CN112771400B - 具有同步化的高频模块的雷达传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有至少两个同步工作的高频模块(10、12)的雷达传感器，所述高频模块分别具有至少一个信号路径(TX1、TST1；TX2、TST2)，在所述信号路径中，被传递的高频信号的相位被改变了一个与温度有关的相位差，其特征在于，在每个高频模块(10、12)中，鉴相器(28)与所述信号路径(TX1、TST1；TX2、TST2)并联连接，所述鉴相器提供信号(U)，在确定的相位差的情况下，所述信号与温度无关地具有极值，在所述信号路径(TX1、TST1；TX2、TST2)中布置有移相器(24)，借助所述移相器能够如此调节所述相位差，使得所述鉴相器的信号(U)具有所述极值。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有至少两个同步工作的高频模块的雷达传感器，所述高频模块分别具有至少一个信号路径，在所述信号路径中，所传递的高频信号的相位被改变了一个与温度有关的相位差。
背景技术
在用于机动车的雷达传感器的情况下，在努力接近完全自主驾驶的目标的过程中，例如为了实现MIMO方案(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)或者数字式波束形成(Beamforming)方案，存在复杂性增加的趋势以及尤其是发送通道和接收通道的数量增加的趋势。在可靠性方面和功耗方面，在此值得期待的是，限制在雷达传感器中使用的高频模块(MMIC；Monolithic Microwave Integrated Circuits，单片微波集成电路)的尺寸并且取而代之地使用优选构造得相同的多个MMIC，所述MMIC如此相互同步，使得已知并且在分析处理接收信号时能够适当地考虑在所有发送通道中所发送的信号之间的相位关系。
由于各个MMIC的空间需求，当模块的数量增加时，各个MMIC之间的间距变得如此大，使得用于同步的信号的信号传播时间能够变得不可忽视。由此产生一个特别的困难之处，即在各个MMIC之间的空间间距较大的情况下，也不再能够假设所有MMIC具有相同的温度，使得由于电子构件的温度变化过程可能出现具有未知大小的传播时间差和相位差。
发明内容
本发明的任务在于提出一种可能性：即使在与温度有关的相位差的情况下也实现高频模块的准确的同步，并且不损害雷达传感器的功能。
根据本发明，该任务通过下述方式解决：在每个高频模块中，鉴相器(Phasendetektor)与信号路径并联连接，该鉴相器提供信号，在确定的已知相位差的情况下，该信号与温度无关地具有(annehmen)极值，并且在信号路径中布置有移相器，借助该移相器能够如此调节相位差，使得鉴相器的信号具有极值。
本发明提供的优点是，借助于移相器和鉴相器能够将就其本质而言未知的、与温度有关的相位差调节为已知的值，使得在同步高频模块时能够考虑所述相位差。根据本发明使用的鉴相器虽然不能够定量地测量相位差，但是具有这样的优点，即其信号具有极值的点与温度无关，使得在校正相位差时能够不出现干扰性的温度影响。在各个高频模块中待添加的部件，即鉴相器和移相器，能够无问题地集成到模块中，并且不明显影响部件的功耗或者测量准确性。
在从属权利要求中说明本发明的有利的构型和扩展方案。
鉴相器例如能够涉及整流二极管，当给整流二极管加载信号路径的相反的端部的信号时，所述整流二极管提供直流电压作为输出信号，所述直流电压与信号的叠加幅度成比例，因此根据最大值(在相长叠加时)与最小值(当信号完全相消时为零)之间的相位差而变化。
例如IQ调制器能够用作信号路径中的移相器。
不同的高频模块的同步能够通过在模块之间交换的特定的同步信号实现。在另一实施方式中，高频模块的或者说该模块(主机)的发送通道的发送信号同时用作用于另外的模块(从机)的同步信号。在此，每个单个的模块能够具有多个信号路径，在所述多个信号路径中可能出现与温度有关的相位差。在这种情况下，这些信号路径中的每个信号路径都配属有鉴相器和移相器。
每个高频模块能够具有其自己的、电压控制的本地振荡器，用于产生高频信号。然后，共同的参考信号能够用于同步在不同的模块中的振荡器，该共同的参考信号被提供给所有模块。由于用于该参考信号的传递路径不具有温度变化过程，因此，由该参考信号到各个振荡器的不同的传播时间产生的相位差是已知的或者说能够通过适当地选择线路长度而被调节为已知的值。
在FMCW雷达(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)的情况下，每个高频模块的各接收通道均具有混频器，在该混频器中，将所接收的信号与在同一时刻发送的信号的分量(Anteil)混频，使得产生中频信号，该中频信号的谱在雷达传感器的测量运行时提供关于所定位的对象的间距和相对速度的信息。在一个或者多个校准模式中，所述混频器能够用于测量不同的闭合的信号路径链中的相位差。由于所述链中的至少若干链还包含同步信号的从一个高频模块到另一高频模块的路径，因此，当已借助于鉴相器和移相器校准用于其余信号路径的相位差时，能够确定所有相关的相位差，使得高频模块能够正确地相互同步。
在一种实施方式中，每个高频模块能够包含附加的混频器，借助该附加的混频器能够监控发送信号的复幅度(量值和相位)。
附图说明
下面，根据附图更详尽地阐述实施例。
附图示出：
图1示出根据本发明的雷达传感器的简化电路图，该雷达传感器具有两个彼此同步化的高频模块；和
图2示出在根据图1的高频模块中使用的鉴相器的信号特性曲线。
具体实施方式
在图1中示出的雷达传感器具有两个高频模块10、12，所述高频模块构造为例如MMIC并且能够布置在共同的电路板上。每个高频模块具有多个发送通道和多个接收通道。然而，为了简化示意图，对于每个高频模块而言，仅示出唯一一个发送通道TX和唯一一个接收通道RX。
为了高频模块10、12的同步设置有信号路径L，该信号路径将两个高频模块的发送通道TX的输出端相互耦合。例如，能够如此运行雷达传感器，使得高频模块10用作主机，高频模块12用作从机，该从机将在信号路径L上传递的信号用作同步信号。由于两个高频模块10、12必须需要以彼此相距一定的间距的方式布置在电路板上，因此，在信号路径L上传递的信号具有一定的信号传播时间，该信号传播时间导致产生先验未知的相位差L，为了模块的正确同步必须补偿该相位差。
两个高频模块10、12中的每个高频模块都包含本地振荡器16，该本地振荡器具有连接在后面的放大器18。放大器18的输出信号通过耦合器20一方面馈入到发送通道TX中并且作为发送信号发送，另一方面提供给混频器22的第一输入端。在接收通道RX中接收的信号提供给混频器22的第二输入端，使得混频器22提供施加在两个输入端处的信号的混频产物作为输出信号。
在高频模块10中，信号路径EXT1从发送通道TX的输出端返回至耦合器20。这使得通过信号路径L到达的信号能够替代该模块自己的本地振荡器16的信号用作外部发送信号。耦合器20通向发送通道TX的输出端的信号路径被称为TX1。耦合器20通向混频器22的信号路径被称为LO1。这两个信号路径分别包含移相器24，该移相器例如由IQ调制器形成。
如果在接收通道RX中未接收到信号，则在混频器22的配属的输入端处通过信号路径TST1直接耦合输入放大器18的输出信号。信号路径TST1也包含移相器24。该移相器的输出端与其他混频器26的输入端连接。能够向该混频器的另外的输入端提供在发送通道TX的输出端处截取的发送信号。
在发送通道TX的该输出端与放大器18的输出端之间连接有鉴相器28，该鉴相器例如由整流二极管形成。在放大器18的输出端与混频器22的接收-输入端之间连接有其他鉴相器28。
两个高频模块10、12的本地振荡器16的输入端连接到共同的参考信号源30上，该共同的参考信号源用于使振荡器相互同步。两个振荡器16与参考信号源30之间的连接能够被视为其他信号路径DPH，在该其他信号路径上能够出现相位差DPH，该相位差取决于相应的线路长度。例如，能够如此选择布置，使得从参考信号源30到两个振荡器16中的每个振荡器的线路具有相同的长度。在这种情况下，适用相位关系DPH＝0。
高频模块12与高频模块10具有相同的构造。在此，不同的信号路径用与在高频模块10中相同的字母标记来表示，但是用索引“2”代替“1”。
在信号路径TX1中出现相位差TX1，该相位差具有与局部温度有关的分量。这同样适用于信号路径LO1、EXT1和TST1。在此，配属的相位差分别用相同的附图标记来表示，但是设有下划线。对应的内容也适用于高频模块12中的信号路径。信号路径L中的相位差L一般同样与温度有关。
为了两个高频模块10、12的同步，需要校准与温度有关的相位差。为此，雷达传感器能够在四个不同的校准模式中运行。
在校准模式1中，高频模块10将其发送信号(发送通道TX的输出端)作为同步以及发送信号提供给高频模块12。然后，信号通过信号路径TX1、L、EXT2和LO2传到混频器22。在那里，借助通过信号路径TST2提供给高频模块12中的混频器22的信号形成混频产物作为测量信号。然后，混频器的输出信号代表下述相位差：
D1＝(DPH+TX1+L+EXT2+LO2)-TST2 (1)
在校准模式2中，高频模块12将其发送信号提供给高频模块10的混频器。在此，信号通过信号路径TX2、L、EXT1和LO1传到高频模块10的混频器22。在那里，借助通过信号路径TST1提供的信号一起形成混频产物。在这种情况下，混频器22的输出信号是：
D2＝(-DPH+TX2+L+EXT1+LO1)-TST1 (2)
在校准模式3中，高频模块10将通过信号路径LO1传递的发送信号提供给其自己的混频器。在那里，借助通过信号路径TST1传递的、作为参考信号的信号形成混频产物。然后，混频器的输出信号对应于下述相位差：
D3＝LO1-TST1 (3)
在校准模式4中，高频模块12将通过信号路径LO2提供给混频器的发送信号提供给自己的混频器22。在那里，借助通过信号路径TST2提供的参考信号形成混频产物。然后，混频器的输出信号代表下述相位差：
D4＝LO2-TST2 (4)
通过在四个校准模式中的测量得到具有十个变量的方程组：DPH、TX1、L、EXT2、LO2、TST2、TX2、EXT1、LO1和TST1。
其中，DPH能够根据线路长度确定，因此能够被认为是已知的。对于两个高频模块的校准，相位差L不是直接相关的，而是只有由相位差L+EXT2构成的总和或总和L+EXT1是相关的，使得L作为独立变量能够被消除，取而代之地，只需要考虑独立变量(L+EXT2)和L+EXT1)。因此，还剩下八个未知量，但是，具有所述八个未知量，该方程组仍是欠定的。
因此，为了求解该方程组，需要以其他方式来确定八个未知量中的四个未知量。然而，根据本发明，不直接测量这些未知量(这会又需要具有自己的未知的温度变化过程的有源部件)，而是借助于鉴相器28和移相器24将未知的相位差校正为已知的值。为此使用鉴相器28，所述鉴相器虽然不能够实现相位差的绝对的测量，但是由于其特定的特性曲线能够实现相位差的与温度无关的确定，在该相位差的情况下，该特性曲线具有最小值(或者最大值)。在图2中示出用于这样的特性曲线的示例。在此绘制用作鉴相器28的整流二极管上下降的直流电压U作为在整流二极管中相互叠加的信号的相位差Φ的函数。当叠加的信号的曲线具有正弦形的变化过程时，特性曲线在相位差为0和360°时具有最大值，在相位差为180°的情况下存在突出的、基于(在此不可微分(differenzierbar)的)特性曲线清晰地可定位的最小值。然后，借助于配属的移相器24能够如此调节相位差，使得由鉴相器提供的输出信号U具有该最小值。然后，已知相互比较的信号之间的相位差是180°。
在图1中，通过该方式，借助于在高频模块10中连接在放大器18与发送通道TX的输出端之间的鉴相器28，并且借助于信号路径TX1中的移相器24，能够将相位差TX1调节为180°。借助于连接在放大器18与混频器22之间的鉴相器28，并且借助于信号路径TST1中的移相器24，能够将相位差TST1调节为180°。对应的内容也适用于高频模块12中的相位差TX2和TST2。因此，由等式(3)和(4)同样能够确定LO1和LO2，使得剩余的方程组能够解出未知量(L+EXT2)和(L+EXT1)。因为因此能够与温度无关地确定所有相关的相移，所以能够使高频模块10和12精确地相互同步。
除此之外，在示出的示例中，借助于混频器26，在相应的发送通道TX中发送的信号能够直接与在校准模式1或者说2中提供给混频器22的信号进行比较。然后，借助于信号路径LO1或LO2中的移相器24能够补偿可能的偏差。
通过未示出的电子控制装置控制高频模块10、12的上述部件在测量运行中以及在不同的校准模式中的功能。
Claims (9)
1.一种雷达传感器，所述雷达传感器具有同步工作的至少两个高频模块(10、12)，所述至少两个高频模块分别具有至少一个信号路径(TX1、TST1；TX2、TST2)，在所述至少一个信号路径中，所传递的高频信号的相位被改变了一个与温度有关的相位差，其特征在于，在每个高频模块(10、12)中，鉴相器(28)与所述信号路径(TX1、TST1；TX2、TST2)并联连接，所述鉴相器提供信号(U)，在确定的相位差的情况下，所述信号与温度无关地具有极值，在所述信号路径(TX1、TST1；TX2、TST2)中布置有移相器(24)，借助所述移相器能够如此调节所述相位差，使得所述鉴相器的信号(U)具有所述极值。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其中，所述鉴相器(28)由整流二极管形成，待比较的信号在所述整流二极管上相互叠加。
3.根据权利要求1或者2所述的雷达传感器，其中，所述移相器(24)由IQ调制器形成。
4.根据权利要求1或2所述的雷达传感器，其中，每个高频模块(10、12)具有本地振荡器(16)，不同的所述高频模块(10、12)的本地振荡器(16)通过具有已知长度的线路与共同的参考信号源(30)连接。
5.根据权利要求1或2所述的雷达传感器，其中，每个高频模块(10、12)具有混频器(22)，所述混频器构造用于将在接收通道(RX)中接收的信号与在发送通道(TX)中发送的信号混频。
6.根据权利要求5所述的雷达传感器，其中，每个高频模块(10、12)的同步信号输出端能够通过同步信号路径(L)与每个另外的高频模块(12、10)的同步信号输入端耦合，通过所述同步信号路径(L)接收的信号能够在每个高频模块中通过其他信号路径(EXT1、EXT2)作为发送信号提供给所述高频模块的混频器(22)。
7.根据权利要求6所述的雷达传感器，其中，在所述高频模块(10、12)中的每个高频模块中，至少一个发送通道(TX)的输出端形成所述高频模块的同步输入端和同步输出端。
8.根据权利要求6或者7所述的雷达传感器，其中，通过信号路径(TST1)能够向每个高频模块(10、12)的混频器(22)提供自己的本地振荡器(16)的输出信号作为测试信号。
9.根据权利要求5所述的雷达传感器，其中，每个高频模块(10、12)具有其他混频器(26)，所述其他混频器构造用于监控在所述高频模块的发送通道(TX)中发送的信号的复幅度。
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