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Inhalt:

Millimeter-Wellen Simulation für Automotive Radar Systeme

Dipl.-Ing. Dr. Markus Treml

Dipl.-Ing. Dr. Markus Treml
   

Betreuer und 1. Begutachter:

A.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Andreas Stelzer

2. Begutachter:

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Bernhard Zagar

Rigorosum:

25. Februar 2010

In den letzten Jahren hat auch die Automobilindustrie das Radar für sich entdeckt. Neben möglichen Anwendungen wie Parksensoren, Precrash Detektion und Blind-Spot Detektion, hat sich die Radartechnologie vor allem für die adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung durchgesetzt. Neben der Reduktion der Größe der Radarsensoren, welche für eine Integration in ein Automobil wesentlich ist, stellt auch der Preis einen bestimmenden Faktor dar. Der derzeitig noch relativ hohe Preis derartiger Sensoren ist ein wesentlicher Punkt, warum diese Option derzeit hauptsächlich in Autos der Luxusklasse zur Verfügung steht.

Für eine drastische Reduktion des Preises und somit der Möglichkeit, Radarsensoren auch in Klein- und Mittelklasseautos einzusetzen, sind verschiedene Maßnahmen nötig. Neben der Reduktion der Hardwarekosten des Millimeter-Wellen (mm-Wellen) Sensors, welche heute durch einen Technologieumstieg von GaAs auf SiGe bereits im Gange ist, ist es auch nötig, die Designzyklen zu reduzieren und somit Entwicklungskosten zu minimieren. Auf diesem Weg ist es ein wesentlicher Schritt, den gesamten Sensor bereits vor der Hardware-Realisierung auf Systemebene zu betrachten und vollständig zu simulieren. Dadurch können schon vorab grundsätzliche Designfehler ausgeschlossen und dadurch langwierige Redesignzyklen minimiert werden.

Für eine vollständige Systemsimulation des Sensors ist es notwendig, dass sowohl genaue Modelle der einzelnen mm-Wellen Bauteile, als auch ein grundlegendes Verständnis und eine Modellierung der Radarstrecke vorhanden sind. Die kommerziell zur Verfügung stehenden Modelle sind oft sehr vereinfacht und bilden parasitäre oder unerwünschte Effekte nicht oder nur unzureichend ab.

Daher ist es das Ziel dieser Arbeit, Möglichkeiten zur Modellierung und Analyse von mm-Wellen Komponenten aufzuzeigen, welche sowohl auf Ergebnissen aus Schaltungssimulationen der einzelnen Komponenten, als auch auf Messdaten basieren können. Dazu ist es notwendig, auch auf die Möglichkeiten der Charakterisierung der verschiedenen mm-Wellen Komponenten einzugehen, da im betrachteten Frequenzbereich auch die zur Verfügung stehenden Messmöglichkeiten eingeschränkt sind.

Wie oben erwähnt, ist eine Kenntnis der Radarstrecke, sowie der grundlegenden charakteristischen Eigenschaften möglicher Radarziele für eine Systembetrachtung ebenfalls von Nöten. Daher wird auch die Radarstrecke und die Bestimmung des Radarquerschnitts komplexer Objekte in dieser Arbeit detailliert betrachtet. Dazu wird ein Simulator, der den Radarquerschnitt von metallischen Objekten mit Hilfe eines Raytracingansatzes und physikalischer Optik berechnet, beschrieben.

Mit Hilfe der Modellierungsmöglichkeiten die in dieser Arbeit aufgezeigt werden, sollte es in Zukunft möglich sein, ausführliche Systemsimulationen mit vernünftigem Rechenaufwand durchzuführen und somit die Systemkonzepte bereits vor der Hardware-Realisierung ausreichend zu überprüfen.

Abbildung 1: Radarquerschnitt einer handelsüblichen Dose, simuliert und gemessen bei 77 GHz.

Abbildung 1: Radarquerschnitt einer handelsüblichen Dose, simuliert und gemessen bei 77 GHz.

 Abbildung 2: Prototyp eines 4-Kanal Millimeter-Wellen Radarmoduls.

Abbildung 2: Prototyp eines 4-Kanal Millimeter-Wellen Radarmoduls.

Keywords: Radar, Radarquerschnitt, Systemsimulation, Verhaltensmodell, Millimeter- Wellen Radar, MMICs