DE19859002A1 - Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Strahlung - Google Patents

Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Strahlung

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Wellen, bestehend aus wenigstens einer Leiterplatte (13, 33) mit wenigstens einem Sende-/Empfangselement (14), wenigstens einer fokussierenden elektrischen Linse (11) und wenigstens einem weiteren vorfokussierenden Körper (17), der zwischen dem Sende-/Empfangselement (14) und der dielektrischen Linse (11) angeordnet ist, beschrieben, wobei eine Abdeckung (16, 36) in der Ebene zwischen dem Sende-/Empfangselement (14) und der dielektrischen Linse (11) angeordnet ist, die Abdeckung (16, 36) wenigstens eine Durchführung (21) für den weiteren vorfokussierenden Körper (17) besitzt und die Abdeckung (16, 36) den weiteren in der Durchführung (21) gehaltenen vorfokussierenden Körper (17) in der Position fixierend umschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Strahlung.
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Wellen bestehend aus mindestens einem Sende-/Empfangselement sowie einer dielektrischen Linse. Das mindestens eine Sende-/Empfangselement, nachfolgend allgemein als Antennenelement bezeichnet, dient dabei der Erregung bzw. der eigentlichen Aufnahme der elektromagnetischen Welle. Die dielektrische Linse dient der Erzeugung einer Richtwirkung bzw. von gewünschten Antennenkeulen. Anwendung findet die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug- Radarsystem zur Detektion vorausfahrender Fahrzeuge.
Eine solche Vorrichtung, bestehend aus mindestens einem Antennenelement sowie einer dielektrischen Linse, ist beispielsweise aus der EP 0 498 524 A2 bekannt. Dort wird ebenfalls ein Kraftfahrzeug-Radarsystem beschrieben, das zur Detektion vorausfahrender Fahrzeuge vorgesehen ist. Dabei handelt es sich in diesem Fall um einen sogenannten bistatischen Radarsensor, das heißt einen Radarsensor mit getrennten Antennen für den Sende- und für den Empfangsweg. Unabhängig von dieser Besonderheit besteht jede der beiden Antennen aus jeweils einer dielektrischen Linse und mindestens einem Antennenelement. Schwierigkeiten bereitet bei einer solchen Vorrichtung, insbesondere bei einer Sendeantenne, daß der Öffnungswinkel des oder der Antennenelemente in der Regel breiter ist als die dielektrische Linse. Dies bedeutet, daß ein Teil der erzeugten elektromagnetischen Welle an der dielektrischen Linse vorbeistrahlt. Dieser Anteil wird dementsprechend nicht von der dielektrischen Linse in der gewünschten Richtung fokussiert, was den Gesamtantennengewinn der Vorrichtung reduziert.
In der WO 97/02496 wird ein monostatischer Radarsensor beschrieben, der ebenfalls für eine Anwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist. Monostatisch bedeutet dabei, daß für den Sende- und den Empfangspfad dieselbe Antenne verwendet wird. Sie besteht in diesem Fall aus mindestens drei Antennenelementen, sowie einer davor angeordneten dielektrischen Linse. Um eine Überstrahlung der Linse im Sendefall zu vermeiden, ist hier vor jedem Antennenelement ein sogenanntes Polyrod angeordnet. Darunter versteht man einen annähernd kegelförmigen dielektrischen Körper, der aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften eine Vorfokussierung der erzeugten elektromagnetischen Welle bewirkt. Schwierigkeiten bereitet bei dieser Anordnung die exakte Justage der einzelnen Polyrods. Jede auch noch so kleine Abweichung von der idealen Position bewirkt wiederum eine Überstrahlung der Linse.
Aus der DE 197 10 811 A1 ist eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Wellen bekannt. Diese Vorrichtung besteht aus mindestens einem Antennenelement, einer dielektrischen Linse und einem dielektrischen Körper, der zwischen den Antennenelementen und der dielektrischen Linse angeordnet ist. Dieser dielektrische Körper dient zur Vermeidung von Überstrahlungen der dielektrischen Linse und zur Vorfokussierung der von dem Antennenelement abgestrahlten und/oder aufgenommenen elektromagnetischen Wellen. Zur Vereinfachung der erforderlichen exakten Justage ist der dielektrische Körper flächig ausgedehnt. Der topfförmig ausgebildete dielektrische Körper bildet in Verbindung mit einer Grundplatte, auf der weitere elektronische Bauteile angeordnet sind, eine hermetisch dichte Kapselung für das Antennenelement und die weiteren elektronischen Bauteile.
Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs anzugeben, die zum einen eine Überstrahlung eines fokussierenden Elements verhindert und zum anderen eine exakte Justage von vorfokussierenden Elementen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Wellen gelöst, die aus wenigstens einer Leiterplatte mit wenigstens einem Sende-/Empfangselement, wenigstens einer fokussierenden dielektrischen Linse und wenigstens einem weiteren vorfokussierenden Körper, der zwischen dem Sende-/Empfangselement und der dielektrischen Linse angeordnet ist, gelöst, wobei eine Abdeckung in der Ebene zwischen dem Sende-/Empfangselement und der dielektrischen Linse angeordnet ist, die wenigstens eine Durchführung für den weiteren vorfokussierenden Körper besitzt und den weiteren in der Durchführung gehaltenen vorfokussierenden Körper in der Position fixierend umschließt. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß durch die erfindungsgemäße Abdeckung zum einen eine Überstrahlung der fokussierenden dielektrischen Linse verhindert wird und zum anderen der weitere vorfokussierende Körper dadurch, daß er in der Durchführung der Abdeckung gehalten wird, in seiner Position fixiert wird. Dies hat insbesondere bei der Montage der vorfokussierenden Körper den Vorteil, daß eine exakte Justage ermöglicht wird.
Es ist besonders vorteilhaft, daß der weitere vorfokussierende Körper ein dielektrischer Stielstrahler (Polyrod) und/oder eine dielektrische Linse und/oder eine planparallele dielektrische Platte und/oder eine Lochblende und/oder eine Schlitzblende und/oder eine Metallplattenlinse ist. Alle diese Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich besonders gut, um die von den Sende-/Empfangselementen abgestrahlten und/oder aufgenommenen elektromagnetischen Wellen in Richtung auf die bzw. aus Richtung der dielektrischen Linse vorzufokussieren.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist die Abdeckung so gestaltet, daß elektromagnetische Wellen absorbiert werden. Durch diese Absorptionswirkung wird in ganz besonderer Weise eine Überstrahlung des fokussierenden Elements verhindert.
Vorteilhafterweise liegt die Abdeckung auf der Leiterplatte auf und/oder umgibt das Sende-/Empfangselement haubenähnlich. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, werden die Sende-/Empfangs­ elemente, als maßgebliche Quelle elektromagnetischer Wellen, sicher abgedeckt. Zugleich sind die Abmessungen der Abdeckungen hierbei nicht größer als nötig.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umschließt die Abdeckung das Sende-/Empfangselement bis auf die Stelle, an der sich die Durchführung befindet, hochfrequenzdicht. An der Stelle, an der sich die Durchführung befindet, ist gemäß der vorliegenden Erfindung, der weitere vorfokussierende Körper angeordnet, der elektromagnetische Wellen fokussiert, diese jedoch nicht vollständig absorbiert oder abschirmt. Durch diese hochfrequenzdichte Abdeckung wird in besonders vorteilhafter Weise hochfrequente elektromagnetische Streustrahlung abgeschirmt und kann somit nicht aus dem Inneren der erfindungsgemäßen Vorrichtung austreten.
Vorteilhafterweise wird als Material für die Abdeckung wenigstens mit Graphit gefüllter Kunststoff oder mit Stahlfaser gefüllter Kunststoff verwendet. Diese vorteilhaften Materialien bieten je nach Mischungsverhältnis zwischen Graphit und Kunststoff bzw. Stahlfaser und Kunststoff eine besonders gute Absorptions- und Abschirmwirkung für elektromagnetische Wellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Sende-/Empfangs­ element als ein in Streifenleitertechnik gefertigtes Patch-Antennenelement ausgeführt. Diese Art von Antennenelement bietet unter anderem die Vorteile, daß eine Großserienproduktion möglich ist und daß die Baugröße besonders klein ist.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann, wenn die vorkommenden elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenbereich liegen. Dies ist insbesondere bei einem Kraftfahrzeugradarsystem zur Detektion vorausfahrender Fahrzeuge der Fall.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf der Leiterplatte weiterhin wenigstens eine Schaltungsanordnung angeordnet. Dies bietet den Vorteil, daß die in der Schaltungsanordnung zusammengefaßten Bauteile ebenfalls von der Abdeckung umfaßt werden.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorkommende Abdeckung in einer anderen Ansicht,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 4 einen dielektrischen Stielstrahler (Polyrod) in Schnittdarstellung.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Wellen. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies beispielsweise ein Kraftfahrzeugradarsystem zur Detektion vorausfahrender Fahrzeuge, das in dieser Figur im Querschnitt dargestellt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 10, das in Strahlrichtung durch eine fokussierende dielektrische Linse 11 abgeschlossen wird. Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich auf einer Basisplatte 12 eine Leiterplatte 13. Auf der Leiterplatte 13 sind in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft drei Sende-/Empfangs­ elemente 14 angeordnet. Außerdem ist eine Schaltungsanordnung 15 auf der Leiterplatte integriert. Die Leiterplatte 13 mit den darauf angebrachten Sende-/Empfangs­ elementen 14 und der Schaltungsanordnung 15 wird von einer erfindungsgemäßen Abdeckung 16 haubenähnlich umschlossen, die auf der Basisplatte befestigt ist. Innerhalb der Abdeckung 16 sind an den Stellen, an denen sich auf der Leiterplatte 13 die Sende-/Empfangselemente 14 befinden, Durchführungen, in die vorfokussierende Körper 17 eingesetzt sind. Durch diese Anordnung der vorfokussierenden Körper 17 in den Durchführungen der Abdeckung 16, werden die vorfokussierenden Körper in ihrer Position fixiert.
In dem Bereich zwischen der Abdeckung 16 und der Basisplatte 12 kann störende Hochfrequenzstrahlung durch das Leitungsnetzwerk zu den Sende-/Empfangselementen entstehen. Dieses Leitungsnetzwerk umfaßt die dem Fachmann bekannten Komponenten eines Kraftfahrzeugradarsystems, das im Mikrowellenbereich arbeitet. Um diese störende Hochfrequenzstrahlung hinreichend abzuschirmen bzw. zu absorbieren, damit diese Störstrahlung nicht durch die fokussierende dielektrische Linse 11 aus dem Gehäuse 10 austritt, ist die Abdeckung 16 aus einem Material hergestellt, das elektromagnetische Wellen absorbiert bzw. für hochfrequente elektromagnetische Wellen eine Barriere darstellt. Als Material, das diese Eigenschaften aufweist, bietet sich insbesondere mit Graphit gefüllter Kunststoff oder mit Stahlfaser gefüllter Kunststoff an.
Die in der Fig. 1 gezeigten Sende-/Empfangselemente 14 sind als in Streifenleitertechnik gefertigte Patch- Antennenelemente ausgeführt. Im Sendefall werden die von diesen Antennenelementen ausgesendeten elektromagnetischen Wellen von den vorfokussierenden Körpern 17 vorfokussiert und von der fokussierenden dielektrischen Linse 11 in die endgültige Zielrichtung fokussiert. Diese Zielrichtung ist im Fall eines Kraftfahrzeugradarsystems beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug, das detektiert werden soll. In Empfangsrichtung kehrt sich der Strahlengang der elektromagnetischen Wellen entsprechend um. Ein solches Kraftfahrzeugradarsystem, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, kann beispielsweise als monostatisches Radarsystem ausgebildet sein. Mit diesem Radarsystem ist es möglich, gleichzeitig elektromagnetische Wellen zu senden und zu empfangen.
In Fig. 2 ist eine Abdeckung 20 dargestellt, die von den Dimensionen her beispielsweise eine Ansicht aus Richtung der dielektrischen Linse 11 auf die in Fig. 1 dargestellte Abdeckung 16 darstellen könnte. Innerhalb der Abdeckung 20 sind drei Durchführungen 21 angeordnet, in die, wie in Fig. 1 gezeigt, vorfokussierende Körper eingesetzt werden können. Es sind weiterhin beispielhaft drei Befestigungspunkte 22 dargestellt, die analog zu Fig. 1 dazu dienen können, die Abdeckung 20 fest mit einer Basisplatte in einem Kraftfahrzeugradarsystem zu verbinden. Die Verbindung an den gezeigten Befestigungspunkten 22 kann beispielsweise durch Schrauben erfolgen. Ebenso möglich wären beispielsweise eine Verklebung oder eine Verhakung der Abdeckung 20.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Strahlung. Es handelt sich bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls um ein Kraftfahrzeugradarsystem, das in weiten Zügen zu Fig. 1 analoge Komponenten aufweist. Diese zu Fig. 1 analogen Komponenten sind mit den identischen Bezugszeichen wie in der Fig. 1 gekennzeichnet. Der entscheidende Unterschied zum vorigen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht darin, daß die Leiterplatte 33, die auf der Basisplatte 12 angeordnet ist, eine größere Ausdehnung besitzt, als die Leiterplatte 13 nach Fig. 1. Durch die größere Ausdehnung der Leiterplatte 33 ist es möglich, daß die Abdeckung 36 unmittelbar auf der Leiterplatte aufliegt. Ein großer Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die komplette Einheit bestehend aus der Leiterplatte 13, den Sende-/Empfangs­ elementen 14, der Schaltungsanordnung 15, den vorfokussierenden Körpern 17 und der Abdeckung 36 separat montiert werden kann und als komplette Einheit in das Gehäuse 10, auf die Basisplatte 12 gebracht werden kann.
Sowohl im ersten als auch im zweiten Ausführungsbeispiel bestehen die Abdeckungen 16 bzw. 36 aus einem Stück. Es liegt jedoch im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß diese Abdeckungen aus mehreren Teilstücken bestehen. Entscheidend ist dabei lediglich, daß die Abdeckung die beschriebenen absorbierenden bzw. hochfrequenzdichten Wirkungen auf elektromagnetische Wellen haben.
Fig. 4 zeigt einen dielektrischen Stielstrahler (Polyrod), der besonders vorteilhaft als vorfokussierender Körper in die Durchführungen der Abdeckung eingesetzt wird. Dieses Polyrod 40 lenkt die zu sendenden bzw. die zu empfangenden elektromagnetischen Wellen in besonders vorteilhafter Weise um. Als vorfokussierende Körper können außerdem dielektrische Linsen, planparallele dielektrische Platten, Lochblenden, Schlitzblenden oder Metallplattenlinsen eingesetzt werden. Je nach Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei vorteilhaft sein, nur vorfokussierende Körper gleichen Typs oder auch vorfokussierende Körper verschiedener Typen einzusetzen.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Abdeckungen 16 und 36 mit den entsprechenden vorfokussierenden Körpern 17 können beispielsweise in einem Mehrkomponentenspritzgußverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst die Abdeckung 16 bzw. 36 durch ein Spritzgußverfahren hergestellt und durch ein weiteres Spritzgußverfahren die vorfokussierenden Elemente aus mikrowellenleitfähigem Material eingefügt. Durch diese Herstellungsform können die Abdeckungen mit den integrierten vorfokussierenden Körpern besonders günstig und präzise gefertigt werden. Diese präzise Herstellungsmethode ist notwendig, um die vorfokussierenden Körper bei der späteren Montage exakt justieren zu können.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen elektromagnetischer Wellen bestehend aus
  • - wenigstens einer Leiterplatte (13, 33) mit wenigstens einem Sende-/Empfangselement (14),
  • - wenigstens einer fokussierenden dielektrischen Linse (11) und
  • - wenigstens einem weiteren vorfokussierenden Körper (17), der zwischen dem Sende-/Empfangselement (14) und der dielektrischen Linse (11) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet,
  • - daß eine Abdeckung (16, 36) in der Ebene zwischen dem Sende-/Empfangselement (14) und der dielektrischen Linse (11) angeordnet ist,
  • - daß die Abdeckung (16, 36) wenigstens eine Durchführung (21) für den weiteren vorfokussierenden Körper (17) besitzt und
  • - daß die Abdeckung (16, 36) den weiteren in der Durchführung (21) gehaltenen vorfokussierenden Körper (17) in der Position fixierend umschließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Körper (17)
  • - ein dielektrischer Stielstrahler (Polyrod) (40) und/oder
  • - eine dielektrische Linse und/oder
  • - eine planparallele dielektrische Platte und/oder
  • - eine Lochblende und/oder
  • - eine Schlitzblende und/oder
  • - eine Metallplatten-Linse ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (16, 36) elektromagnetische Wellen absorbiert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (16, 36) auf der Leiterplatte (13, 33) aufliegt und/oder das Sende-/Empfangselement (14) haubenähnlich umgibt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (16, 36) wenigstens das Sende-/Empfangs­ element (14) bis auf die Stelle, an der sich die Durchführung (21) befindet, hochfrequenzdicht umschließt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (16, 36) aus wenigstens einem der folgenden Materialien besteht:
  • - mit Graphit gefüllter Kunststoff oder
  • - mit Stahlfaser gefüllter Kunststoff.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende-/Empfangselement (14) als in Streifenleitertechnik gefertigtes Patchantennenelement ausgeführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenbereich liegen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (13, 33) weiterhin wenigstens eine Schaltungsanordnung (15) angeordnet ist.
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