Ab sofort einfach: Messungen an Automotive-Abstands-Radaren in allen Bändern
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Allgemeine Messtechnik | Signalerzeugung und -analyse
Ab sofort einfach: Messungen
an Automotive-Abstands-
Radaren in allen Bändern
BILD 1: Der Signal- und Spektrumanalysator R&S®FSW85 ist weltweit der erste, der den Frequenz-
bereich von 2 Hz bis 85 GHz in einem Sweep abdeckt.
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Hohe Auflösungen von Automotive-Radarsensoren erfordern Signalbandbreiten bis in den G
igahertzbereich.
Deshalb sind für diese Anwendungen Frequenzbänder um 24 GHz und 79 GHz vorgesehen. In der Mess-
technik musste man bisher den Umweg über Harmonischen-Mischer nehmen, denn kein Analysator kam
in einem Sweep bis über 79 GHz. Nun hat Rohde & Schwarz einen Signal- und Spektrumanalysator auf den
Markt gebracht, der alle übertrifft: den R&S®FSW85.
Messtechnik für Automotive-Radare: Einer der es kann:
an der Grenze des heute Machbaren Signal- und Spektrumanalysator R&S®FSW85
Radarsensoren messen wetterunabhängig die Entfernung, Für Messungen im 79-GHz-Band musste der Frequenz-
Geschwindigkeit und Peilung von Objekten der Umgebung. bereich von Analysatoren bisher mit Hilfe externer
Dank guter Leistungsdaten und niedriger Kosten schaffen sie Harmonischen-Mischer erweitert werden. Dieser Aufbau hat
die Voraussetzungen für immer mehr Assistenz- und Sicher- keine Vorselektion, d. h. beim Heruntermischen des Signals
heitsfunktionen im Auto (BILD 2), inzwischen sogar bereits auf eine Zwischenfrequenz sieht der Anwender sowohl das
in der Kompaktklasse. Sensoren für den Automotive-Sek- Signal als auch dessen Spiegel. Dieser Nachteil lässt sich zwar
tor arbeiten in den Frequenzbändern um 24 GHz, 77 GHz und mit einer zusätzlichen Messung umgehen, bei der die Fre-
79 GHz (Details siehe Kasten auf Seite 32). quenz des Lokaloszillators um das Doppelte der Zwischenfre-
quenz verschoben wird. Dadurch kann der Analysator unge-
Um zwei benachbarte Objekte trennen zu können, muss die wollte Mischprodukte erkennen und herausrechnen. Dies
Entferungsauflösung des Sensors höher sein als der Abstand gelingt allerdings nur, wenn die Zwischenfrequenz größer ist
der Objekte voneinander. Für eine hohe Auflösung braucht als die halbe Signalbandbreite, damit sich Spiegel und Signal
es aber große Signalbandbreiten. Die sind nicht nur heraus- nicht überlagern. Dies ist bei einem Großteil der verfügbaren
fordernd für die Signalerzeugung und -auswertung im Sen- Spektrumanalysatoren nicht der Fall. Zudem ist es bei Mes-
sor, sondern verlangen auch High-End-Messtechnik für Ent- sungen mit Harmonischen-Mischern umständlich, den Ein-
wicklung, Verifikation und standardkonforme Analysen. Die gangspegel passend zu reduzieren, denn dazu müssen Dämp-
Messgeräte müssen den Frequenzbereich bis 81 GHz abde- fungsglieder an die Wellenleiter geschraubt und bei sich
cken und Analysebandbreiten bis 2 GHz bieten. Dafür kom- änderndem Pegel jeweils gewechselt werden.
men hauptsächlich Signal- und Spektrumanalysatoren infrage,
die bisher allerdings nur Bandbreiten bis 500 MHz erreich- Mit seinem Frequenzbereich von 2 Hz bis 85 GHz in einem
ten und nicht an die maximale Eingangsfrequenz von 81 GHz Sweep ist der R&S®FSW85 (BILD 1) erste Wahl für Radar-An-
herankamen. wendungen im 79-GHz-Band. Dank seiner eingebauten Vorse-
lektion zeigt er das Signal ohne ungewollte Mischprodukte bei
der Vermessung des Spektrums auch dann, wenn dieses deut-
lich breiter ist als die doppelte Zwischenfrequenz. Außerdem
Radargestützte Fahrzeugfunktionen (Auswahl)
Notbremsassistent Toter-Winkel-Warner
ACC Parkassistent
Parkassistent Spurwechselassistent
BILD 2: Radarsensoren werden heute für zahlreiche Assistenz- und Sicher-
heitsfunktionen verwendet. Fast alle erfordern eine hohe räumlichen Auf-
Seitenaufprall-Warner
lösung (Trennvermögen), die sich nur mit großen Bandbreiten realisieren
lässt, wie sie die Bänder um 79 GHz zulassen.
NEUES 213/15 31Allgemeine Messtechnik | Signalerzeugung und -analyse
lassen sich Signale mit unterschiedlichem Pegel einfach ana- Oszilloskops, die Übermittlung der digitalen Daten, ihre Auf-
lysieren, ohne durch das umständliche Hantieren mit externen bereitung und Entzerrung sowie die Analyse übernimmt der
Dämpfungsgliedern den Eingangspegel anpassen zu müssen. R&S®FSW85. Der Signalpfad vom HF-Eingang des Analy-
Das übernimmt die Eichleitung im R&S®FSW85. sators bis zum A/D-Umsetzer im Oszilloskop ist hinsichtlich
Amplituden- und Phasengang charakterisiert. Die Anbindung
Seine interne Analysebandbreite von bis zu 500 MHz genügt des Oszilloskops R&S®RTO1044 an den R&S®FSW85 ist für
bereits für viele Automotive-Radar-Messungen. Im 79-GHz- den Anwender vollständig transparent und die Bedienung der
Band sind jedoch die Signale deutlich breitbandiger. Für diese Messoptionen in allen Fällen identisch, egal, ob der A/D-Um-
Applikationen kann der R&S®FSW85 mit der Bandbreitenop- setzer im Oszilloskop oder der im Analysator verwendet wird.
tion R&S®FSW-B 2000 ausgestattet werden. In Verbindung
mit dem Oszilloskop R&S®RTO1044 eröffnet sie Messungen Für breitbandige linear frequenzmodulierte Signale, wie sie
bis zu einer Signalbandbreite von 2 GHz. Der R&S®FSW85 bei Automotive-Radaren verwendet werden, gibt es die darauf
mischt dazu das Signal auf eine Zwischenfrequenz von 2 GHz zugeschnittene Messapplikation R&S®FSW-K60c. Sie zeich-
herunter, die anschließend mit dem Oszilloskop, das als A/D- net das bis zu 2 GHz breite Signal auf und analysiert es auto-
Umsetzer fungiert, digitalisiert wird. Diese Daten werden per matisch. Wichtige Parameter wie die Chirp-Rate oder Abwei-
Netzwerkschnittstelle zum Analysator übertragen, dort ent- chungen vom idealen linearen Verhalten werden vermessen
zerrt und ins digitale Basisband gemischt. Die Messapplika- und grafisch oder in Tabellen dargestellt. Ein typisches Bei-
tionen auf dem R&S®FSW85 erhalten als Basis für die Ana- spiel zeigt BILD 5.
lyse entzerrte I/Q-Abtastwerte. Die gesamte Steuerung des
Frequenzbänder für Automotive-Radare
In verschiedenen Standards sind die Frequenzbänder das Radarsignal. Bei gleicher Beleuchtungsdauer verbes-
(BILD 3), die abgestrahlte Leistung und die Testanforde- sert sich die Geschwindigkeitsauflösung etwa um den Fak-
rungen für Automotive-Radare definiert, zum Beispiel tor 3, wenn das Signal bei 79 GHz statt bei 24 GHz abge-
in EN 301091 V1.4.0. In Europa ist für Automotive-Ra- strahlt wird.
dare temporär das 24-GHz-Band in Gebrauch, die Nut-
zung muss ab 2022 eingestellt werden. Als Ersatz wurde In Automotive-Radaren werden häufig sogenannte Chirp-
im „79 GHz Project“ [1] der Europäischen Kommission das Sequenzen verwendet (BILD 4), also mehrere linear fre-
weltweit verfügbare 79-GHz-Band vorgesehen. Die Nut- quenzmodulierte Signale mit je einer Dauer von etwa
zung des Bands wird derzeit diskutiert und ist bereits in 100 µs und einer Bandbreite von mehreren hundert Mega-
vielen Ländern akzeptiert, da es signifikante Vorteile bie- hertz bis einigen Gigahertz [2].
tet. Neben geringeren Einschränkungen bei der abge-
strahlten Leistung und einem kleineren Formfaktor der
Sensoren bieten es vor allem große Signalbandbreite bis
zu 4 GHz und somit eine höhere Entfernungsauflösung, Frequenzband Bandbreite
wie folgendes Beispiel zeigt: Während bei einer modulier- 24 GHz bis 24,25 GHz 250 MHz
ten Signalbandbreite von 150 MHz eine Entfernungsauflö- 21 GHz bis 26 GHz 5 GHz
sung von einem Meter zu erreichen ist, sind es bei 1,5 GHz BILD 3: Frequenzbänder für 76 GHz bis 77 GHz 1 GHz
zehn Zentimeter. Die größere Bandbreite erlaubt es zudem, Automotive-Radar in Europa. 77 GHz bis 81 GHz 4 GHz
technische Maßnahmen in den Sensor zu integrieren, die
Störungen zwischen mehreren Radaren verringern, bei- Radar-Signal
spielsweise Frequenzsprungverfahren.
f
Höhere Frequenzen sind nicht nur hilfreich, um kleinere
Sensoren zu entwickeln, sondern auch, um die Geschwin-
digkeitsauflösung zu verbessern. Sie ist abhängig von der BILD 4: Typisches Profil eines
Wellenlänge und Beleuchtungsdauer eines Objekts durch Radar-Signals (FMCW-Radar). t
32BILD 5: Messung eines 1 GHz breiten FM-Chirp-Signals mit der Option R&S®FSW-K60c. Grafische Darstellungen zeigen die Frequenz über der Zeit oder
die Leistung im Zeitbereich. Eine Tabelle listet die wichtigsten Messparameter.
Fazit
Für Messungen in den hoch gelegenen Frequenzbändern für
Kurzdaten R&S®FSW 85
Automotive-Radare gab es bisher aufgrund der beachtlichen Frequenzbereich 2 Hz bis 85 GHz
technischen Hürden keinen wirklich geeigneten Signalanaly- Phasenrauschen –137 dBc (1 Hz),
sator. Der R&S®FSW85 ist nicht nur das erste Gerät, das den 10 kHz Offset bei 1 GHz
Eingangsfrequenzbereich entsprechend weit spannt, sondern Signalanalysebandbreite bis 2 GHz
auch die Analysebandbreiten bereitstellt, die für hohe Radar- Gesamtmessunsicherheit < 0,4 dB bis 8 GHz
Echtzeitanalyse bis 160 MHz Bandbreite
auflösungen unerlässlich sind. Zudem werden mit einer auf
Eigenrauschen 75 GHz < f ≤ 85 GHz typ. –128 dBm/Hz
Automotive-Radare zugeschnittenen Software-Option alle
wichtigen Parameter auf Knopfdruck automatisch vermessen
und dargestellt. Auch für andere Anwendungen im Frequenz-
bereich oberhalb von 50 GHz, wie die Analyse von WLAN-
802.11ad- oder 5G-Signalen, ist er bestens geeignet (siehe Referenzen
[1] Siehe „79 GHz Project“ auf www.79ghz.eu.
Beitrag unter NEUES kompakt auf Seite 6). [2] Rohde & Schwarz White Paper; Heuel, Steffen; „Radar Waveforms for A&D
Dr. Steffen Heuel; Dr. Wolfgang Wendler and Automotive Radar“ (Suchbegriff: 1MA239).
NEUES 213/15 33Sie können auch lesen
