Schriftenreihe des Instituts für Mikrowellentechnik

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Optimierte Signalverarbeitung für Chirp-Sequence-modulierte Kfz-Radarsensoren Immer komplexere und leistungsfähigere Fahrerassistenzsysteme in Fahrzeugen sind auf eine möglichst genaue Erfassung der Umgebung angewiesen. Eine wichtige Sensorklasse stellen dabei die Radarsensoren dar, da diese durch den Dopplereffekt direkt die radiale Geschwindigkeit von Zielobjekten erfassen können. Zukünftige Radare müssen über eine immer bessere Auflösung für die Bestimmung der Entfernungen, der Geschwindigkeiten und der Winkel, unter der Ziele erfasst werden, verfügen. Dies ermöglicht eine Klassifikation von Zielobjekten, beispielsweise die Unterscheidung zwischen Fußgängern und Fahrzeugen. Diese Arbeit stellt optimierte Ansätze der Signalverarbeitung vor, um unter anderem die Geschwindigkeitsauflösung durch eine geschickte Messauswertung zu verbessern, ohne die Messdauer zu verlängern. Weiterhin werden zwei Verfahren betrachtet und verglichen, die den Eindeutigkeitsbereich der Geschwindigkeit bei der Verwendung mehrerer Sendeantennen vergrößern. Eine verbesserte Winkelauflösung wird durch eine gezielte Unterabtastung und anschließende Rekonstruktion erreicht, sodass in der gleichen Entfernung und Geschwindigkeit unterschiedlich starke Ziele getrennt werden können. Zum Schluss werden zwei verschiedene Ansätze zur Unterabtastung in allen Messdimensionen und der anschließenden Rekonstruktion verglichen.
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Antenna array design solutions for millimeter-wave vehicle-integrated automotive radars Radar sensors are crucial components of advanced driver assistance systems. In order to cope with the future requirements of highly automated and autonomous driving, today’s automotive radar sensors performance needs to be improved. This dissertation addresses the design and development of robust mm-wave antenna systems suitable for automotive radar applications. This study presents a microstrip antenna array with wideband and stable radiation performance. It proposes also an optimization strategy for finding the position of transmitting and receiving antennas in a MIMO radar while taking the angular resolution requirements into consideration. Finally, it analyzes the problem of the integration of the radar sensor in the vehicle and introduces the use of low-RCS antenna arrays to mitigate the multiple reflections between the bumper of the car and the radar sensor, when the latter is hidden integrated in the vehicle. Some low-RCS antenna designs are proposed and discussed.
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Koppelmatrixbasierte Verfahren für Entwurf und Abstimmung verlustbehafteter Filter Das Koppelmatrix-Modell ist ein häufig verwendetes Werkzeug zur Optimierung und Analyse von Filterstrukturen. Diese Dissertation zeigt einen neuen Weg für eine häufig auftretende Aufgabe bei der Verwendung dieses Modells auf: Der Umformung der Koppelmatrix von einer gegebenen Starttopologie in eine frei wählbare Zieltopologie. Die Eigenschaften des zugrunde liegenden inversen Eigenwertproblems werden dabei ausgenutzt um mit geringem durchschnittlichem Zeitaufwand eine Lösung zu finden. Basierend auf diesem Algorithmus wird ein Verfahren vorgestellt, mit dessen Hilfe aus gemessenen Streuparametern eines Filters Rückschlüsse auf dessen Koppelstruktur möglich sind. Die Anwendung dieses Verfahrens wird im Kontext verschiedener praktischer Aufgabenstellungen des Entwurfs und der Analyse von Filtern demonstriert.
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Measurement Techniques for Highly Integrated mm-Wave Antennas Integrated antennas are a crucial component in the development of high-performance, fully-integrated transceiver chips. However, due to the small size of integrated antennas and their complicated contacting fixtures, existing measurement setups cannot be used for their characterization. Therefore, new approaches must be investigated to obtain reliable and accurate measurement results and thus to make optimized on-chip antenna designs possible. This work addresses the challenges of measuring integrated antennas at mm-wave frequencies. It introduces a robotic measurement setup to accurately determine the radiation properties of on-chip antennas and quantifies the achievable measurement accuracy through an in-depth uncertainty analysis. The study also analyzes post-processing techniques to mitigate severe distortions that occur in the measurement environment.
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Breitbandige hochintegrierte FMCW-Radare bei 160 GHz für industrielle Anwendungen Viele Anwendungen im industriellen Umfeld können durch kostengünstige Radarsensoren, die in Silizium-Germanium hochintegriert sind, erschlossen werden. Ausgehend von den typischen Anforderungen und Randbedingungen wird ein Systemdesign vorgestellt, mit dem ein möglichst leistungsstarker Radarsensor erreicht werden kann. Dabei werden die Erzeugung eines geringen Phasenrauschens bei der Betriebsfrequenz und der systematische Vergleich eines monostatischen und eines bistatischen Radarchips diskutiert. Durch die Integration der Antennen auf den Radarchip ist das gesamte Millimeterwellen-Frontend auf einem MMIC realisiert. Die Chip-integrierten Antennen werden innerhalb der Aufbau- und Verbindungstechnik umfassend erläutert. Als kostengünstige Häusungstechnologie werden QFN-Gehäuse betrachtet. Sowohl für offene als auch teilvergossene QFN-Gehäuse werden einfach umsetzbare Gehäuseanpassungen vorgestellt, die eine sinnvolle Verwendung über 100 GHz ermöglichen. Abschließend wird der modulare Radardemonstrator vorgestellt und u. a. in Feldtests in einer industriellen Tankanlage charakterisiert.
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Eigenschaften und Unterdrückung von Interferenzen zwischen Kfz-Radarsensoren Zur Erfassung von Personen und Objekten im Umfeld von Kraftfahrzeugen werden unter anderem Radarsensoren eingesetzt. Um die Sensoranforderungen für automatisierte und autonome Fahraufgaben zu erfüllen, werden an einzelnen Fahrzeugen mehrere Radare benötigt. Eine starke Verbreitung der Radare führt zur Entstehung von Interferenzen, die die Sensorleistung einschränken. In dieser Arbeit werden Gegenmaßnahmen beim Auftreten von Interferenzen beschrieben und bewertet, um eine Funktionalität der Sensoren zu gewährleisten.