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United States Patent and Trademark Office Case No. 10541994

Radar-transceiver for microwave and millimetre applications

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1

of

1

Einrichtung zum Senden und Empfangen von Radarwellen, insbesondere fur einen Abstandssensor

Patentnumber:

Publicationdate:

Inventor:

Applicant:

Classification:

~international:

-european:

Applicationnumber:

Prioritynumber(s)

:

DE1

9731

085

1999-01-21

PFIZENMAIER HEINZ

(DE);

EHRLINGER WOLFGANG

(DE);

SCHNEEMANN JOERG DR

(DE)

BOSCH GMBH ROBERT

(DE)

H01Q21/24; H01Q19/06; H01Q1/32; G01S7/03;

G01S13/34

G01S7/02P2; H03L7/16 DE19971031085 19970719 DE19971031085 19970719

Alsopublishedas:

B WO9904282(A1)

Report

adata error

here

Abstract of

DE1

9731

085

The

invention relates toadeviceforsending

and

receiving radarwaves,especiallyforadistance sensor,whereinthe

send

signals

can be

transmittedto at least

one

antenna

element and

thereceive signals

can

beextracted therefrom.

The

antenna elements

used

fortransmission are

formed

bycircularpolarized radarwaves.

The send

signalsare suppliedtoatleast

one

side of theantenna element sothatthey are diffused

on

a^firstpolarization plane.

The

receive signals are picked

up

bytheantenna

element on

a

second

polarization plane which isperpendiculartothe

firstpolarization plane.

Datasuppliedfromthe

esp@cenet

database^-

Worldwide

/

http://v3

.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=DE 19731 085&F=0 7/12/2005

Page _Blank

(uspto)

® BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES PATENT- UND MARKENAMT

® Offenlegungsschrift

® DE 197 31085 A1

®

Aktenzeichen:

© Anmeldetag:

@

Offenlegungstag:

197 31 085.0 19.

7.97

21.

1.99

®

^Int.CI.6:

H01 Q 21/24

H

01

Q

19/06

«- H

01

Q

1/32

^

G

01

S

7/03

G

01

S

13/34

LQ 00 o

€.3 ⁰⁰

© ^Anmelder:

Robert Bosch GmbH, 70469

Stuttgart,

DE

®

^Erfinder:

Pfizenmaier, Heinz,

71229 Leonberg,

DE;Ehrlinger,

Wolfgang, 71546 Aspach,

DE;

Schneemann,

Joerg,

Dr.,

71554 Weissach, DE

Die

folgenden Angaben

sind

den vom Anmelder

eingereichten

Unterlagen entnommen

©

Einrichtung

zum Senden und Empfangen von

Radarwellen,

insbesondere

fureinen

Abstandssensor

©

^BeieinerEinrichtung

zum Senden

und

Empfangen von

Radarwellen, insbesondere fur einen Abstandssensor, wobei mindestens

einem

Antennenelementzu

sendende

Signalezufuhrbar

und empfangene

Signale

entnehmbar

sind,sind dieAntennenelemente

zum Senden

vonzirku- larpolarisierten Radarwellenausgebildet. Die zusenden- denSignale

werden

mindestens aneiner SeitedesAnten- nenelementsso zugefuhrt,daftsie ineiner erstenPolari- sationsebene abgestrahlt werden. Die

empfangenen

Si- gnale

werden vom

Antennenelement aneinerzweiten Po- larisationsebene abgegriffen,diezurerstenPolarisations- ebeneorthogonalsteht.

Lft

00

CO

o

LU Q

BUNDESDRUCKEREI

11.98 802063/456/1 26

DE 197 31

l Beschretbung

DieErfindungbetriffteineEinrichtung

zum

Senden und

Empfangen

von Radarwellen, insbesondere fiireinen

Ab-

standssensor, wobei mindestens cinem Antennenelement, ⁵

zum

Beispiel einerRachen-Antenne, zu sendende Signale ineinerRichtung zugefuhrtund.hiervon getrenntundelek- trischentkoppelt inder GegenrichtungempfangeneSignale entnehmbar sind.

Bei Abstandssensoren,dieinsbesondereanKraftfahrzeu- ¹⁰ gen verwendet werden, werdenhaufig frcqucnzmodulicrtc Mikrowellen (FMCW-Prinzip)verwendet,wobeiauseinem Vergleichder jeweiligen Frequenzdergesendeten

und

der nacheinerReflexionempfangenenWelle aufdieEntfernung

zum

reflektierenden Hindemis geschlossen werden kann. 15

Dabei werden haufig die gleichenAntennenelemente

zum

Senden und

Empfangen

verwendet.

Aufgabeder vorliegenden Erfindung istes, eineSende- Empfangs-Trennungverlustarm mit ausreichenderIsolation

zuerzielen. 20

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaB dadurch gelosU daBdieAntennenelemente

zum

Sendenvonzirkularpolari- siertenRadarwellenausgebildet sindunddaBdiezu senden- den Signale mindestens an einer Seite des Antennenele- mcntsso zugefuhrt werden, daBsicineiner crstcn Polarisa- 25 tionsebene abgestrahlt werden, und daB dieempfangenen Signale

vom

AntennenelementaneinerzweitenPolarisati-

onsebeneabgegrifFen werden,diezur ersten Polarisations- ebene orthogonalsteht.Dabeiistvorzugsweise vorgesehen, daB das Antennenelement

im

wesentlichen quadratischist 30

unddaB^dieZufuhrung unddieEntnahmederSignale min- destens an zweipolarisationsmaBig orthogonalen Punkten erfolgen.

Beider erfindungsgemaBen Einrichtungkanninsbeson- dere die zirkulare Polarisationdurch zwei diagonalentge- 35 gengesetzteAbschragungenoder durcheinendiagonalver- laufendenSchlitzbewirkt werden.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemaBen Einrichtung bestchtdarin,daBcine wcitcrcZufuhrungvonzusendenden Signalenaus derRichtungderempfangenenSignaleerfolgt. 40

DabeiisteinebesondersvorteilhafteZufuhrungdeszusen- denden und eine

Entnahme

des empfangenen Signals da- durch moglich, daB zwei Anschiusse eines 3dB-Kopplers (Branch-iine-coupler, Rat-race-coupler)derartmit

dem An-

tennenelement verbunden sind, daB die zu sendenden Si- 45 gnale an der einenSeitedes Antennenelementsgegenuber deranderenSeite

um

90° phasenverschobensind,daBeinem

dritten AnschluB des 3dB-Kopplers die empfangenen Si- gnaleentnehmbarsindunddaBeinemviertenAnschluBdie zu sendenden Signale zufuhrbar sind ⁵⁰

Beieineranderen Weiterbildungist vorgesehen,daBein RichtkopplerindieZuleitung derzu sendenden Signale

zum

AntennenelementgcschaltctistunddaBeinKoppclarmdes Richtkopplersmiteinem EingangeinesMischersverbunden

ist, dessen anderem Eingangdie empfangenenSignale zu- 55 fuhrbar sindundan dessenAusgangeinZwischenfrequenz- signalentnehmbarist.Vorzugsweiseistdabei zurPhasenan-

-passung zwischen

dem

Koppelarm und

dem

Eingang des MischerseineUmwegleitungeingefugt

EinbesonderskostengiinstigerAufbaumit denderzeitzur 60 Verfugung stehenden Technologienzur Herstellungvonin- tegriertenSchaltungenfurMikrowellenistgemafieineran- deren Weiterbildung dadurch moglich, daB zurErzeugung derzu sendenden Signaleein steuerbarer Oszillator vorgese- hen ^ist, dessen Frequenz iiber eine Frequenzregelschleife ⁶⁵ mit einem zugefuhrten Modulationssignal modulierbarist

unddessenAusgangssignal ubereinenFrequenzverdoppler dermindestenseinem Antennenelementzufuhrbarist.

085 Al

2

Eine besondersgiinstigeAusgestaltungdieser Weiterbil- dungbestehtdarin,daB der Frequenzregelkreis einen Har- monischen-Mischer

und

einen Regler umfaBt, wobei

dem

Harmonischen-MischerauBer

dem

Ausgangssignal desOs- zillatorsdasSignal eines Referenz-Oszillatorszufuhrbarist,

dessen Frequenz einem ganzzahligen Bruchteil, vorzugs- weiseeinemViertel,derOszillator-Frequenz entspricht

Eine andere Ausgestaltung dieserWeiterbildungermog-

licht, daB

dem

Oszillator

-

auchLokaloszillatorgenannt

-

nachfolgende Schaltungen weitgehend fur die niedrigere Frequenz des Lokaloszillators ausgclcgt scin konncn da- durch,daBdieZufuhrungdes Ausgangssignals desOszilia- tors

zum

Antennenelementiibereinen Treiberundeinenals Frequenzverdoppler wirkenden Harmonischen-Verstarker erfolgt

Beieiner vorteilhaftenAusbildungder Erfindungistvor- gesehen,daB das

dem

Antennenelementzugefuhrte Signal unddasverstarkteempfangeneSignaleinemGrundwellen- mischer zufuhrbarsind,an dessenAusgang einZwischen- frequenzsignalentaehmbarist.

Sofernein LokaloszillatormitniedrigererFrequenzver- wendetwird,kannanstelledieserAusbildung auchvorgese- hensein, daB dasOszillatorsignalunddas verstarkteemp- fangene Signal einem Harmonischen-Mischer zufuhrbar sind, an dessen Ausgang einZwischcnfrcqucnzsignalent- nehmbarist.Die Verwendung von Harmonischen-Mischern

als EmpfangsmischererlaubtdieSpeisungbei 38,25

GHz

mit ausreichend

hohem

Pegel,wodurcheineGleichvorspan- nungder Mischerdiodenentfallt.Rauscharme Mischermit circa6

dB

Emfugungsdampfungsinddamitrealisierbar.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Weiterbildung sieht vor, daB das Oszillatorsignal

dem

Antennenelement und

dem

Harmonischen-Mischeruber einen Wilkinson-Tei-

lerzufiihrbarist.Durchden bzw.beimehrerenAntennenele- mentendurch mehrere Wilkinson-leiler wirdeineguteEnt- kopplung sowohl der Kanale untereinander als auch der Speisung derEmpfangsmischer durchdenLokaloszillator erzielt.

ZurErzicluhg eines ausreichend groBcn Scnsorwinkcls und einer Richtungserfassung sind bei Abstandssensoren haufigmehrereAntennenvorgesehen. Dieses wirdbei einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemaBen Einrichtung da- durch realisiert, daB das Ausgangssignal des Oszillators mehreren, vorzugsweisedrei, Antennenelementeniiberei-

nenLeistungsteiler, iiberjeeinenTreiberundiiberjeeinen

als Frequenzverdoppler wirkenden Harmonischen-Verstar- kerzufuhrbarist.

BeieineranderenvorteilhaftenAusfuhrungsformder Er- findung wirdein groBererWinkel dadurcherfaflt, daBdrei Antennenelementevorgesehensind,von denen zwei^auBere Antennenelemente mit zusendendenSignalenbeaufschlagt sind,unddaBvonalienAntennenelementen empfangene^Si- gnalejecincm Mischerzufuhrbarsind,vondessenAusgan- genZwischentrequenzsignaleentnehmbarsind.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind inder Zeich- nung anhandmehrerer Figurendargestelltundindernach- fblgenden Beschreibung nahererlautert.Eszeigt:

Fig.1einerstesAusfuhrungsbeispieieiner erfindungsge-

maBen

Einrichtung,

Fig.2ein zweitesAusfuhrungsbeispiei,

Fig. 3 bisFig.5 verschiedene Ausfuhrungsbeispiele^fur dieZufUhrung unddieEntnahme vonAntennensignalen,

Fig.6einAusfuhrungsbeispieifur einenHarmonischen- Mischer,

Fig.7ein teilweise dargestelltesdrittesAusfuhrungsbei- spiei, bei

dem

nur diebeiden auBeren von drei Antennen

zum

Sendenbenutztwerden,

Fig.8 ausschnittsweise einviertes Ausfuhrungsbeispiei,

DE ^{197 31}

3.

' Fig. 9 ebenfalls ausschnittsweise

em

^funftes Ausfuh- rungsbeispiei,

Fig. 10 ein Ausfuhrungsbeispiei eines Harmonischen- Verstarkers,

Fig. 11 mehrere Austuhrungsbeispielefiirbei dererfin- 5 dungsgemaflen Einrichtung verwendbare Antennenele- menteuad

Fig. 12 mehrere Beispielefiir Verbindungsleitungen zu einem Antennenelemem.

GleicheTeile sindinden Figurenrnitgleichen Dezugszei- ¹⁰ chcnvcrschcn. IndenFigurengcstrichcltcingcrahmtc

Kom-

ponentensind ineinemmonolithischen Mikrowellenschalt- kreis

(MMIC)

realisiert,wiihrenddieubrigen

Komponenten

aus Kostengrunden oder

wegen

hoher Giiteanforderungeri (beispielsweise

im

FalledesdielektrischenResonators oder 15

der Patch-Antennen) in MIC-Technik (Mikrowellen Inte- grierterSchaltkreis) aufeinem

umgebenden

Substratange- ordnetsind,dasebenso wieein metallischerSubtragernicht dargestelltist.

Auf

diesemsindsowohl

MMtCs

^{alsauch der}

MIC

montiert. ²⁰

Eine rauscharme Frequenzerzeugung erfolgt in einem spannungsgesteuerten 38,25-GHz-OsziLLator

(DRVCO)

1,

des sen dielektrisclier Resonator (DR) einschlieBlich einer Varaktordiode zurFrequenzmodulation und der erforderli-

chenKoppclschlcifcn auf

dem

beispielsweiseausQuarzbe- 25 stehendenSubstratangeordnetistundmittelsHF-tauglicher Verbindungen (beispielsweise sogenannter Bandchen-

.Bonds) mit

dem

aktiven TeildesOsziilatorsinnerhalb des monolithischen Mikrowellenschaltkreisesverbundenist.

DieOszillatorenergie wirdiibereinen Trennverstarker2 30 ausgekoppeltund einemRichtkoppler3zugefiihrt,ausdes- senKoppelarmein TeilderEnergieineinenHarmonischen- Mischer 4ausgekoppeltwird.

Der

Harmonischen-Mischer4

ist ferner mit

dem Ausgang

eines Referenz-Osziilators 5 verbunden, dessen passiver Resonator,ebenfalls auf

dem

³⁵

Substrat angeordnet ist. Der Referenz-Oszillator schwingt miteiner Frequenz von 9,5

GHz. Der

Harmonischen-Mi- scher 4 ist deshalb auf die 4. Harmonische abgestimmt (n=4).Eine mit

dem Ausgang

desHarmonischcn-Mischcrs 4 verbundene Schaltung 6 und ein Regelverstarker 7 der 40 Frequenzregelschleife sind als

ASIC

inBipolartechnikrea- lisiert und auf

dem

nicht dargestellten Substrat montiert.

Dem

Regelverstarker 7 wird das Modulationssignal, vor- zugsweiseeinedreieckformigeSpannung,zugefuhrt.

Der

Ausgangsarmdes Richtkopplers 3mundet ineinen 45 Dreifach-Leistungsteiler8, dessen

Anne

drei Vorverstarker 9,9\ 9" speisen.DieAusgange der Vorverstarker9,9', 9"

sind mitje einemZweifach-Wiikinson-Teiler 10, ^10', 10", bestehend aus zwei Mikrostreifenleiterarmen und einem Widerstand, verbunden. Die oberen Ausgangsarme der ⁵⁰ Zweifach-Wiikinson-Teilersind anjeeinenTreiberverstar- ker11, IT, 11" angeschlossen.Drei Harmonischen-Verstar- kcr12, ^12', 12" crzeugen aus derGrundfrcqucnzdes 38,25 GHz-Oszillators1durchgezielteSelektion der zweitenHar- monischen ^die Arbeitsfrequenz von 76,5

GHz.

Die Aus- S5 gangssignale der Harmonischen-Verstarker12,12',12" wer- den den zirkular polarisierten Antennenelementen

(zum

BeispielPatch-Antennen) 13zugefuhrt, dieauf

dem

umge- bendenSubstratangeordnetsind,

um

durch dessenniedrige Dielektrizitatskonstante eine gute Abstrahlung zu erzielen. 60

Einezirkulare PolarisationderabgestrahltenWellenwird bei Patch-Antennen beispielsweise entweder durch

Ab-

schragung zweier gegenuberliegender

Ecken

derPatch-

An-

•tennen13, 13', 13"

gemaS

Fig. ¹ oder durch einenbei

dem

Ausfuhrungsbeispieinach Fig. 2 dargestellten Schlitz der ⁶⁵ Patch-Antennen23, ^23', 23"erreicht. Dieseund zweiwei- tereAusfiihrungsbeispiele fur Patch-Antennen sind inden Fig.11abisliddargestelltBei denindenFig.11cund lid

085 A ¹

4

dargestellten Beispielen wird die zirkulare Polarisation durch Einkerbungen eines quadratischen (Fig. 11c) oder runden (Fig. lid) Patches mit seitlicher Ankopplung er- reicht.Eine Mikrowellenlinse 18 dientzurBundelung der abgestrahltenundderempfangenenWellen.

Orthogonal zur Speisung der Patch-Antennenwerdendie empfangenenSignale ausdenPatch-Antennen ausgekoppelt undiiberdreirauscharmeVerstarker 14, ^14', 14" dreiHar- monischen-Empfarigsmischern15, ^15', 15" zugefuhrt. Fer- nerwerdenausdenunteren

Armen

der Wilkinson-Teiler10, 10',10"diezugchorigenLokaloszillatorsignalcden

Harmo-

nischen-Empfangsrnischern15,^15',15"_zugefuhrt.Die Aus- gangssignalederHarmonischen-Empfangsmischer15, ^15', 15" werdeninjeweilseinemZwischenfrequenz-Verstarker 16, ^16', 16" verstarktund konnen den Ausgangen 17, ^17', 17"

entnommen

werden.Die FrequenzgangederZwischen- frequenz- Verstarker tragen

dem

Radar-Abstandsgesetz Rechnung. Die Zwischenfrequenz-Verstarker 16, 16\ ^16"

sind ebenfalls als

ASICs

aufgebaut

und

auf

dem

Substrat montiert.

Der konzentrierte

Aufbau

in

MIC-

und

MMIC-Technik

erlaubt eine hermetischeAbdichtung durcheine Keramik- Substrat-Haube, deren Oberseite(Superstrat) ineinem Ab- standvonetwa

Lambda/4

^iiberdenPatch-Antennen ange- ordnetist,wodurchcinevcrbcsscrtc Strahlkonzcntrationauf einegemeinsameLinse ermoglichtwird.

Zum

Unterschied zu

dem

Ausfuhrungsbeispiei

gemaB

Fig.1 sind bei

dem

AusfuhrungsbeispieinachFig.2 Grund- wellen-Mischer25,25', 25" vorgesehen, deren Versorgung mit

dem

LokaloszillatorsignaliiberRichtkoppler (Branch- line-coupler) 19, ^19', 19" aus den Ausgangssignalen der Harmonischen-Verstarker 12, ^12', 12" erfolgt.

Wie

bereits

im Zusammenhang

mitFig.1 erwahnt,sindfemerbei

dem

Ausfuhrungsbeispiei nachFig; 2 Patch-Antennen 23, ^23', 23" mitjeweils einemSchlitzzur Erzielungder zirkularen Polarisation versehen.Es istjedoch auchbei

dem

Ausfuh- rungsbeispiei nach Fig. 2 moglich, andere Antennenele- mentezu verwenden, beispielsweise die inFig. 11 gezeig- tcn.

Auch

istcs moglich, diclcktrischcRcsonatorclcmcntc anstelleder Patcheszuverwenden.

Der Referenz-Oszillator 26 schwingt bei

dem

Ausfuh- rungsbeispieinachFig.2 aufeinerFrequenz von 38

GHz.

Deshalb wird.

im

Frequenzregelkreis ein Grundwellenmi- scher24 (n=l) verwendet.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel^fiirdieZufuhrungund

Entnahme

vonSignalen aneinem Antennenelement23.Dabei werden dieSignalevon einemOsziUator34erzeugt,derstellvertre- tendftlrdieSchaltungen1 bis 12(Fig. 2)^steht.

Das

zusen- dendeSignalwird

vom

Oszillator

34

tiberdieHauptleitung einesRichtkopplers19derAntenne 23^zugefuhrt.

Das

emp- fangene Signal wirdrechtwinkiigdazu

entnommen

undei-

nem

Grundwellenrnischer 25 zugefuhrt, der

vom

Richt- koppler19cin

vom

zusendendenSignal abgczweigtescnt- halt.

Einem Ausgang

31 kanndas Zwischenfrequenzsignal

entnommen

werden.

Bei

dem

Ausfuhrungsbeispiei nachFig.4istgegeniiber Fig.3 zwischen

dem

Richtkoppler19 und

dem

Grundwel- lenrnischer25eineUmwegieitung

32

vorgesehen,damit das den Grundwellenrnischer25zugefuhrteSignal einezurMi- schung gtinstigePhasenlage gegeniiber

dem

empfangenen Signalenthalt.

.

DasAusfuhrungsbeispiei nachFig.5 ermoglichtdie Zu- fuhrung der zusendendenSignalevon

dem

^Oszillator34zu zweiSeitenderAntenne 23bei gleichzeitigerTrennungdes Empfangssignalsvon

dem

^zu sendendenSignal. Dieses er- folgt iibereinen 3dB-Koppler35,derderartausgebildetist,

daBerdas

vom

^Oszillator34zugefuhrteSignal mitjeweils 3

dB Dampfung

aufdiebeidenAnschliissederAntenne 23

5

DE 197 31 085 A ¹

6

weiterleiteLZurErzielungeiner90° Phasenverschiebung an derAntenneistdievon

dem Zweigann

des Richtkopplers35 ausgehendeLeitung36entsprechendlanger ausgefuhrt. Fer- ner ermoglicht der3dB-Koppler 35eineEntnahmedesemp-

fangenenSignals bei 37. ⁵

Fig.6 zeigt ein Ausfiihrungsbeispiel fureinenHarmoni- schen-Mischer, dereineRingleitung41aufweist.DasSignal desLokaloszillators wirdeinem Eingang 42zugefuhrtund gelangtiibereinenKoppelkondensator43 aufdie Ringlei- tung.

Das

empfangeneSignalliegtaneinemweiterenEin- ¹⁰ gang

44

an.LJbcrjcwcils cineLeitung45,46sindMischdio- den47,48andieRingleitungangeschlossen,wobeidieLei- tungen45,46Stichleitungen 49,50zurAnpassungdesWel- lenwiderstandes aufweisen.

Am

Verbindungspunkt der Di- oden47, 48befindet sicb einerelativ grofieFlache, diemit 15

derunterbalbdergesamten Anordnungverlaufenden durch- gehendenMassebeschichtung einen KurzschiuBrurdieMi- krowellenbildet. DerPlatte51 sind dieZwischenfrequenz- signaleentnehmbar;

Bei

dem

AusfiihrungsbeispielnachFig. 7 sind derEin- 20 fachheit halberderOszillator1undder zugeh5rige Regel- kreis (Fig. 2) fortgelassen.

Das

verstarkteOszillatorsignal wird

von dem

Schaltungspunkt 61einemerstenWilkinson- Teiler62zugeleitet, desseneinerAusgangdaszu sendende Signal

und

dessen andcrcrAusgangdasLokaloszillator-Si- 25 gnalfur dieMischungmitden empfangenenSignalenfiihrt.

EinzweiterWilkinson-Teiler63teiltdas zu sendendeSignal furjeweilszweiTreiber11, 11",andiejeweils einHarmoni- schen-Verstarker 12,12" angeschlossenist.MitderenAus- gangssignalenwerden zweiAntennen23,23"_gespeist,wah- ³⁰ rendeine mittlereAntenne23' lediglich

zum Empfang

dient.

An

jede der Antennen ist ein Harmonischen-Mischer 15, 15', 15" angeschlossen. DiesenMischern wirdiiber einen Leistungsteiler64 dieFrequenzdesLokaloszillatorszuge- fuhrt. UberZwischenfrequenz-Verstarker 16, ^16', 16" kon- 35

nen die Zwischenfrequenzsignale den Harrnonischen-Mi- schern15,^15', 15"

entnommen

und Ausgangen17,^17',17"

zugefuhrtwerden.

DieStrcifcnlcitcrwciscn vorzugsweisc cincn Wcllcnwi- derstandvon50£2 auf,wahrendderWellenwiderstand der 40 Ringleitungen der Wilkinson-Teilerdas ]/2fache betragtund der Widerstand

im

Wilkinson-Teilerreel100

Q

^ist.

Fig.8 zeigt ein Ausfiihrungsbeispiel, bei

dem am

Schal- tungspunkt61zunachstein Wilkinson-Teiier65undandie- sen zwei weitere Wilkinson-Teiler 66, 67 angeschlossen 45 sind..

Der

Wilkinson-Teiler66sowieeinAusgang desWil- kinson-Teilers67speisen je einen Treiber 68,^68',68",andie

Harmomschen-

Verstarker 69, ^69', 69" angeschlossen sind, die in bereits erlauterter Weise (Fig. 8) nicht dargestellte

Antennenansteuern. Die

vom

unterenAusgangdes Wilkin- 50 son-Teilers 67

entnommenen

Signale werden iiber eine Schaltung70nicht dargestellten Empfangsmischernzuge-

fiihrt.

Bei

dem

AusfiihrungsbeispielnachFig. 9 ist nach

dem

Schaltungspunkt61 ein Leistungsteiler71 vorgesehen mit 55 dreiAusgangen, wobei zweizurSpeisungvon zweiAnten- nen72,72"_dienen.

Dazu

sind dieAusgangedesLeistungs- teiiers71iiberje einenVerstarker 73, 73",einenTreiber 74, 74", einen Harmonischen-Verstarker 75, 75" undje einen Ringkoppler76, 76" mitden Antennen72, 72' verbunden. 60

DieRingkoppler76,76"werdenauchRat-race-coupler ge- nannt.Durchdie Verteilung derAnschlusse

am Umfang

des Ringes werden von AnschluB zu AnschluB verschiedene Laufzeitenerzielt,die zu einerAusldschungoder zu einer

Summation

derinbeidenRichtungen urnden Ring umlau- 65 fenden Signalefiihren.Einderartiger Rat-race-couplerwird bei

dem

AusfiihrungsbeispielnachFig.9jeweilsals

Harmo-

nischen-Mischer77,^77',77" verwendetundistiiberDioden

78,78" miteinerVersorgungsspannung

Uy

undiiberDioden

78',79,79^Tund 79"mitjeweils eineroffenenLambda/4-Lei- tung80als

HF-

KurzschiuB verbunden.

Dem

Harmonischen-Verstarker

gemaB

Fig. 10 werden

iibereinenEingang 81die zu verstarkendenundbeziiglich ihrerFrequenzzuverdoppelnden Signalezugefiihrt.Einda- zugehorigerMasseanschluB82istmiteinerdurchgehenden leitendenBeschichtung,die in Fig. 10 nichtdargestelltist,

aufeineranderen Substratebene verbunden.Bei83isteine Gate-Vorspannung zufuhrbar, die zusarnmen mit

dem

zu verstarkenden SignaliiberdieLcitungcn84, diezurImpcd- anzanpassungundLeistungsteilung dienen,denGate-EIek- troden zweier Feldeffekttransistoren 85, 86 zufuhrbar ist.

Anschlusse87bis90der Source-Elektrodensind ebenfalls zurMasse-Elektrodedurchkontaktiert.

Die Gate-Elektroden'91, 92 sind streifenformig aufge- baut, beispieisweise mitjeweils vier Streifen einer Breite von 100

pm

^Breite. Die Drain-Elektroden derFeldeffekt- transistoren 85, 86sindiibereinNetzwerk 93zur Bildung derzweiten Harmonischen, zurZusammenfassungderAus- gangssignale beider Feldeffekttransistoren und zur Impe- danzwandlungmiteinemAusgang 94 und miteinem An- schluB 95 zurZufuhrung derDrain-Spannung verbunden.

An

geeignetenStellen weistdasNetzwerkMasseanschliisse 96,97auf.

DieFig. 12a bis 12c zeigen verschiedene

Formen

von

3dB-Kopplem

101,102,103zurVerbindung der Antennen- elemente 104,105mitAus- und Eingangen 106, 107.

Wahrend im

FallederFig.12aund12bdieLeitungsfuh- rung symmetrischist,istbei

dem

unsymmetrischen Aufbau

gemaB

Fig. 12c eine Langendifferenz der Leitung en

zum

Antennenelement104erforderlich,dieeinemganzzahligen Vielfachen der Wellenlangeentspricht.

Patentanspriiche

1. Einrichtung

zum

Senden und

Empfangen

von Ra- darwellen,insbesonderefureinen Abstandssensor,wo- bei mindestens cincm Antennenelement zu sendende Signale zufuhrbar

und

empfangeneSignale entnehm- barsind,da durch gekennzekhnet,daBdieAntennen- elemente(13, 13', 13", 23,^23', 23")

zum

Senden von zirkular polarisiertenRadarwellenausgebildet sindund daBdiezusendendenSignale mindestens aneiner Seite des Antennenelernents(13,13^r,13",23,^23',23") sozu- gefuhrtwerden, daB sie in einer ersten Polarisations- ebene abgestrahlt werden, und daB die empfangenen Signale

vom

Antennenelement (13, ^13', 13", 23, ^23', 23") an einer zweitenPolarisationsebene abgegriffen werden, die zur ersten Polarisationsebeneorthogonal steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zcichnct, daB das Antennenelement(13, 13^?, 13", 23, 23', 23")

im

wesentlichenquadratisch istunddaBdie Zufuhrungunddie EntnahmederSignale mindestens an zwei polarisationsmaBig orthogonalen Punkten ^er- fblgen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet,daBdie zirkulare Polarisationdurch zweidia- gonal entgegengesetzte Abschragungen bewirktwird.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, daB die zirkulare Polarisation durch einen diagonalverlaufendenSchlitzbewirktwird.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden An-

spriiche,dadurch gekennzeichnet, daBeine weitereZu- fuhrung vonzu sendendenSignalen aus derRichtung derempfangenenSignaleerfolgt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn-

DE ^{197 31 085} Al

7

zeichnet, daB zwei Anschliisse eines 3dB-Kopplers (Branch-line-coupler, Rat-race-coupler) (35) derartmit

dem

Antennenelernent(23)verbundensind,daBdiezu sendendenSignalean der einenSeitedes Antennenele- ments (23) gegeniiberder anderenSeite

um

^{90° pha- 5}

senverschoben sind, daB einem drittenAnschluB des 3dB-Kopplers(35) dieempfangenenSignaleentnehm- bar sind

und

daB einemviertenAnschluB diezu sen- dendenSignale zufuhrbarsind.

7. Einrichtung nacheinemderAnspriiche1bis4,da- ¹⁰ durch gekennzeichnet, daBcinRichtkopplcr(19)indie Zuleitung der zusendendenSignale

zum

Antennenele- rnent (23) geschaltet ^ist und daB ein Koppelarm des Richtkopplers(19)mit einem Eingangeines Mischers (25)verbundenist,dessenanderem Eingangdieemp- ¹⁵ rangenen Signale zufuhrbarsindund an dessenAus- gang(31) einZwischenfrequenzsignaientnehmbarist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- zeichnet,daB zwischen

dem

Koppelarm und

dem

Ein- gangdes Mischers(25) eineUmwegleitung(32) einge- ²⁰ filgtist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden

An-

spriiche, dadurch gekennzeichnet, daB zurErzeugung derzusendendenSignaleein steuerbarer Oszillator(1) vorgeschenist,dessen Frcqucnz ubcrcineFrcqucnzrc- 25 gelschleife(3, 4,6,7)miteinemzugeflihrtenModula- tionssignalmodulierbarist

und

dessen Ausgangssignal uber einen Frequenzverdoppler(12, 12', 12")dermin- destenseinemAntennenelernent_{(13, 13',} 13", 23,^23',

23") zuriihrbarist. 30

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, daB der Frequenzregelkreis einenHarmoni- schen-Mischer(4)undeinenRegler₍₇₎umfaBt,wobei

dem

Harmonischen-Mischer(4) auBer

dem

Ausgangs- signal des Oszillators ₍₁₎ das Signal eines Referenz- 35 Oszillators (5) zufuhrbar ist, dessen Frequenz einem ganzzahligen Bruchteil, vorzugsweise einem Viertel, derOszillator-Frequenzentspricht.

11. Einrichtung nach cincmder vorhergehenden

An-

spriiche, dadurch gekennzeichnet, daB die Zufuhrung 40 des Ausgarigssignals des Oszillators ₍₁₎

zum

^Anten-

nenelernent(13,13\ 13", 23,23*,23")uber einenTrei- ber(11,11',11")undeinenalsFrequenzverdopplerwir- kenden Harmonischen-Verstarker(12, 12',12")erfoigt.

12. Einrichtung nacheinem dervorhergehenden

An-

45 spriiche,dadurch gekennzeichnet,daBdas den Anten- nenelementen(23,23',23")zugefuhrteSignal

und

das verstarkteempfangehe Signaleinem Grundwellenmi- scher(25,25',25")zufuhrbarsind,an dessen

Ausgang

einZwischenfrequenzsignaientnehmbarist 50 13. Einrichtung nach einemderAnspruche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daB dasOszillatorsignalund das verstarkte empfangene Signal cincm Harmoni- schen-Mischer(15, ^15',15")zufuhrbarsind,andessen

Ausgang

ein Zwischenfrequenzsignai entnehmbarist. 55 14. Einrichtung nachAnspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, daB das Oszillatorsignal den Antennenele- menten(13, 13',13")und

dem

Harmonischen-Mischer (15,^15',15")ubereinenWilkinson-Teiler(10, ^10',10")

zufuhrbarist. 60

15. Einrichtung nach einemder vorhergehenden

An-

spriiche,dadurch gekennzeichnet, daB das Ausgangssi- gnal des Oszillators ₍₁₎ iaehreren, vorzugsweisedrei,

Antennenelementen(13,^13',13", 23,^23',23")uberei-

nen Leistungsteiler _{(8, 8'),} uberjeeinen Treiber(11, 65 11',11")unduberjeeinenalsFrequenzverdopplerwir- kenden Harmonischen-Verstarker(12,^12',12") zufuhr- barist.

8

16. Einrichtung nach einemderAnspruche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daB ^drei Antennenelemente (23,^23',23")vorgesehensind,von denen zweiauBere Antennenelemente(23, 23") mit zusendendenSigna- lenbeaufschlagtsind,und daB vonalienAntennenele- menten(23,23',23")empfangeneSignalejeeinem Mi- scher(15,15\ 15")zufuhrbarsind,vondessenAusgan- genZwischenfrequenzsignaleentnehmbarsind.

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Nummer: DE

19731085

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Int.CI.6

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HOI Q

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CD

802 063/456

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Nummer: DE197 31085A1

IntCI.^6:

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01

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Offenlegungstag: ^21.Januar1999

802 063/456

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SE1TE 4

Nummer:

Int. CI.6

:

Offenlegungstag:

DE197

31

085 A1

H01Q

21/24 21.Januar 1999

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Nummen

Int. CI.6

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Offenlogungstag:

DE

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2EICHNUNGEN

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Int.CI.6

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DE197

31085

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Nummer:

Int.C!.6

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