Datenbestand vom 12. August 2025
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aktualisiert am 12. August 2025
978-3-8439-5656-7, Reihe Elektrotechnik
Albert-Marcel Schrotz Integrierte Schaltungen und Systeme für Radaranwendungen im D- und J-Band
160 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2025), Softcover, B5
Radarsensoren sind aus zahlreichen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Besonders im Automobilbereich tragen sie wesentlich zur Sicherheit und zum Komfort bei. Durch Fortschritte in der integrierten Hochfrequenz-Halbleitertechnik wurden sie günstiger und leistungsfähiger, wobei sich die Betriebsfrequenz von 24 GHz in Richtung 77 GHz verschob. Für das autonome Fahren sind heutige Radarsensoren jedoch begrenzt in Abstands-, Geschwindigkeits- und Winkelauflösung. Ergänzende Systeme wie Kameras und Lidar sind bei schlechten Sichtbedingungen eingeschränkt.
Diese Arbeit stellt monolithisch integrierte Radarsensoren im J-Band (220-325 GHz) vor. Durch große Signalbandbreiten wird eine hohe Abstandsauflösung ermöglicht. Die kurze Wellenlänge erlaubt kompakte MIMO-Arrays, was die Winkelauflösung verbessert. Diese 4D-Radarsensoren erfassen Azimut, Elevation, Abstand und Geschwindigkeit.
Für die Schaltungsentwicklung werden zwei SiGe-BiCMOS-Technologien (B11HFC und B12HFC) genutzt. Da die Zielfrequenz des Radars oberhalb der Transitfrequenz der Transistoren liegt, werden alle Hochfrequenzschaltungen - mit Ausnahme des Frequenzverdopplers und des Empfängers - im D-Band (110-170 GHz) entworfen. Im Fokus stehen subharmonische Empfänger sowie kalibrierbare Vektormodulator-Phasenschieber (VMPS) für Doppler Division Multiplexing. Zudem wird ein Synthesekonzept für prozessunabhängige Marchand-Baluns vorgestellt.
Es wurden Empfänger mit >14 dB Gewinn und 25 GHz Bandbreite sowie ein VMPS mit <1 Grad Phasen- und <2 dB Amplitudenfehler bei 11,25 Grad Schrittweite realisiert. Ein J-Band-QPSK-Modulator mit Digitalsteuerung und Zweibandempfänger für D- und J-Band wurden erfolgreich demonstriert. Ein MIMO-Radar-Chip (6x4) bei 320 GHz mit bis zu 30 GHz Bandbreite wurde integriert. Für den Betrieb wurde ein modulares Backend mit Träger-, PLL- und Basisband-Platine entwickelt.