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AFE für Radar-Systeme

Entwicklung kostengünstiger Radar-Systeme

16. Mai 2012, 14:48 Uhr | Von Uwe Bröckelmann

Radar-Systeme werden seit 1997 in Fahrzeugen eingesetzt. Dabei waren in den ersten Jahren die Anwendungen auf die adaptive Geschwindigkeitsregelung (Adaptive Cruise Control; ACC) begrenzt. Diese Systeme arbeiteten ausschließlich im 76-/77-GHz-Bereich und nutzten meist sehr teure Komponenten, zum Teil aus der Militärtechnik. Daher fanden sich solche Systeme ausschließlich in Oberklassefahrzeugen. Durch die Entwicklung von 24‑GHz-Radar-Systemen sind die Kosten deutlich gesunken und die Radar-Technik hält Einzug in weitere Fahrzeugklassen und in zusätzliche Komfort- und Sicherheitsanwendungen, wie Spurwechselassistenten, Notbrems- und Kreuzungsassistenten.

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Entwicklern von Radar-Systemen stehen verschiedene Radar-Techniken zur Verfügung, wobei grundsätzlich zwischen Impulsbetrieb und Dauerbetrieb (Frequency Modulated Continuous Wave; FMCW) unterschieden wird. Beim Impuls-Doppler-Radar wird immer nur eine Impulsfolge gesendet und die Laufzeit (Entfernung), bis das Signal an einem Objekt reflektiert wird und zur Antenne zurückkehrt, gemessen. Des Weiteren wird die Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt analysiert. Der Dopplereffekt bewirkt, dass sich die Frequenz einer ausgesendeten elektromagnetischen Welle vergrößert, wenn sich die Distanz zwischen Sender und dem Ort der Reflexion verringert und die Frequenz wird kleiner, wenn sich der Abstand vergrößert. Bei einem Abstands-Radar kann man somit die Änderung der Relativgeschwindigkeit zum folgenden und vorausfahrenden Fahrzeug ermitteln. So wird erkannt, ob sich der Abstand zwischen beiden Fahrzeugen verringert oder vergrößert. Diese Information nutzt das ACC-Steuergerät, um eine Verzögerung einzuleiten oder die Beschleunigung freizugeben, falls die vom Fahrer gewünschte Endgeschwindigkeit noch nicht erreicht ist.

Ein FMCW-Radar hingegen wartet nicht, bis der gesendete Radar-Impuls nach der Reflexion an einem Gegenstand wieder am Fahrzeug eingetroffen ist, sondern sendet und empfängt kontinuierlich. Damit man dabei die einzelnen Radar-Signale für eine Laufzeitbestimmung unterscheiden kann, werden sie moduliert. Das heißt, jedes ausgesendete Radar-Signal wird leicht in der Frequenz geändert und kann somit von dem vorher und nachher ausgesendeten Signal unterschieden werden. Diese Modulationstechnik wird als Frequency Shift Keying (FSK) bezeichnet. Dabei gibt es in der Praxis verschiedene Verfahren, wie die Sollfrequenzen dem Radar vorgegeben werden können. Dies kann in Form eines Dreieckssignal geschehen, wobei die Anzahl und Höhe der Stufen bei steigender und abnehmender Sollfrequenz identisch sind. Oder auch in Form eines Sägezahnsignals, wobei nach Erreichen der Endfrequenz die Sollfrequenz in einem Schritt wieder auf die Startfrequenz gestellt wird. Diese Methode wird häufig beim „24 GHz High Speed Ramp FMCW Radar“ eingesetzt, für das der Baustein AD8283 von Analog Devices entwickelt wurde. Auch die Geschwindigkeit, in der diese Frequenzrampe vorgegeben wird, unterscheidet sich je nach Implementierung, wobei hier der Entwickler zwischen Aufwand bei der Auswertung und der Auflösung des Radars abwägen muss.