DE102006062492A1 - High frequency sensor for use in auxiliary element, has multiple antennae e.g. patch antennae, for sending and/or receiving high frequency signals, where antennae are arranged on low temperature cofired ceramics substrate - Google Patents

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Abstract

The sensor has multiple antennae (10) e.g. patch antenna, for sending and/or receiving high frequency signals in particular signals in a frequency range of 1 to 8 Gigahertz. The antennae are arranged on a low temperature cofired ceramics (LTCC) substrate (12). Each patch antenna has an edge length less than or equivalent to 1 centimeter. Electronic elements (14) such as resistors, condensers or coils are directly integrated on the LTCC substrate.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Hochfrequenzsensor, insbesondere von einem Hochfrequenzortungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention is based on a high-frequency sensor, in particular from a high frequency locating sensor according to the preamble of the claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Hochfrequenzsensoren, insbesondere Hochfrequenzsensoren zur Detektion von verborgenen Objekten sind seit geraumer Zeit bekannt. Als Hochfrequenzsensoren seien hier Sensoren bzw. Antennenelemente derartige Sensoren verstanden, die in Einem Frequenzbereich von großer gleich 1 GHz arbeiten.RF sensors, in particular high-frequency sensors for the detection of hidden Objects have been known for some time. As high frequency sensors Let sensors or antenna elements be understood as sensors of this kind work in a frequency range of 1 GHz or larger.

Ein Radargerät mit einem Hochfrequenzsensor ist beispielsweise aus der WO 96/19737 bekannt. Mit diesem Radargerät können in einer Wand oder im Erdreich eingeschlossene Objekte mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Damit z. B. bei Bohrungen in einer Wand die darin eingeschlossenen Objekte – z. B. Stahlarmierungen, Stromleitungen, Wasserleitungen und dergleichen – vor Zerstörung sicher sind, sollte dem Handwerker eine präzise Information über einen Ort, d. h. die Wegposition auf der Wandoberfläche und die Tiefe in der Wand, des eingeschlossenen Objektes vermittelt werden. Ein Radargerät besteht, wie auch in der WO 96/19737 beschrieben, üblicherweise aus einem „Frontend" – das ist eine Sende- und Empfangseinheit – und einer Anzeigevorrichtung.A radar device with a high-frequency sensor is for example from the WO 96/19737 known. With this radar, objects trapped in a wall or in the ground can be detected with high accuracy. So z. B. in holes in a wall, the objects enclosed therein - z. As steel reinforcements, power lines, water pipes and the like - are safe from destruction, the craftsman precise information about a place, ie the path position on the wall surface and the depth in the wall, the enclosed object should be taught. A radar device exists, as well as in the WO 96/19737 described, usually from a "front end" - that is a transmitting and receiving unit - and a display device.

Das in der WO 96/19737 offenbarte Frontend weist einen abgeschirmten Raum für elektrische Schaltkreise und zwei sich an diesen Raum anschließende Räume auf, die als Sendeantenne und Empfangsantenne ausgebildet sind. Die Hohlräume für die Sende- und die Empfangsantenne haben die Form von Hörnern, in denen Strahlerelemente (z. B. in Form von Drähten) installiert sind. Die Abschirmung des die Schaltkreise aufnehmenden Raumes geschieht einerseits durch ein auf die Leiterplatte für die Schaltkreise aufgesetztes Gehäuse und andererseits durch die Wandungen der Antennenhörner, die auf der den Schaltkreisen gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte fixiert sind. Die der Druckschrift WO 96/19737 zu entnehmende Ausführung des Frontends eines Radargeräts ist fertigungstechnisch relativ aufwendig, weil es aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht.That in the WO 96/19737 disclosed front end has a shielded space for electrical circuits and two adjoining this space spaces that are designed as a transmitting antenna and receiving antenna. The cavities for the transmitting and receiving antennas are in the form of horns in which radiating elements (eg in the form of wires) are installed. The shielding of the circuit receiving space takes place on the one hand by a mounted on the circuit board for the circuits housing and on the other hand by the walls of the antenna horns, which are fixed on the opposite side of the circuits of the circuit board. The printed matter WO 96/19737 To be taken execution of the front end of a radar is manufacturing technology relatively expensive because it consists of a variety of items.

Aus der DE 10 104 864 A1 ist eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Radarstrahlen bekannt, bei der auf einer Seite einer Leiterplatte mindestens eine Antenne und auf der anderen Seite der Leiterplatte elektrische Schaltkreise angeordnet sind und Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung der elektrischen Schaltkreise gegenüber der mindestens einen Antenne vorhanden sind.From the DE 10 104 864 A1 a device for transmitting and / or receiving radar beams is known in which on one side of a printed circuit board at least one antenna and on the other side of the printed circuit board electrical circuits are arranged and means for electromagnetic shielding of the electrical circuits with respect to the at least one antenna are present.

Auf der antennenseitigen Oberfläche der Leiterplatte der Vorrichtung der DE 10 104 864 A1 ist ein in Koplanar-Leitungstechnik ausgeführtes Speisenetzwerk, mit dem die mindestens eine Antenne kontaktiert ist, aufgebracht, wobei der auf Masse liegende Außenleiter der Koplanar-Leitung die antennenseitige Oberfläche der Leiterplatte soweit überdeckt, dass dadurch die geforderte Abschirmung zwischen der Antenne und den elektrischen Schaltkreisen entsteht.On the antenna-side surface of the circuit board of the device DE 10 104 864 A1 is a running in Koplanar cable technology feed network, with which the at least one antenna is contacted, applied, wherein the lying on ground outer conductor of the coplanar line covers the antenna-side surface of the circuit board so far that thereby the required shielding between the antenna and the electrical circuits arises.

Aus der DE 10 204 568 A1 ist ein Radargerät zum Detektieren von in einer Wand eingeschlossenen Objekten, bekannt welches eine Sende- und Empfangs-Antennenanordnung, bestehend aus mindestens einem Hohlraum mit einem darin angeordneten Strahlerelement und einem abgeschirmten Raum für elektrische Schaltkreise aufweist, wobei der abgeschirmte Raum der Vorrichtung der DE 10 204 568 A1 durch eine von einem Gehäuse überdeckte Leiterplatte gebildet ist, auf deren in das Gehäuseinnere weisenden Seite die Schaltkreise aufgebracht sind und auf deren anderen Seite die Antennenanordnung installiert ist. Bei der Vorrichtung der DE 10 204 568 A1 ist das Gehäuse so geformt, dass es sowohl den abgeschirmten Raum für die Schaltkreise als auch den mindestens einen Hohlraum für das mindestens eine Antennen-Strahlerelement bildet, wobei die Leiterplatte als abschirmende Trennwand zwischen den beiden Räumen in das Gehäuse eingesetzt ist.From the DE 10 204 568 A1 is a radar apparatus for detecting objects enclosed in a wall, which comprises a transmitting and receiving antenna arrangement, comprising at least one cavity with a radiating element arranged therein and a shielded space for electrical circuits, wherein the shielded space of the device DE 10 204 568 A1 is formed by a printed circuit board covered by a housing, on whose side facing the interior of the housing, the circuits are applied and on the other side of the antenna assembly is installed. In the device of DE 10 204 568 A1 the housing is shaped so that it forms both the shielded space for the circuits and the at least one cavity for the at least one antenna radiating element, wherein the circuit board is inserted as a shielding partition between the two spaces in the housing.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzsensor, insbesondere einen Hochfrequenzsensor zur Detektion von in einem Medium verborgenen Objekten, mit zumindest einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale, insbesondere Signale in einem Frequenzbereich von 2 bis 8 GHz. Dabei ist die zumindest eine Antenne auf einem LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) Keramik-Substrat ausgebildet ist, wobei LTCCs keramische Mehrlagenschaltungen sind. Durch den Einsatz von Antennen auf LTCC kann die Baugröße der Antenne deutlich verringert werden. LTCC Materialien besitzen eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante εr. Durch dieses große εr und den geringen Schichtdicken zwischen Metalllagen, die realisierbar sind, ist eine Reduzierung der Größe der Antennenelemente im Hochfrequenzbereich möglich. Während momentan die Antennentechnik für Hochfrequenz-Ortungsgeräte im UWB (Ultra-Wide-Band) Bereich auf relativ große Antennenausdehnungen im Bereich von einigen Zentimetern beschränkt sind, kann durch das LTCC Substrat die Antennengröße deutlich verringert werden, so dass beispielsweise Antennenelemente im Frequenzbereich von 2 bis 8 GHz mit Kantenlängen kleiner gleich 1 cm gefertigt werden können.The invention relates to a high-frequency sensor, in particular a high-frequency sensor for detecting objects hidden in a medium, having at least one antenna for transmitting and / or receiving high-frequency signals, in particular signals in a frequency range from 2 to 8 GHz. In this case, the at least one antenna is formed on a LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) ceramic substrate, wherein LTCCs are ceramic multilayer circuits. By using antennas on LTCC, the size of the antenna can be significantly reduced. LTCC materials have a very high dielectric constant ε r . This large ε r and the small layer thicknesses between metal layers, which can be realized, a reduction of the size of the antenna elements in the high frequency range is possible. While currently the antenna technology for UWB (ultra-wide-band) radio frequency localization are limited to relatively large antenna dimensions in the range of a few centimeters, the LTCC substrate, the antenna size can be significantly reduced, so that, for example, antenna elements in the frequency range of 2 to 8 GHz can be manufactured with edge lengths smaller than 1 cm.

Durch solche kleinen Antennengrößen ergeben sich für die UWB-Hochfrequenzortung (Ultra Wide Band) eine Reihe von Vorteilen und neuen AnsätzenBy Such small antenna sizes result for the UWB high frequency location (Ultra Wide Band) has a number of advantages and new approaches

Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass sich solche LTCC Komponenten in Schichtlagen, vergleichbar Multilayer-Platinen aufbauen lassen und auch wie Platinen hergestellt werden können.One additional advantage is that such LTCC components in layer layers, comparable to multilayer boards and also how boards can be made.

Da die LTCC-Komponenten auch integrierte passive Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und Spulen, beinhalten können, ergeben sich hier weitere Möglichkeiten zur Integration und Bauraumreduzierung.There the LTCC components also incorporate passive passive components, such as Resistors, capacitors and coils, may result Here are further possibilities for integration and space reduction.

Durch kleinere Antennen kann zum einen die Baugröße eines entsprechenden Detektionsgerätes reduziert werden, zum anderen ist nunmehr aber auch der Einsatz einer ganzen Antennengruppe in einem einzelnen Gerät möglich.By smaller antennas can on the one hand the size a corresponding detection device can be reduced On the other hand, the use of an entire antenna group is now also possible possible in a single device.

Darüber hinaus ist auch die Integration derartiger Hochfrequenzsensoren direkt in Werkzeugmaschinen oder Adapterelementen für Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise eine Staubabsaugevorrichtung, möglich. Auch in Absaughilfen von Staubsaugern können derartige Antennen und Ortungssensoren integriert werden.About that In addition, the integration of such high-frequency sensors is also directly in machine tools or adapter elements for machine tools, such as a Staubabsaugevorrichtung possible. Even in vacuuming aids of vacuum cleaners such Antennas and location sensors are integrated.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.By those listed in the dependent claims Features are advantageous developments of the invention Device possible.

In vorteilhafter Weise sind die Hochfrequenzkomponenten der Sende- und Empfangseinheit auf bzw. in einem Halbleiterelement (IC) kurz „Chip" integriert sind.In Advantageously, the high-frequency components of the transmission and receiving unit on or in a semiconductor element (IC) short "chip" are integrated.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.Further Advantages of the device according to the invention from the following description of an embodiment.

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Hochfrequenzsensoren dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird ein Fachmann auch Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombinieren und so zu weiteren Ausführungsformen gelangen.In the drawing are exemplary embodiments of the invention High-frequency sensors shown, which in the following description closer should be explained. The figures of the drawing, whose Description and claims contain numerous features in combinations. A person skilled in the art will also understand these features individually consider and summarize to other meaningful combinations. In particular, a person skilled in the art will also become features of different embodiments combine with each other and so on to other embodiments reach.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors mit einem Antennenelement auf einem LTCC-Substrat in einer schematisierten Darstellung, 1 An embodiment of a high-frequency sensor according to the invention with an antenna element on an LTCC substrate in a schematic representation,

2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors mit einer Mehrzahl von Antennenelementen auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat in einer schematisierten Darstellung, 2 an alternative embodiment of a high-frequency sensor according to the invention with a plurality of antenna elements on a common LTCC substrate in a schematic representation,

3 eine typische Anwendungssituation für eine Werkzeugmaschine in einer Schematischen Darstellung, 3 a typical application situation for a machine tool in a schematic representation,

4 eine alternative Anwendungssituation für eine Werkzeugmaschine in einer Schematischen Darstellung, 4 an alternative application situation for a machine tool in a schematic representation,

5 ein erfindungsgemäßes Zusatzbauelement für eine Werkzeugmaschine mit einem entsprechenden Hochfrequenzsensor gemäß 4 in einer Aufsicht. 5 an inventive additional component for a machine tool with a corresponding high-frequency sensor according to 4 in a supervision.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors. Der Hochfrequenzsensor gemäß Ausführungsbeispiel der 1 umfasst unter anderem ein Antennenelement 10, welches auf einem LTCC Substrat 12 ausgebildet ist. (Low Temperature Cofired Ceramics) LTCCs sind keramische Mehrlagenschaltungen, die neben der Integration beispielsweise einer oder mehrerer Antennenelementen auch die direkt Integration von weiteren elektronische oder elektrische Bauelementen des Hochfrequenzsensors ermöglicht. 1 shows a first embodiment of a high-frequency sensor according to the invention. The high frequency sensor according to the embodiment of 1 includes, inter alia, an antenna element 10 which is on an LTCC substrate 12 is trained. (Low Temperature Cofired Ceramics) LTCCs are multilayer ceramic circuits which, in addition to the integration of, for example, one or more antenna elements, also enable the direct integration of further electronic or electrical components of the high-frequency sensor.

Diese weiteren elektronischen Komponenten, die beispielsweise der Ansteuerung der Antennenelemente dienen können, seien im Ausführungsbeispiel der 1 schematisch in dem Bauteil 14 zusammengefasst.These further electronic components, which can serve, for example, for controlling the antenna elements, are in the exemplary embodiment of FIG 1 schematically in the component 14 summarized.

Der Arbeitsfrequenzbereich der Antenne bzw. der Antennen liegt dabei typischerweise zwischen 1 und 8 GHz, vorzugsweise zwischen 2 und 4 GHz.Of the Operating frequency range of the antenna or the antennas is here typically between 1 and 8 GHz, preferably between 2 and 4 GHz.

Die typischen Länge a einer Kante des Antennenelementes 10, welches beispielsweise als Patschantenne ausgebildet sein kann, liegt dabei im Bereich von 1 cm und darunter.The typical length a of an edge of the antenna element 10 , which may be formed for example as a patch antenna, lies in the range of 1 cm and below.

Ein derartiger Hochfrequenzsensor kann Bestandteil eines Ortungsgerätes 16 sein, wie dies symbolisch in 1 angedeutet ist. Ein derartiges Ortungsgerät ist beispielsweise in der DE 10 20 5000 A1 offenbart und sei hiermit, insbesondere bzgl. seines Aufbaus in diese Beschreibung mit einbezogen.Such a high-frequency sensor can be part of a locating device 16 be as symbolic in this 1 is indicated. Such a tracking device is for example in the DE 10 20 5000 A1 discloses and is hereby incorporated into this description, in particular with regard to its structure.

2 zeigt eine alternative Ausbildung eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors. 2 shows an alternative embodiment of a High-frequency sensor according to the invention.

Bei der Vorrichtung nach 2 sind eine Mehrzahl von Antennenelementen 10, die dem Antennenelement aus 1 entsprechen können auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat 12 ausgebildet.In the device according to 2 are a plurality of antenna elements 10 that the antenna element off 1 can match on a common LTCC substrate 12 educated.

Die typische Ausdehnung b eines Antennenelementes liegt dabei bei 1 cm oder deutlich darunter.The typical extent b of an antenna element is at 1 cm or below.

Der Abstand c der Antennenelemente 10 zueinander liegt in der Größenordnung der Größe der Antennenelemente.The distance c of the antenna elements 10 to each other is of the order of the size of the antenna elements.

Durch den Einsatz von Antennengruppen in Ortungsgeräten der Art, wie sie beispielsweise in der DE 10 204 568 A1 beschrieben sind, kann auf den bisher notwendigen Verfahrweg der Geräte verzichtet werden. Insbesondere könnte durch eine Kombination von klassischem Verfahrweg und elektronische Schwenkcharakteristik des Antennenarray die Erkennbarkeit von eingeschlossenen Objekten, speziell in Ecken verbessert werden.Through the use of antenna groups in tracking devices of the kind, as for example in the DE 10 204 568 A1 are described, can be dispensed with the previously necessary travel of the devices. In particular, the combination of classical travel and electronic panning characteristics of the antenna array could improve the visibility of trapped objects, especially in corners.

Bei dem Einsatz von Antennengruppen gibt es diverse Ansätze. Der Einfachheit halber wird hier ein lineares Array, wie in 2 dargestellt beschrieben. Der Einsatz einer Antennenmatrix oder eines Antennensterns ist aber ebenso möglich. Auch eine Teilbelegung der Matrix, d. h. eine Anordnung mit unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung der Einzelantennen ist möglich.When using antenna groups, there are various approaches. For the sake of simplicity, here is a linear array, as in 2 described described. However, the use of an antenna matrix or an antenna star is also possible. A partial assignment of the matrix, ie an arrangement with different spatial orientation of the individual antennas is possible.

Die Speisemöglichkeiten für die bestreffenden Antennengruppen sind jedoch immer sehr ähnlich.The Dining options for the relevant antenna groups However, they are always very similar.

Die Einzelantennen liegen beispielsweise in einer Reihe, wie in 2 dargestellt, und werden auch als Einzelantennen eingesetzt. Hier wird dann immer an dem Ort gemessen an dem sich die jeweilige Antenne der Anordnung befindet. Dies entspricht einer Geräteverschiebung mit festem Messabstand c gemäß 2. Eine solche Anwendung ergibt ein eher grobes Raster, welches durch den Antennenabstand c bestimmt ist.The individual antennas are for example in a row, as in 2 are shown, and are also used as individual antennas. Here is then always measured at the place where the respective antenna of the arrangement is located. This corresponds to a device displacement with a fixed measuring distance c according to FIG 2 , Such an application gives a rather coarse grid, which is determined by the antenna distance c.

Durch die gleichzeitige Speisung der Einzelantennen 10 mit einem relativen Phasenunterschied der Speisesignale zueinander, kann eine bestimmte Richtwirkung des Messsignals erreicht werden und somit der Messbereich variiert werden. Bei einer festen Einstellung der Phasenunterschiede zwischen den Antennen hat die jeweilige Antennengruppe immer denselben Messbereich bezogen, beispielsweise auf die Position des Gerätes, beispielsweise eines Ortungsgerätes, in dem ein Hochfrequenzsensor mit einer entsprechenden Antennenanordnung untergebracht ist. Werden die Antennen aber in ihrem relativen Phasenunterschied variiert, ist damit eine Veränderung des Messbereichs verbunden. Damit muss dass Gerät nicht über den gewünschten Messbereich verfahren werden.By the simultaneous feeding of the individual antennas 10 With a relative phase difference of the feed signals to each other, a certain directivity of the measuring signal can be achieved and thus the measuring range can be varied. With a fixed setting of the phase differences between the antennas, the respective antenna group has always related the same measuring range, for example to the position of the device, for example a locating device, in which a high-frequency sensor is accommodated with a corresponding antenna arrangement. However, if the antennas are varied in their relative phase difference, a change in the measuring range is associated with it. This means that the device must not be moved over the desired measuring range.

Dies ergibt dann u. a. nachfolgenden Betriebsmöglichkeiten für ein entsprechendes Ortungsgerät.This then gives u. a. subsequent operating options for a corresponding locating device.

Das Messgerät wir auf ein zu vermessendes Objekt, beispielsweise eine Gehäusewand ausgerichtet und durch die veränderbare Antennenansteuerung kann nunmehr ein bestimmter Messbereich unterhalb des Gerätes untersucht werden.The We measure on an object to be measured, for example a housing wall aligned and through the changeable Antenna control can now a certain range below of the device.

Alternativ kann das Gerät, wie bisher üblich und in der DE 10 20 5000 A1 beschrieben – mit fest eingestellter Messrichtung der Antennengruppe – über beispielsweise eine Wand bewegt werden. Wenn das Messgerät an einen Ort kommt, an dem es nicht weiterberegt werden kann, wie beispielsweise eine Raumecke oder dgl. Kann nunmehr durch Veränderung der Antennenansteuerung eine Schwenkcharakteristik der Antennengruppe genutzt werden, um auch den unzugänglichen oder nur schwer zugänglichen Bereich zu vermessen.Alternatively, the device, as usual and in the DE 10 20 5000 A1 described - with fixed set measuring direction of the antenna group - are moved over, for example, a wall. If the meter comes to a place where it can not be moved on, such as a room corner or the like. Can now be used by changing the antenna control a pivoting characteristic of the antenna array to measure the inaccessible or difficult to reach area.

Des Weiteren ist ein Betriebsmode möglich, bei dem das Ortungsgerät über die Wand bewegt wird und in einem relativ groben Ortsraster Messwerte aufnimmt. Dazu zusätzlich kann der Messbereich durch Veränderung der Phasenlage des Ansteuersignals der einzelnen Antennen an jedem Rasterpunkt fein variiert werden. Durch diese Methode kann die Ortsauflösung des Messgerätes verbessert werden.Of Furthermore, an operating mode is possible in which the locating device via the wall is moved and readings in a relatively coarse location grid receives. In addition, the measuring range can be changed the phase angle of the drive signal of the individual antennas at each Fine grid point can be varied. By this method, the spatial resolution the meter can be improved.

Des weiteren können zusätzliche Informationen über eingeschlossenen Objekte in dem zu untersuchenden Material dadurch erhalten werden, dass der Auftreffwinkel der von den Antennen ausgesandten der elektromagnetischen Welle auf die Wand durch die Variation der relativen Phasenlage der Antennenelemente einstellbar ist.Of others can provide additional information about enclosed objects in the material to be examined thereby be obtained that the angle of incidence of the emitted by the antennas the electromagnetic wave on the wall by the variation of the relative phase angle of the antenna elements is adjustable.

Dadurch sind Objekte nicht nur direkt von vorn, sondern auch schräg von der Seite her „sichtbar".Thereby objects are not only directly from the front, but also at an angle from the side "visible".

2 zeigt eine Werkzeugmaschine 18 in Form einer Bohrmaschine mit einem entsprechenden einzelnen Antennenelement 50, welches auf einem LTCC Substrat 48 angeordnet ist. Das Antennenelement wird durch eine entsprechende Ansteuerelektronik 52 betrieben. In alternativen Ausführungsformen kann auch eine Antennenarray gemäß 2 oder eine Antennenmatrix in der Maschine 168 Verwendung finden. 2 shows a machine tool 18 in the form of a drill with a corresponding single antenna element 50 which is on an LTCC substrate 48 is arranged. The antenna element is controlled by an appropriate control electronics 52 operated. In alternative embodiments, an antenna array according to 2 or use an antenna array in machine 168.

Das elektromagnetische Hochfrequenzsignal 20, welches von der Antenne abgestrahlt wird, kann beispielsweise über ein sogenanntes Polyrod ausgekoppelt werden und/oder über eine dielektrische Linse 22 gerichtet werden: Zur Auskopplung der Energie aus der Antenne 50, die insbesondere als Patch-Antenne ausgebildet sein kann, kann – je nach Arbeitsfrequenz des Hochfrequenzsensors ein Dielektrikum in Form eines Kunststoffteils, welches als Polyrod bezeichnet wird, Verwendung finden. Das Polyrod wird dabei über dem Antennenelement angeordnet. Eine zusätzliche Formung der Richtgeometrie des Strahlerelementes lässt sich über die Gehäusegeometrie, oder eine dielektrische Linse erzielen.The electromagnetic high-frequency signal 20 , which is radiated from the antenna, for example, via a so-called Polyrod be disengaged and / or via a dielectric lens 22 be directed: To extract the energy from the antenna 50 , which may be formed in particular as a patch antenna, can - depending on the operating frequency of the high-frequency sensor, a dielectric in the form of a plastic part, which is referred to as Polyrod, find use. The polyrod is placed over the antenna element. An additional shaping of the directional geometry of the radiator element can be achieved via the housing geometry, or a dielectric lens.

Im Ausführungsbeispiel der 3 soll mittels eines Bohrers ein Loch in eine Wand 28 gebohrt werden. In der Wand der Dicke D befindet sich eine Rohrleitung 34, beispielsweise aus einem Kunststoff, die möglichst nicht angebohrt werden sollte.In the embodiment of 3 should by means of a drill a hole in a wall 28 be bored. In the wall of thickness D is a pipeline 34 For example, a plastic that should not be drilled if possible.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors, der in der Werkzeugmaschine integriert ist, kann dass Kunststoffrohr, welche in der Wand 28 verborgen ist detektiert werden und beispielsweise ein entsprechendes Warnsignal oder auch die direkte Anzeige des verborgenen Gegenstandes in einer Ausgabeeinheit 54 der Werkzeugmaschine 18 wiedergegeben werden. Alternativerweise ist es möglich, die Maschine zu drosseln oder auszuschalten, falls ein – insbesondere vorgebbarer – Mindestabstand zu dem eingeschlossenen Objekt unterschritten wird.With the help of the high-frequency sensor according to the invention, which is integrated in the machine tool, that plastic pipe, which in the wall 28 is hidden is detected and, for example, a corresponding warning signal or the direct display of the hidden object in an output unit 54 the machine tool 18 be reproduced. Alternatively, it is possible to throttle or switch off the machine, if a - in particular specifiable - minimum distance to the enclosed object is reached.

Da neben dem eingeschlossenen Objekt 34 auch die Wandvorderseite 30 sowie die Wandrückseite 36 über Reflexionen des Hochfrequenzsignals 20 detektierbar sind, kann mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine auch ein sogenannter Wanddurchbruch verhindert werden.Because next to the enclosed object 34 also the wall front 30 as well as the wall back 36 about reflections of the high-frequency signal 20 can be detected, with a machine tool according to the invention also a so-called wall breakthrough can be prevented.

Der Hochfrequenzsensor kann dazu beispielsweise die Wanddicke D bestimmen und die Maschine 18 abstellen, falls ein Wanddurchbruch bevorsteht. Ein Wanddurchbruch ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrtiefe gleich oder größer als die jeweilige Wanddicke ist.The high-frequency sensor can for example determine the wall thickness D and the machine 18 shut down if a wall opening is imminent. A wall breakthrough is characterized in that the drilling depth is equal to or greater than the respective wall thickness.

Im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist der Hochfrequenzsensor nicht in dem Werkzeugmaschine selbst integriert, sondern in einem Zusatzbauteil 60, welches in dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 eine Absaugvorrichtung für den Bohrstaub ist. Eine solche Absaugvorrichtung kann direkt auf die Wand 28 an der Bohrstelle aufgesetzt sein oder aber mit der Werkzeugmaschine 18 verbunden sein, wie dies das Verbindungselement 62 in 4 symbolisieren soll.In the embodiment of 4 and 5 the high-frequency sensor is not integrated in the machine tool itself, but in an additional component 60 , which in the embodiment of the 4 and 5 a suction device for the drilling dust is. Such a suction device can be directly on the wall 28 be placed on the drilling or with the machine tool 18 be connected, as this is the connecting element 62 in 4 should symbolize.

Durch eine Öffnung 64 in der Absaugvorrichtung 60 kann der Bohrer 66 geführt werden, wie dies in der Aufsicht auf eine Absaugvorrichtung 60 gemäß 5 dargestellt ist. Um die Öffnung 64 herum sind Antennenelemente 10 auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat angeordnet. Alternativer Weise kann auch jedes Antennenelement für sich auf einem LTCC-Substrat ausgebildet sein. Auch ist eine Ausführungsform mit lediglich einem Antennenelement möglich, so dass der Hochfrequenzsensor lediglich zu entscheiden vermag, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht.Through an opening 64 in the suction device 60 can the drill 66 be guided, as in the supervision of a suction device 60 according to 5 is shown. Around the opening 64 around are antenna elements 10 arranged on a common LTCC substrate. Alternatively, each antenna element may be formed on its own on an LTCC substrate. Also, an embodiment with only one antenna element is possible, so that the high-frequency sensor can only decide whether an object is present or not.

Die Antennen 10 der Antennengruppe können wahlweise einzeln betrieben oder als Antennengruppe verschaltet sein. Die Einzelantennen können somit je nach Anforderung als Einzelelement eingesetzt werden, beispielsweise zur Bestimmung „eingeschlossenes Objekt vorhanden, ja oder nein" oder aber durch den Einsatz in einer Antennengruppe, beispielsweise in einer Stern- oder Kreuzanordnung auch die Richtung der eingeschlossenen Objekte identifizieren.The antennas 10 The antenna group can either be operated individually or interconnected as an antenna group. The individual antennas can thus be used as a single element depending on the requirement, for example for determining "enclosed object present, yes or no" or by using in an antenna group, for example in a star or cross arrangement also identify the direction of the enclosed objects.

Weitere notwendige Elektronik könnte entweder in der Absaugvorrichtung selbst, gegebenenfalls mit entsprechenden Anzeigeelementen oder aber auch in der Bohrmaschine untergebracht sein. Auch ist die Integration von Elektronikkomponenten direkt auf oder in dem LTCC-Substrat in vorteilhafter Weise möglich.Further necessary electronics could either be in the suction device itself, if necessary with appropriate display elements or else be housed in the drill. Also, the integration of electronic components directly on or in the LTCC substrate in advantageously possible.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschrankt. Insbesondere ist die Erfindung nicht beschränkt auf die art und Form der Werkzeugmaschine bzw., des Zusatzbauteils für die Werkzeugmaschine.The The invention is not limited to the embodiments shown in the figures limited. In particular, the invention is not limited on the type and shape of the machine tool or, the additional component for the machine tool.

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Claims (9)

Hochfrequenzsensor, insbesondere ein Hochfrequenzsensor zur Detektion von in einem Medium verborgenen Objekten (34), mit zumindest einer Antenne (10, 50) zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale (20), insbesondere Signale in einem Frequenzbereich von 1 bis 8 GHz, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Antenne (10, 50) auf einem LTCC-Substrat (12, 48) ausgebildet ist.High-frequency sensor, in particular a high-frequency sensor for detecting objects hidden in a medium ( 34 ), with at least one antenna ( 10 . 50 ) for transmitting and / or receiving high-frequency signals ( 20 ), in particular signals in a frequency range from 1 to 8 GHz, characterized in that the at least one antenna ( 10 . 50 ) on an LTCC substrate ( 12 . 48 ) is trained. Hochfrequenzsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Antenne (10, 50) eine Patch-Antenne ist.High-frequency sensor according to claim 1, characterized in that the at least one antenna ( 10 . 50 ) is a patch antenna. Hochfrequenzsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Patch-Antenne eine Kantenlänge a von kleiner gleich 1 cm aufweist.High-frequency sensor according to Claim 1, characterized that the at least one patch antenna has an edge length a of less than or equal 1 cm. Hochfrequenzsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Mehrzahl von Antenne (10, 50) aufweist.High-frequency sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor comprises a plurality of antennas ( 10 . 50 ) having. Hochfrequenzsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Antenne (10, 50) auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat (12, 48) angeordnet ist.High-frequency sensor according to claim 4, characterized in that the plurality of antenna ( 10 . 50 ) on a common LTCC substrate ( 12 . 48 ) is arranged. Hochfrequenzsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das oder auf dem LTCC-Substrat (12, 48) elektronische Bauelemente (14), insbesondere Widerstände, Kondensatoren oder Spulen, integriert sind.High-frequency sensor according to one of the preceding claims, characterized in that in or on the LTCC substrate ( 12 . 48 ) Electronic Components ( 14 ), in particular resistors, capacitors or coils are integrated. Werkzeugmaschine, insbesondere ein Elektrowerkzeug (18), welches zu einem bohrenden und/oder schlagenden Antreiben eines Werkzeugs vorgesehen ist, mit zumindest einem Hochfrequenzsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Machine tool, in particular a power tool ( 18 ), which is provided for a drilling and / or beating driving a tool, with at least one high-frequency sensor according to one of the preceding claims. Zusatzbauelement zur Verwendung in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine, insbesondere in Verbindung mit einem Elektrowerkzeug (18), welches zu einem bohrenden und/oder schlagenden Antreiben eines Werkzeugs (66) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (60) zumindest einen Hochfrequenzsensor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.Additional component for use in connection with a machine tool, in particular in connection with a power tool ( 18 ), which leads to a drilling and / or beating driving of a tool ( 66 ), characterized in that the additional element ( 60 ) has at least one high-frequency sensor according to at least one of claims 1 to 6. Zusatzbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzbauelement Teil einer Absaugvorrichtung (60) ist.Additional component according to claim 8, characterized in that the additional component part of a suction device ( 60 ).
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