Titel

MISCHERÜBERWACHUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines

Mischers gemäß Patentanspruch 1 sowie eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 9.

Stand der Technik

In Radarsystemen werden Mikrowellen-Mischer verwendet, um ein hochfrequentes Sendesignal mit einem empfangenen Reflexionssignal zu mischen und auf diese Weise ein Basisband-Signal mit einer niedrigeren Frequenz zu gewinnen, das dennoch denselben Informationsgehalt wie das Reflexionssignal aufweist. In sicherheitsrelevanten Systemen ist es erforderlich die Mischerfunktion zu überwachen. Im Stand der Technik wird trotzdem entweder keine oder nur eine einfache und unsensible Überwachung der Mischer verwendet.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Mischers anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Schaltungsanordnung zum Über- prüfen der Funktionsfähigkeit eines Mischers bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Mischers wird dem Mischer ein Hochfrequenzsignal zugeführt, um ein Ba- sisband-Signal zu erzeugen. Dabei wird die Amplitude des Hochfrequenzsignals zeitabhängig verändert. Weiter wird ein Gleichspannungsanteil des vom Mischer ausgegebenen Basisband-Signals ausgewertet, um die Funktionsfähigkeit des Mischers festzustellen. Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren zum Über- prüfen der Funktionsfähigkeit passiver und aktiver Mischer. Das Verfahren ist kostenneutral umzusetzen, EMV- und EMC-verträglich und erlaubt eine einfache Ansteuerung und Überwachung.

In einer Weiterbildung wird dem Mischer zusätzlich zum Hochfrequenzsignal ein hochfrequentes Vergleichssignal zugeführt.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Mischer Teil eines Radarsystems. Dabei wird das Hochfrequenzsignal als Sendesignal des Radarsystems verwendet und als Vergleichssignal ein durch das Radarsystem empfangenes Reflexionssignal verwendet. Vorteilhafterweise gestattet dies eine Prüfung der Funktionsfähigkeit der Mischers des Radarsystems, ohne dass hierfür die Beschaltung des Mischers verändert werden muss.

Bevorzugt wird ein zeitlicher Verlauf des Gleichspannungsanteils des Basisband- Signals ausgewertet. Zur Absicherung gegenüber anderen Einflüssen kann die

Modulationsfrequenz und dessen Amplitude im Spektrum verifiziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Amplitude des Hochfrequenzsignals mit einer Amplitudenmodulationsfrequenz moduliert. Eine solche Amplitudenmodulation kann vorteilhafterweise auf einfache Weise durch einen

Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor oder eine andere schaltbare Quelle erzeugt werden.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Höhe eines Signalpegels des Ba- sisband-Signals bei der Amplitudenmodulationsfrequenz des Hochfrequenzsignals mit einem festgelegten Grenzwert verglichen, und der Mischer als funktionsfähig bewertet, falls der Grenzwert überschritten ist. Vorteilhafterweise werden bei einer solchen Auswertung in der Frequenzdomäne etwaige Störeinflüsse, beispielsweise durch Radarziele, eliminiert. In einer zusätzlichen Weiterbildung des Verfahrens wird die Amplitude des Hochfrequenzsignals während eines ersten Zeitintervalls mit einer ersten Amplitudenmodulationsfrequenz moduliert und während eines zweiten Zeitintervalls mit einer zweiten Amplitudenmodulationsfrequenz moduliert. Vorteilhafterweise kann dadurch eine zufällige Überlagerung der Amplitudenmodulationsfrequenz mit einem Signal, dass durch eine Reflexion an einem in der Umgebung des Radarsystems befindlichen Objekt erzeugt wird, erkannt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens weist das Hochfre- quenzsignals während eines ersten Zeitintervalls eine erste zeitlich konstante

Amplitude auf und während eines zweiten Zeitintervalls eine zweite zeitlich konstante Amplitude auf. Dabei wird der Mischer als funktionsfähig bewertet, falls der Gleichspannungsanteil des Basisband-Signals im zweiten Zeitintervall einen anderen Betrag als im ersten Zeitintervall aufweist. Vorteilhafterweise ist das Ver- fahren in dieser Ausführungsform noch einfacher durchführbar.

Eine erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung umfasst einen Mischer zum Mischen eines Hochfrequenzsignals und eines hochfrequenten Vergleichsignals und zum Ausgeben eines Basisband-Signals. Dabei ist eine Ein- richtung vorgesehen, um die Amplitude des Hochfrequenzsignals zeitabhängig zu verändern. Außerdem ist eine Auswertschaltung vorgesehen, um anhand eines Vergleichs einer zeitlichen Änderung eines Gleichspannungsanteils des Basisband-Signals mit der zeitlichen Änderung der Amplitude des Hochfrequenzsignals die Funktionsfähigkeit des Mischers zu beurteilen. Vorteilhafterweise eig- net sich die Schaltungsanordnung zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit passiver und aktiver Mischer. Sie ist EMV- und EMC-verträglich und erlaubt eine einfache Ansteuerung und Überwachung.

Bevorzugt ist der Mischer Teil eines Radarsystems.

Zweckmäßigerweise ist der Mischer ein Diodenmischer oder eine Gilbert-Zelle.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei werden für gleiche oder gleich wirkende Teile einheitliche Bezugszeichen ver- wendet. Es zeigen: Figur 1 ein schematisches Schaltbild eines Radarsystems und

Figur 2 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs eines amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignals und eines Basisband-Signals.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Radarsystems 100. Bei dem Radarsystem 100 kann es sich beispielsweise um ein frequenzmoduliertes Dau- erstrich-Radar handeln. Das Radarsystem 100 kann beispielsweise zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung in einem Kraftfahrzeug dienen.

Das Radarsystem 100 weist einen spannungsgesteuerten Oszillator 120 auf. Der spannungsgesteuerte Oszillator dient zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals 210. Das Hochfrequenzsignal 210 kann beispielsweise eine Frequenz in der

Größenordnung von 77 GHz aufweisen. Bevorzugt erlaubt der spannungsgesteuerte Oszillator eine Einstellung der Frequenz des Hochfrequenzsignals 210. Anstelle des spannungsgesteuerten Oszillators 120 kann auch ein anderes Bauteil zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals 210 vorgesehen sein.

Das Radarsystem 100 umfasst außerdem einen Verstärker 130 mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor. Der Verstärker 130 weist einen Verstärkereingang 132, einen Modulationseingang 134 und einen Verstärkerausgang 136 auf. Der Verstärkereingang 132 ist mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 120 verbun- den und empfängt das Hochfrequenzsignal 210. Der Modulationseingang 134 empfängt ein Modulationssignal 220. Über das am Modulationseingang 134 anliegende Modulationssignal 220 kann der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 130 eingestellt werden. Der Verstärker 130 verstärkt das am Verstärkereingang 132 anliegende Hochfrequenzsignal 210 und gibt es als verstärktes Hochfre- quenzsignal 230 über den Verstärkerausgang 136 aus. Falls sich die Größe des am Modulationseingang 134 anliegenden Modulationssignals 220 zeitabhängig ändert, so wird das am Verstärkereingang 132 anliegende Hochfrequenzsignal 210 durch den Verstärker 130 zusätzlich amplitudenmoduliert und als amplitudenmoduliertes verstärktes Hochfrequenzsignal 230 ausgegeben. Falls am Mo- dulationseingang 134 ein zeitlich konstantes Signal anliegt, so führt der Verstärker 130 keine Amplitudenmodulation durch. Das Radarsystem 100 umfasst weiter eine Antenne 150 zum Aussenden des Hochfrequenzsignals 230. Die Antenne 150 kann auch zum Empfangen eines von eventuellen Objekten in der Umgebung des Radarsystems 100 reflektierten Vergleichssignals 240 dienen. In diesem Fall trennt ein in Figur 1 nicht dargestellter Zirkulator das ausgesandte Hochfrequenzsignal 230 und das empfangene Vergleichssignal 240. Alternativ können zum Aussenden und zum Empfangen getrennte Antennen 150 verwendet werden, wie in Figur 1 dargestellt. Das Radarsystem 100 umfasst außerdem einen Mischer 1 10 mit einem LO-

Eingang 1 12, einem RF-Eingang 1 14 und einem Basisband-Ausgang 1 16. Der Mischer 1 10 ist ein Mikrowellen-Mischer zur Frequenzumsetzung. Der Mischer 1 10 kann ein passiver Diodenmischer oder ein aktiver Mischer, beispielsweise eine Gilbert-Zelle sein. Der LO-Eingang 1 12 ist mit dem Verstärkerausgang 136 verbunden und empfängt das verstärkte Hochfrequenzsignal 230. Am RF-

Eingang 1 14 liegt das Vergleichssignal 240 an. Das am LO-Eingang 1 12 anliegende Signal 230 und das am RF-Eingang 1 14 anliegende Signal weisen ungefähr die gleiche Frequenz auf. Der Mischer 1 10 kann ein homodyner bzw. mono- dyner Mischer sein.

Der Mischer 1 10 multipliziert das verstärkte Hochfrequenzsignal 230 mit dem Vergleichssignal 240. Anders ausgedrückt wird dem Vergleichssignal 240 das verstärkte Hochfrequenzsignal 230 aufmoduliert. Dadurch erzeugt der Mischer 1 10 ein Basisband-Signal 250, das über den Basisband-Ausgang 1 16 ausgege- ben wird. Das Basisband-Signal 250 enthält Signalanteile, deren Frequenz der

Differenz der Frequenzen des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 und des Vergleichssignals 240 entsprechen.

Während des normalen Betriebs des Radarsystems 100 wird die Frequenz des Hochfrequenzsignals 210 und entsprechend auch des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 im zeitlichen Verlauf rampenförmig geändert. Am Modulationseingang 134 des Verstärkers 130 liegt ein zeitlich konstantes Modulationssignal 220 an, so dass der Verstärker 130 das verstärkte Hochfrequenzsignal nicht amplitudenmoduliert. Das verstärkte Hochfrequenzsignal 230 wird über die An- tenne 150 ausgesandt. In der Umgebung des Radarsystems 100 befindliche Objekte reflektieren das verstärkte Hochfrequenzsignal 230 zurück zur Antenne 150, wo es als Vergleichssignal 240 empfangen wird. Wegen der Laufzeit des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 zum reflektierenden Objekt und zurück zur Antenne 150 hat sich die Frequenz des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 bis zum Zeitpunkt des Empfangs des Vergleichssignals 240 bereits geändert, so dass zwischen dem verstärkten Hochfrequenzsignal 230 und dem empfangenen

Vergleichssignal 240 eine Frequenzdifferenz besteht, die vom Abstand des reflektierenden Objekts vom Radarsystem 100 abhängt. Der Mischer 1 10 erzeugt das Basisband-Signal 250, dessen Frequenz dieser Frequenzdifferenz entspricht. Eine Auswertschaltung schließt dann von der Frequenz des Basisband- Signals 250 auf den Abstand des reflektierenden Objekts vom Radarsystem 100.

Um auch durch zwischen dem Radarsystem 100 und dem reflektierenden Objekt bestehende Relativgeschwindigkeiten verursachte Doppler-Verschiebungen auszugleichen, können mehrere aufeinander folgende Messzyklen durchgeführt werden, bei denen die zeitliche Änderung der Frequenz von Hochfrequenzsignal 210 und verstärktem Hochfrequenzsignal 230 mit unterschiedlichen Steigungen erfolgt.

Falls die Frequenzdifferenz zwischen dem verstärkten Hochfrequenzsignal 230 und dem Vergleichssignal 240 klein ist, so ist auch die Frequenz des durch den Mischer 1 10 erzeugten Basisband-Signals 250 klein. Falls das verstärkte Hochfrequenzsignal 230 und das Vergleichssignal 240 die gleiche Frequenz aufweisen, so gibt der Mischer 1 10 am Basisband-Ausgang 1 16 eine Gleichspannung aus, oder das Basisband-Signal 250 weist einen Gleichspannungsanteil auf. In der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die Größe des Gleichspan- nungsanteils im Basisband-Signal 250 bei einem funktionsfähigen Mischer 1 10 von der Amplitude des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 abhängt, während dies bei einem defekten Mischer 1 10 nicht der Fall ist. In einer vereinfachten Ausführungsform muss dem Mischer 1 10 kein Vergleichssignal 240 zugeführt werden. Auch ohne anliegendes Vergleichssignal 240 weist das durch den Mi- scher 1 10 ausgegebene Basisband-Signal 250 einen Gleichspannungsanteil auf, dessen Größe im Falle eines funktionsfähigen Mischers 1 10 von der Amplitude des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 abhängt.

In beiden Fällen lässt sich aus dem Vorhandensein einer Abhängigkeit der Höhe des Gleichspannungsanteils des Basisband-Signals 250 von der Amplitude des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 auf die Funktionsfähigkeit des Mischers 1 10 schließen. Zu diesem Zweck weist das Radarsystem 100 eine Einrichtung zur Amplitudenmodulation 160 auf, die mit dem Modulationseingang 134 des Verstärkers 130 verbunden ist. Die Einrichtung zur Amplitudenmodulation 160 gibt das Modulationssignal 220 aus, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 130 zeitabhängig zu ändern und dadurch die Amplitude des durch den Verstärker

130 ausgegebenen verstärkten Hochfrequenzsignals 230 zu modulieren. Das Radarsystem 100 weist außerdem eine Auswertschaltung 140 auf, die das durch den Mischer 1 10 ausgegebene Basisband-Signal 250 empfängt und auswertet. Die Auswertschaltung 140 ist auch mit der Einrichtung zur Amplitudenmodulation 160 verbunden, um die Amplitudenmodulation zu steuern. Die Auswertschaltung

140 prüft, ob sich ein Gleichspannungsanteil des Basisband-Signals 250 entsprechend der durch die Einrichtung zur Amplitudenmodulation 160 durchgeführten Amplitudenmodulation des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 ändert. Ist dies der Fall, so schlussfolgert die Auswertschaltung 140, dass der Mischer 1 10 funktionsfähig ist.

Bevorzugt findet eine solche Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Mischers 1 10 während eines Zeittraums statt, während der sich die Frequenz des Hochfrequenzsignals 210 und des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 zeitlich nicht oder kaum ändert. Ein Messzyklus zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des

Mischers 1 10 kann beispielsweise 1 Millisekunde dauern. Anschließend wird die Amplitudenmodulation des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 abgeschaltet und das Radarsystem 100 wieder in den gewöhnlichen Betrieb überführt. Die Amplitude des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 kann zeitlich periodisch mit einer Amplitudenmodulationsfrequenz moduliert werden. Figur 2 zeigt exemplarisch einen zeitlichen Verlauf eines derart amplitudenmodulierten verstärkten Hochfrequenzsignals 230. Ebenfalls schematisch in Figur 2 dargestellt ist der erwartete zeitliche Verlauf des Basisband-Signals 250 im Falle eines funktionsfähi- gen Mischers 1 10. Die Höhe des Gleichspannungsanteils des Basisband-Signals

250 ist ebenfalls mit der Amplitudenmodulationsfrequenz moduliert. Eine eventuelle Phasenverschiebung zwischen dem verstärkten Hochfrequenzsignal 230 und dem Basisband-Signals 250 wurde in Figur 2 nicht berücksichtigt und spielt für die weitere Auswertung keine Rolle. Die Auswertschaltung 140 kann das amplitudenmodellierte Basisband-Signal 250 beispielsweise in der Frequenzdomäne auswerten. Hierzu führt die Auswertschaltung 140 eine Fouriertransformation des empfangenen Basisband-Signals 250 durch und prüft, ob das so gewonnene Spektrum des Basisband-Signals 250 ein Maximum bei der Amplitudenmodulationsfrequenz aufweist. Vorteilhafterweise werden etwaige Störeinflüsse bei anderen Frequenzen dadurch eliminiert.

Um eine zufällige Überlagerung der Amplitudenmodulationsfrequenz mit durch eine Reflexion an einem Objekt in der Umgebung des Radarsystems 100 verur- sachten Signalanteilen im Basisband-Signal 250 auszuschließen, können zwei oder mehr aufeinander folgende Zyklen mit unterschiedlichen Amplitudenmodulationsfrequenzen durchgeführt werden.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Auswertung des Basisband-Signals 250 durch die Auswertschaltung 140 auch in der Zeitdomäne erfolgen. Hierbei kann beispielsweise die Amplitude des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 nicht periodisch moduliert, sondern lediglich zwischen einem ersten und einem zweiten Wert umgeschaltet werden. Beim Wechsel zwischen dem ersten Wert der Amplitude des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 und dem zweiten Wert der Amplitude des verstärkten Hochfrequenzsignals 230 sollte sich bei einem funktionsfähigem Mischer 1 10 auch die Größe des Gleichspannungsanteils des Basisband-Signals 250 ändern. Ist dies nicht der Fall, so kann auf einen defekten Mischer 1 10 geschlossen werden.