EP1350122A2 - Vorrichtung zur erzeugung von mikrowellensignalen - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung von mikrowellensignalen

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Publication number
EP1350122A2
EP1350122A2 EP01991668A EP01991668A EP1350122A2 EP 1350122 A2 EP1350122 A2 EP 1350122A2 EP 01991668 A EP01991668 A EP 01991668A EP 01991668 A EP01991668 A EP 01991668A EP 1350122 A2 EP1350122 A2 EP 1350122A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
photodiode
lasers
radiation
laser beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01991668A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Meschenmoser
Bernhard Schwaderer
Wolfgang Ehrlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1350122A2 publication Critical patent/EP1350122A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032—Constructional details for solid-state radar subsystems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems

Definitions

  • the present invention describes a device for generating microwave signals, in particular for use in a distance and speed sensor in a motor vehicle.
  • two laser sources are operated, the imitated radiation of which differ by a fixed wavelength difference.
  • the two lasers are arranged so that the emitted laser beams are spatially superimposed.
  • a photodiode is arranged in this area in which the two laser beams interfere. This photodiode generates an electrical output signal from the overlay product of the two laser beams.
  • This photodiode generates an electrical output signal from the overlay product of the two laser beams, which has the beat frequency of the two superimposed laser beams.
  • the frequency difference between the two lasers is chosen so that the frequency; the resulting beat is in the range of the microwave signals.
  • the essence of the present invention is to provide a device for generating microwave signals, in particular for use in a motor vehicle.
  • the microwave signal is generated by means of the emitted radiation from the two lasers, which irradiate a common photodiode.
  • the frequency difference of the beat frequency generated by the two lasers is advantageously in the range between 50 GHz and 100 GHz.
  • the two lasers are operated in an injection-locking mode by the two Laser the radiation from another or more other laser sources is injected.
  • the device is advantageously operated in a motor vehicle, in particular as a microwave generator for a distance and speed sensor.
  • Fig.l is a block diagram of a preferred embodiment. Description of the embodiment
  • Fig.l shows a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the master laser 1 generates a frequency-stable output radiation. This is divided into two partial beams in a power divider 2 and fed to the two laser sources 3 and 4.
  • the two laser sources 3, 4 are advantageously implemented in the form of two laser diodes. It should be pointed out at this point that the master laser 1 and the power divider 2 do not necessarily have to be present according to the invention. If the two laser sources 3, 4 emit a sufficiently frequency-stable output signal without the master laser 1, the master laser 1 and the power divider 2 can be dispensed with. These two laser sources 3, 4 each in turn generate an output radiation 5, 6.
  • the two output beams 5, 6 of the laser sources 3, 4 differ in their frequencies by the frequency amount that at the output of the photodiode 7 is the frequency of the microwave signal to be generated should be generated. If, for example, the microwave signal to be generated should have a frequency of 76 gigahertz, then the frequencies of the output radiations 5,6 of the two laser sources 3,4 must differ by exactly this value, that is to say by a frequency difference of 76 gigahertz, so that due to the mixture of the two beams 5,6, which corresponds mathematically to a multiplication, due to the non-linearity of the photodiode 7, the desired microwave output frequency of 76 gigahertz is produced.
  • These two radiation beams 5, 6 of the two laser sources 3, 4 are spatially aligned such that an area exists in which the two radiation beams 5, 6 overlap.
  • a photodiode 7 is attached, which by two radiation beams 5, 6 is irradiated simultaneously.
  • the photodiode must be selected so that its bandwidth enables detection of the differential frequency, but frequencies which are much higher than the differential frequency cannot be resolved. Due to the non-linearity of the photodiode 7, an electrical output signal with the desired microwave frequency, which has the frequency difference of the two radiation beams 5, 6, arises from the superimposed optical input signal.
  • the output of this photodiode 7 is a high frequency filter 8, which advantageously used as, band-pass filter may be embodied passed.
  • This filter 8 only allows the microwave signals to pass that are in the desired output frequency band to be generated. Substantially higher or lower frequencies are filtered out of the input signal of the filter 8.
  • the microwave signal is amplified in a high-frequency amplifier 9 and fed to a further processing device 10.
  • the further processing device 10 is advantageously a device for transmitting and receiving microwave radiation.
  • the device described, comprising electrical and optical components can also be produced on a single substrate as a monolithic semiconductor chip.
  • this device is mounted in a housing which is provided in particular for speed and distance control in a motor vehicle, the device according to the invention being able to serve as a frequency generator.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellensignalen, insbesondere zur Anwendung in einem Abstands- und Geschwindigkeitssensor eines Kraftfahrzeugs. Hierzu werden zwei Laserquellen betrieben, deren emittierte Strahlungen sich durch einen festgelegten Wellenlängenunterschied unterscheiden. Die beiden Laser werden so angeordnet, dass sich die ausgesandten Laserstrahlen räumlich überlagern. In diesem Bereich, in dem die beiden Laserstrahlen interferieren ist eine Photodiode angeordnet. Diese Photodiode erzeugt aus dem Überlagerungsprodukt der beiden Laserstrahlen ein elektrisches Ausgangssignal, das die Differenzfrequenz der beiden überlagerten Laserstrahlen aufweist. Der Frequenzunterschied der beiden Laser wird dabei so gewählt, dass die Frequenz der erzeugten Mikrowellenstrahlung im Bereich der zu erzeugenden Radarstrahlung liegt.

Description

Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellensignalen
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellensignalen, insbesondere zur Anwendung in einem Abstands- und Geschwindigkeitssensor in einem Kraftfahrzeug.' Hierzu werden zwei Laserquellen betrieben, deren imitierte Strahlungen sich durch einen festgelegten Wellenlängenunterschied unterscheiden. Die beiden Laser werden so angeordnet, dass sich die ausgesandten Laserstrahlen räumlich überlagern. In diesem Bereich, in dem die beiden Laserstrahlen interferieren ist eine Photodiode angeordnet. Diese Photodiode erzeugt aus dem Überlagerungsprodukt der beiden Laserstrahlen ein elektrischen Ausgangssignal, Diese Photodiode erzeugt aus dem Überlagerungsprodukt der beiden Laserstrahlen ein elektrisches Ausgangssignal , das die Schwebungsfrequenz der beiden überlagerten Laserstrahlen aufweist. Der Frequenzunterschied der beiden Laser wird dabei so gewählt, dass die Frequenz; der entstehenden Schwebung im Be,reich der Mikrowellensignale liegt. Stand der Technik
Aus der Veröffentlichung „Optical Millimeter-Wave Systems for Broadband Mobile Communication, Devices and Techniques" von R.-P. Braun und G. Großköpf, veröffentlicht auf dem „International Zürich- Seminar of Broadband Communications- Accessing, Transmission, Networking" an der ETH Zürich im Februar 1998 ist bekannt, dass sich Mikrowellenfrequenzen durch die Überlagerung optischer Wellen von Halbleiterlasern unterschiedlicher Wellenlänge in einem Sender erzeugen, modulieren und übertragen lassen.
Kern und Vorteile der Erfindung
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellensignalen, insbesondere für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug, anzugeben.
Es ist von Vorteil dieser Vorrichtung, dass diese eine kompakte Bauform aufweist und dadurch in Anwendungen eingesetzt werden kann, in denen Mikrowellensignale auf engstem Raum erzeugt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Mikrowellensignalerzeugung mittels der emittierten Strahlungen der beiden Laser erfolgt, die eine gemeinsame Photodiode bestrahlen.
Vorteilhafterweise liegt der Frequenzunterschied, der von den beiden Lasern erzeugten Schwebungsfrequenz, im Bereich zwischen 50 GHz und 100 GHz.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass die beiden Laser in einem Injection-Locking-Betrieb betrieben werden, indem die beiden Laser die Strahlung eines weiteren oder mehrerer weiterer Laserquellen injiziert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, die Laserquellen, die "Photodiode, das Hochfrequenzfilter, den
Hochfrequenzverstärker sowie weitere mögliche Bauelemente auf einem einzigen Substrat monolithisch zu integrieren.
Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug betrieben, insbesondere als Mikrowellengenerator für einen Äbstands- und Geschwindigkeitssensor .
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Figur der Zeichnung dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten- Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig.l ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig.l zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Masterlaser 1 erzeugt eine frequenzstabile Ausgangsstrahlung. Diese wird in einem Leistungsteiler 2 in- zwei Teilstrahlen aufgeteilt und den zwei Laserquellen 3 und 4 zugeführt. Vorteilhafterweise sind die beiden Laserquellen 3, 4 in Form zweier Laserdioden realisiert. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Masterlaser 1 sowie der Leistungsteiler 2 erfindungsgemäß nicht zwingenderweise vorhanden sein müssen. Emittieren die beiden Laserquellen 3, 4 ohne den Masterlaser 1 ein ausreichend frequenzstabiles Ausgangssignal, so kann auf das Vorsehen des Masterlasers 1 sowie des Leistungsteilers 2 verzichtet werden. Diese zwei Laserquellen 3, 4 erzeugen je'weils wiederum eine Ausgangsstrahlung 5, 6. Die beiden Ausgangsstrahlenbündel 5, 6 der Laserquellen 3, 4 unterscheiden sich in ihren Frequenzen um den Frequenzbetrag, der am Ausgang der Photodiode 7 -als Frequenz des zu erzeugenden Mikrowellensignals erzeugt werden soll. Soll das zu erzeugende Mikrowellensignal beispielhafter Weise eine Frequenz von 76 Gigahertz aufweisen, so müssen sich die Frequenzen der Ausgangsstrahlungen 5,6 der zwei Laserquellen 3,4 um genau diesen Wert, also um eine Frequenzdifferenz von 76 Gigahertz unterscheiden, so dass aufgrund der Mischung der beiden Strahlen 5,6, was mathematisch einer Multiplikation entspricht, aufgrund der Nichtlinearität der Photodiode 7 die gewünschte Mikrowellenausgangsfrequenz von 76 Gigahertz entsteht. Diese beiden Strahlungsbündel 5, 6 der beiden Laserquellen 3, 4 sind räumlich so ausgerichtet, dass ein Bereich existiert, in dem sich die beiden Strahlungsbündel 5, 6 überschneiden. In diesem Bereich der Überlagerung ist eine Photodiode 7 angebracht, die von beiden Strahlungsbündeln 5, 6 gleichzeitig bestrahlt wird. Die Photodiode muß hierzu so ausgewählt werden, dass deren Bandbreite eine Detektion der Differenzfrequenz ermöglicht, jedoch sehr viel höhere Frequenzen als die Differenzfrequenz nicht aufgelöst werden können. Aufgrund der Nichtlinearität der Photodiode 7 entsteht aus dem überlagerten, optischen Eingangssignal ein elektrisches Ausgangssignal mit der gewünschten Mikrowellenfrequenz, die die Frequenzdifferenz der beiden Strahlungsbündel 5,6 aufweist. Das Ausgangssignal dieser Photodiode 7 wird über ein Hochfrequenzfilter 8, das vorteilhafterweise als, Bandpaß ausgeführt sein kann, geleitet. Dieses Filter 8 läßt lediglich die Mikrowellensignale passieren, die in dem gewünschten und zu erzeugenden Ausgangsfrequenzband liegen. Wesentlich höhere oder tiefere Frequenzen werden aus dem Eingangssignal des Filters 8 herausgefiltert. Abschließend wird das Mikrowellensignal in einem Hochfrequenzverstärker 9 verstärkt und einer weiteren Verarbeitungsvorrichtung 10 zugeführt. Bei der weiteren Verarbeitungsvorrichtung 10 handelt es sich vorteilhafterweise um eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Mikrowellenstrahlungen. Die beschriebene Vorrichtung aus elektrischen und optischen Komponenten kann erfindungsgemäß auch auf einem einzigen Substrat als monolithischer Halbleiterchip gefertigt sein. Weiterhin ist es im Sinne der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass diese Vorrichtung in einem Gehäuse montiert ist, das insbesondere für eine Geschwindigkeits- und Abstandsregelung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung als Frequenzgenerator dienen kann .

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellensignalen, bestehend aus mindestens zwei Laserdioden (3,4), einer Photodiode (7) , einem Frequenzfilter (8) sowie einem Hochfrequenzverstärker (9) .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierten Strahlungen (5,6) der beiden Laser (3,4) eine gemeinsame Photodiode (7) bestrahlen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Laser (3,4) Strahlungen unterschiedlicher Frequenzen emittieren und der Frequenzunterschied der emittierten Strahlungen im Bereich zwischen 50 GHz und 100 GHz liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die beiden Laser (3,4) die emittierte Strahlung eines weiteren oder mehrerer weiterer Laserquellen (1) injiziert wird, wodurch die zwei Laser (3,4) in einem I jection- Locking-Betrieb betrieben werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug betrieben wird, insbesondere als Mikrowellengenerator für einen Abstands- und Geschwindigkeitssensor.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zwei Laserdioden (3,4), die Photodiode (7), das Hochfrequenzfilter (8)- sowie der Hochfrequenzverstärker (9) in einem gemeinsamen Gehäuse befestigt sind, das insbesondere das Gehäuse eines Abstands- und Geschwindigkeitssensors ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Laserdioden (3,4), die Photodiode (7), das Frequenzfilter (8) sowie der Hochfrequenzverstärker (9) auf einem einzigen Substrat monolithisch integriert sind. -
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