Planar millimeter wave radar frontend for automotive applications

Abstract. A fully integrated planar sensor for 77 GHz automotive applications is presented. The frontend consists of a transceiver multichip module and an electronically steerable microstrip patch array. The antenna feed network is based on a modified Rotman-lens and connected to the array in a multilayer approach offering higher integration. Furthermore, the frontend comprises a phase lock loop to allow proper frequency-modulated continuous wave (FMCW) radar operation. The latest experimental results verify the functionality of this advanced frontend design featuring automatic cruise control, precrash sensing and cut-in detection. These promising radar measurements give reason to a detailed theoretical investigation of system performance. Employing commercially available MMIC various circuit topologies are compared based on signal-tonoise considerations. Different scenarios for both sequential and parallel lobing hint to more advanced sensor designs and better performance. These improvements strongly depend on the availability of suitable MMIC and reliable packaging technologies. Within our present approach possible future MMIC developments are already considered and, thus, can be easily adapted by the flexible frontend design. Es wird ein integrierter planarer Sensor fur 77 GHz Radaranwendungen vorgestellt. Das Frontend besteht aus einem Sende- und Empfangs-Multi-Chip-Modul und einer elektronisch schwenkbaren Antenne. Das Speisenetzwerk der Antenne basiert auf einer modifizierten Rotman- Linse. Fur eine kompakte Bauweise sind Antenne und Speisenetzwerk mehrlagig integriert. Weiterhin umfasst das Frontend eine Phasenregelschleife fur eine prazise Steuerung des frequenzmodulierten Dauerstrichradars. Die aktuellen Messergebnisse bestatigen die Funktionalit¨at dieses neuartigen Frontend-Designs, das automatische Geschwindigkeitsregelung, Kollisionswarnung sowie Nahbereichsuberwachung ermoglicht. Die Qualitat der Messergebnisse hat weiterfuhrende theoretische Untersuchungen uber die potenzielle Systemleistungsfahigkeit motiviert. Unter Berucksichtigung von kommerziell erhaltlichenMMICs werden verschiedene Schaltungstopologien auf der Grundlage des Signal-Rausch-Verhaltnisses verglichen. Sowohl fur sequenzielle als auch fur parallele Ansteuerung der Antennenkeulen wird eine deutliche Leistungssteigerung ermittelt. Diese Verbesserungen hangen masgeblich von der Verfugbarkeit geeigneter MMICs und einer zuverlassigen Aufbau- und Verbindungstechnik ab. Das vorliegende Frontend-Konzept kann auf Grund seiner Flexibilitat leicht an derlei zukunftige Entwicklungen angepasst werden.