°に調整され得る。相応のことが高周波モジュール１２内の位相差
【００７７】
【数２９】
2022501602.tif 000031
【００７８】
および
【００７９】
【数３０】
2022501602.tif 000032
【００８０】
にも当てはまる。したがってこの場合、方程式（３）および（４）から、
【００８１】
【数３１】
2022501602.tif 000033
【００８２】
および
【００８３】
【数３２】
2022501602.tif 000034
【００８４】
も決定でき、これにより残りの連立方程式は、未知数
【００８５】
【数３３】
2022501602.tif 000035
【００８６】
および
【００８７】
【数３４】
2022501602.tif 000036
【００８８】
に従って解くことができる。よってすべての関連する位相ずれが温度に依存せずに決定可能なので、高周波モジュール１０および１２を精密に相互に同期化することに成功する。
示した例ではそれだけでなく、ミキサ２６により、それぞれの送信チャネルＴＸ内で送信される信号が、較正モード１または較正モード２においてミキサ２２に送給される信号と直接的に比較され得る。この場合、万一起こり得る相違は信号経路ＬＯ１またはＬＯ２内の移相器２４によって補正され得る。
【００８９】
測定動作中のおよび様々な較正モード中の高周波モジュール１０、１２の上述のコンポーネントの機能は、示していない電子制御機構によって制御されている。
【図１】
2022501602.tif 000037
【図２】
2022501602.tif 000038
【国際調査報告】
2022501602.tif 000039
2022501602.tif 000040
2022501602.tif 000041
2022501602.tif 000042