Die gegenwärtige Frequenzregulierung für breitbandige Kfz-Nahbereichsradarsysteme erzwingt ab 2013 einen Wechsei des genutzten Frequenzbandes von 24 GHz auf 79 GHz. Die Silizium-Germanium(SiGe)-Technologie hat das Potential diesen Wechsel unter Einhaltung der markterforderlichen Kostenziele und einer Reduzierung der Baugröße zu gewährleisten. Das Projektziel war die SiGe-Technologie anhand einer Schlüsselanwendung für den Höchstfrequenzbereich von 79 GHz nutzbar zu machen. Die Continental Temic arbeitete innerhalb des Gesamtvorhabens an einem Demonstrator eines zukünftigen Nahbereichsradarsensors bei 79 GHz. In enger Kooperation mit den Partnern im Konsortium wurden dazu nach der Definition des System- und Demonstratorkonzepts die notwendigen SiGe-Komponenten spezifiziert. Benötigt werden insbesondere leistungsfähige Mischer und VCOs. Die Kernaufgabe lag in der Erarbeitung einer für die SiGe-Technologie geeigneten Aufbau- und Verbindungstechnik, die sowohl den elektrischen Anforderungen im vorliegenden Höchstfrequenzbereich als auch den sehr anspruchsvollen mechanischen Randbedingungen durch die Umwelt- und Zuverlässigkeitserfordernisse gerecht wurde. Eine besondere Herausforderung stellen die Bond-Übergänge zwischen Chip und Träger dar, die möglichst verlustfrei aufzubauen sind sowie die auf kleinstem Raum lokalisierte Wärmeproduktion, die über das Board abgeführt werden muss. Mit Hilfe der Arbeitsergebnisse wurde anschließend ein kompletter Radardemonstrator bestehend aus Antenne, SiGe-basiertem Höchstfrequenz-Frontend, sowie einem Elektronik-Modul zur Steuerung und Datenauswertung aufgebaut. Dabei konnte das Potential der 79 GHz-Sensorik aufgezeigt werden, die Baugröße heutiger 24 GHz-Sensorik deutlich zu unterschreiten. Der Demonstrator wurde zunächst im Labor bezüglich seiner Leistungsparameter charakterisiert und anschließend auf Prüfständen in seiner Grundfunktionalität bewertet, um die Anwendbarkeit der SiGe-basierten Radarsensorik im Höchstfrequenzbereich 76 GHz - 81 GHz erstmalig für automobile Anwendungen nachzuweisen. Mithilfe eines bistatischen Aufbaus und zwei Empfangskanälen konnte gezeigt werden, dass das Konzept einer digitalen Strahlformung bei den gegebenen Frequenzen von 76 GHz - 81 GHz für die anvisierten Anwendungen nutzbar ist. Der Demonstrator zeigte eine Reichweite von ca. 30 m auf Fahrzeuge und eine Winkelgenauigkeit von etwa 3 Winkelgrad. Die Continental Temic wurde unterstützt vom Institut für Halbleitertechnik IHT der Universität Stuttgart bei der theoretischen Untersuchung der Chip-Board- und Board-Antenne-Schnittstellen, möglichen Anpassungsnetzwerken und Koppelstrukturen, sowie der Konzeption und Simulation der Antennen. Zum Einsatz im Demonstrator kamen seriell gespeiste Patchantennen. Die entwickelten SiGe-Komponenten und Module werden voraussichtlich die gängigen GaAs-Schaltkreise in allen Produkten sukzessive ersetzen.
The current frequency regulation for automotive ultra-wideband short-range radar systems necessitates a change in the frequency band used from 24 GHz to 79 GHz from 2013. The silicone-germanium (SiGe) technology has the potential to ensure that this change will be implemented effectively, while meeting cost objectives required by the market and reducing the overall sensor size. The aim of the project was to design and develop a key application to make the SiGe technology usable tor the high-frequency range of 79 GHz. Within the framework of the overall project, Continental Temic focused on developing a demonstrator of a future 79 GHz short-range radar sensor. In close cooperation with the partners in the consortium, and after defining the system and demonstrator concept, the necessary SiGe components were specified. Powerful mixers and VCOs were among the prime requirements. The core task was to develop a packaging and interconnection technique suitable for the SiGe technology and capable of meeting the electric requirements in the above-mentioned high-frequency range as well as complying with the very stringent mechanical boundary conditions imposed by environmental and reliability requirements. Among the major challenges are: first, the bond interconnections between the chip and the carrier that need to be realized with as small electric losses as possible and, secondly, the heat generation that is localized within a very small space and that most be dissipated via the board. Afterwards, based on the results of the work described-above, a complete radar demonstrator consisting of an antenna, a SiGe-based high-frequency front-end as weil as an electronic module designed tor control and data processing was assembled. This showed the potential of the 79 GHz sensor technology for a significant reduction in the sensor size compared to the current 24 GHz sensor technology. The demonstrator was first characterized in the laboratory in terms of specific performance parameters and there upon tested and evaluated at test stations in terms of its basic functionality, with the objective of proving for the first time the applicability of the SiGe-based radar sensor technology in the 76 GHz - 81 GHz high-frequency range tor automotive applications. With the help of a bistatic configuration and two receive channels it was possible to show that the concept of digital beamforming at the above-indicated frequencies of 76 GHz - 81 GHz was suitable tor the envisaged applications. The demonstrator was able to detect vehicles within a range of 30 metres and had an angle accuracy of about 3 deg of angle. Continental Temic was assisted by the Institut für Halbleitertechnik IHT (Institute tor Semiconductor Technology) of the University of Stuttgart in the theoretical examination of the chip-board and board antenna interfaces, possible matching networks and coupling structures as well as in the conception and simulation of the antennas. Series-fed patch antennas were used in the demonstrator. The developed SiGe components and modules are expected to successively replace the current GaAs circuits in all products.
KOKON - Kfz-Höchstfrequenzelektronik. Teilvorhaben Continental. Abschlussbericht des BMBF-Projektes. Laufzeit: 01.09.2004 - 31.08.2007
2007
20 Seiten, 23 Bilder, 3 Tabellen, 12 Quellen
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