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Die
Erfindung betrifft eine Radarantennenanordnung nach den Oberbegriffen
der Ansprüche 1 und 5. Ferner betrifft die Erfindung ein
Kraftfahrzeug mit einer derartigen Radarantennenanordnung.
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Eine
Radarantennenanordnung der eingangs genannten Art sowie ein hiermit
ausgestattetes Kraftfahrzeug sind aus der
WO 2006/039896 A1 bekannt.
Eine weitere Radarantennenanordnung ist bekannt aus der
US 5,572,228 . Hinsichtlich
des Einsatzes derartiger Radarantennenanordnungen bei der Objekterkennung besteht
noch Verbesserungsbedarf.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radarantennenanordnung
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine reproduzierbare
Objekterkennung möglichst störungsfrei gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
die Radarantennenanordnungen nach den Ansprüchen 1 und
5.
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Die
erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch
1 unterdrückt effizient eine Abstrahlung erzeugter Radarwellen
in höhere Beugungsordnungen. Intensive Radarwellenabstrahlung
findet daher ausschließlich in der niedrigsten Beugungsordnung
statt, so dass eine definiert richtungsabhängige Abstrahlcharakteristik
folgt. Dies führt zu eindeutigen Messergebnissen bei der
Objekterfassung.
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Strukturelemente
nach Anspruch 2 haben sich zur Unterdrückung der Radarabstrahlung
in Richtungen höherer Beugungsordnungen als besonders effizient
herausgestellt. Die Stufen führen dazu, dass beispielsweise
zwei in Längsrichtung des Wellenleiters versetzte Antennenarrays
entstehen, wobei das eine Antennenarray durch die Grundstrukturen
und das andere Antennenarray durch die Unterstrukturen gebildet
wird. In Richtung der unerwünschten höheren Beugungsordnungen
löschen sich die Abstrahlungen dieser beiden Arrays aus,
wenn die Grund- und Unterstrukturen entsprechend dimensioniert sind.
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Eine
Unterstrukturierung nach Anspruch 3 hat sich als besonders effizient
zur Unterdrückung unerwünschter höherer
Beugungsordnungen herausgestellt.
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Eine
Strukturierung nach Anspruch 4 führt zu einer Reflexion
an Stufen, die von den Rippen begrenzt werden, wobei aufgrund der
Abschrägungen die Stufen unterschiedliche Höhen
aufweisen. Hieraus ergibt sich eine unterschiedliche Phasenwirkung
und somit, abhängig von der Dimensionierung der Strukturelemente, eine
erwünschte destruktive Interferenz der Abstrahlung in einer
vorgegebenen Richtung.
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Die
erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch
5 führt dazu, dass eine Rückstreuung bzw. Reflexion erzeugter
Radarstrahlung entgegen der Einspeisungsrichtung im Wellenleiter
vermieden ist. Diese unerwünschte Rückstreuung
wird vermieden oder stark geschwächt, da sich Anteile der
rückgestreuten Radarwellen, die in dem variierenden Abstandsbereich
erzeugt werden, gegenseitig schwachen bzw. auslöschen.
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Eine
Abweichung des Abstands nach Anspruch 6 hat sich für den
erwünschten Löschungseffekt in der Reflexionsrichtung
entgegen der Einspeisungsrichtung als ausreichend herausgestellt.
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Eine
Trommel nach Anspruch 7 ermöglicht eine Radarwellenanordnung
mit wechselnder Abtastrichtung, wobei der maximale Intensitätswert
der Radarabstrahlung in seiner Richtung definiert variiert. Die
Trommel wird dabei angetrieben um ihre Längsachse gedreht.
Je nach dem Momentanabstand der Strukturelemente zueinander resultiert
ein entsprechender Abstrahlwinkel der Radarstrahlung. Die Strukturelemente
sind dort unterstrukturiert, wo ansonsten unerwünschte
Abstrahlungen in höhere Beugungsordnungen oder eine unerwünschte
Rückstreuung entgegen der Einspeisungsrichtung auftreten
würde.
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Die
Vorteile eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 8 entsprechen denen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die Vorteile der Radarantennenanordnung
bereits erläutert wurden. Die Radarantennenanordnung kann
als Einparkhilfe oder aber auch zur Objekterfassung in Vorwärtsrichtung
genutzt werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Radarantennenanordnung;
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2 eine
stirnseitige Ansicht auf die Radarantennenanordnung nach 1 aus
Blickrichtung II;
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3 eine
Aufsicht auf eine abgerollte Mantelwand einer als Trommel ausgeführten
Vorgabestruktur der Radarantennenanordnung zur Vorgabe eines Radarwellen-Abstrahlwinkels;
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4 ein
Diagramm, welches die Abhängigkeit des Abstandes p zweier
benachbarter Strukturelemente der Mantelwand als Funktion eines
Abroll- bzw. Drehwinkels φ darstellt;
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5 eine
Ausschnittsvergrößerung des Bereichs V in 1;
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6 ein
dreidimensionales Fernfelddiagramm, welches die Richtungsabhängigkeit
der von der Radarantennenanordnung ausgehenden Radarwellenintensität
darstellt;
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7 Strukturelemente
in einer Mantelwand einer weiteren Ausführung einer Trommel
als Vorgabestruktur in einer zu 5 ähnlichen
Darstellung; und
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8 in
einer zu 6 ähnlichen Darstellung
ein Radarwellen-Fernfeld der Ausführung nach 7.
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Eine
Radarantennenanordnung 1, die insbesondere in einem nicht
dargestellten Kraftfahrzeug zum Erkennen von Objekten in dessen
Umgebung eingesetzt wird, hat einen Wellenleiter 2, der
einer Vorgabestruktur in Form einer Trommel 3 zur Vorgabe
einer Abstrahlwinkel-Verteilung von Radarwellen benachbart ist,
die vom Wellenleiter 2 ausgehen. Der Wellenleiter 2 ist
der Trommel 3 unmittelbar benachbart. Der Wellenleiter 2 ist
näherungsweise streifenförmig mit einer Längserstreckung
in x-Richtung. Eine Ausbreitungsrichtung einer Radarwelle ist in
der 1 durch einen Pfeil 4 veranschaulicht.
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Zur
Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen wird nachfolgend
ein kartesisches x-y-z-Koordinatensystem verwendet. Die x-Richtung
verläuft in der 1 horizontal nach rechts und
fällt mit einer Längsachse 5 der Trommel 3 zusammen.
Die y-Achse verläuft in der 2 nach oben.
Die z-Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene der 1 aus
dieser heraus.
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Ein
Abstrahlwinkel ϑ der Radarwelle 4 wird in Bezug
auf eine Flächennormale 6 des Wellenleiters 2 gemessen,
die parallel zur y-Achse verläuft.
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In
den Wellenleiter 2 werden zur Erzeugung der Radarwellen über
eine nicht dargestellte Strahlungsquelle und eine ebenfalls nicht
dargestellte Einkoppeleinrichtung elektromagnetische Wellen derart
eingekoppelt, dass sich diese in der Längsrichtung des
Wellenleiters 2, also in x-Richtung, ausbreiten.
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In
der vorstehend im Zusammenhang mit der
1 erläuterten
allgemeinen Form ist die Radarantennenanordnung beispielweise aus
der
WO 2006/039896
A1 bekannt.
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Die
Trommel 3 hat eine Mehrzahl von Strukturelementen 7,
die als erhabene Rippen auf einen Grundkörper 8 der
Trommel 3 ausgeführt und in der 1 nicht
dargestellt sind. Eine Rippen-Überstruktur 9,
die eine Grundstruktur jedes Strukturelements 7 darstellt,
ist seitlich jeweils durch sich von dem Grundkörper 8 senkrecht
erstreckende Seitenwände begrenzt. Diese Seitenwände
zweier benachbarter Grundstrukturen 9 haben einen Abstand
p zueinander. Die Grundstrukturen 9, also die Rippen-Überstrukturen,
sind auf der Mantelwand des Grundkörpers 8 so
angeord net, dass der momentan wirksame Abstand pm bzw.
pm der Grundstrukturen 9 zueinander
dort, wo die Mantelwand dem Wellenleiter 2 gegenüberliegt,
von einem momentanen Drehwinkel φ der Trommel 3 abhängt.
Diese p/φ-Abhängigkeit ist einerseits in der 3 beispielhaft
dargestellt, wo die Mantelwand des Grundkörpers 8 abgerollt
gezeigt ist. Die 4 zeigt die p/φ-Abhängigkeit
in einem entsprechenden Diagramm. Der Abstand p benachbarter Grundstrukturen 9 wachst,
ausgehend von einem Minimalwert p0 bei φ =
0 zunächst an bis zu einem Maximalwert 2p0 bei φ = π und
fällt anschließend wieder linear ab, bis bei φ =
2π wiederum der Abstandswert p0 erreicht
ist. Anstelle der dargestellten p/φ-Abhängigkeit
ist auch eine monotone Abhängigkeit über den Umfang
der Trommel 3 möglich, bei der die p/φ-Abhängigkeit
die Form einer Sägezahn-Kurve annimmt.
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Die
Strukturelemente 7 weisen neben den Rippen-Überstrukturen 9 noch
Unterstrukturen 10 in Form von Stufen in der Rippen-Überstruktur 9 auf.
Die genaue Ausgestaltung dieser Unterstrukturierung der Strukturelemente 7 ist
in der Ausschnittsvergrößerung der 5 dargestellt.
In der 1 ist die Mantelwand der Trommel 3 schematisch
und unstrukturiert wiedergegeben.
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Die
Unterstrukturen 10 führen in jedem Strukturelement 7 dazu,
dass auf der Rippen-Oberseite der Rippen-Überstruktur 9 jeweils
eine Nut bzw. Rille entsteht, die der Rippe folgend verläuft.
Auch mehr als eine derartige Nut ist pro Strukturelement möglich.
Die beiden die Rille seitlich jeweils begrenzenden Überstände der
Rippen-Überstruktur 9 sind verschieden hoch. Der
in der 5 jeweils linke Überstand eines Strukturelements 7 ist
höher als der in Bezug auf die zentrale Rille rechte Überstand.
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Die
Abstände p benachbarter Strukturelemente
7 sind
auf die eingespeiste Wellenlänge der elektromagnetischen
Welle im Wellenleiter
2 so abgestimmt, dass insbesondere
bei bestimmten Abständen, also im Bereich von p
m = p
0 eine Beugung
der abgestrahlten Radarwellen
4 in einer niedrigsten, also
in der ersten Ordnung und zudem in mindestens einer höheren
Ordnung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel also in der
zweiten Ordnung, prinzipiell möglich ist. Generell gilt:
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Hierbei
ist pm der momentane Abstand benachbarter
Strukturelemente 7, λ0 die
Freiraumwellenlänge, λg die
Wellenlänge auf dem dielektrischen Wellenleiter und n die
Beugungsordnung der jeweiligen Abstrahlrichtung ϑ.
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6 zeigt
eine Abstrahlcharakteristik der Radarwellen abhängig vom
Winkel ϑ im Koordinatensystem nach 1.
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Das
Verhältnis des Abstandes p
m der
Strukturelemente
7, die in der momentanen Drehstellung
der Trommel
3 dem Wellenleiter
2 gegenüberliegen,
zur Wellenlänge λ
g ist
derart, dass neben einer Abstrahlung in Richtungen mit Beugungsordnung
n = 1 auch noch eine Abstrahlung in einer gänzlich anderen
Abstrahlrichtung bei einer Beugungsordnung n = 2 möglich
ist. Es gilt:
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Die
Abstrahlung in Form der ersten Beugungsordnung (n = 1) hat die Form
eines Rechens mit definierten Spitzen 11 höchster
Intensität bei anhand der vorstehend erläuterten
Abstrahlwinkel-Bedingung für die Beugungsordnung n = 1
ausgezeichneten Abstrahlwinkeln.
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Da
der Momentanabstand pm, wie vorstehend erläutert
von λg abhängt, wäre
auch in einer von den Spitzen 11 deutlich verschiedenen
Abstrahlrichtung eine Spitze 12 der Radarwellen-Intensität
zu erwarten, die in der 6 gestrichelt angedeutet ist.
Die Spitze 12 erfüllt die vorstehend genannte
Abstrahlwinkel-Bedingung für n = 2. Diese Spitze 12,
die normalerweise auftritt, wird auch als Grating Lobe (Gitter-Strahlungskeule) bezeichnet.
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Tatsächlich
ist die Spitze 12 bei der Winkel-Abstrahlcharakteristik
nach 6 nicht vorhanden. Dies liegt daran, dass aufgrund
der Unterstrukturen 10 mehrere Antennenarrays entstehen,
deren Abstrahlungen sich in Richtung der Spitze 12 gegenseitig
auslöschen, was zu einer Unterdrückung der Abstrahlung
in Richtung der Spitze 12 führt.
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7 zeigt
eine weitere Variante von Strukturelementen 7 auf der Mantelwand
einer alternativen Trommel 3, die ebenfalls bei der Radarantennenanordnung 1 eingesetzt
werden kann. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend
unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 erläutert
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals
im Einzelnen diskutiert.
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Anstelle
einer Rille als Unterstruktur hat eine Rippen-Überstruktur
bzw. Grundstruktur 9 der Strukturelemente 7 jeweils
oberseitig eine Abschrägung als Unterstruktur. Diese Abschrägung
verhindert eine Abstrahlung von Radarwellen 4 in die Richtung
der höheren Beugungsordnung n = 2. Es resultiert eine Abstrahlcharakteristik,
die in der 8 dargestellt ist. Die im Vergleich
zur 6 andere Abstrahlcharakteristik der Spitzen 11 resultiert
aus einer anderen Form einer Fassung des Wellenleiters.
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Die
Intensität in Richtung der höheren Beugungsordnung,
also die Spitze 12, ist um 13 dB geringer als in Richtung
der Spitzen 11 zur Beugungsordnung n = 1. Die Spitze 12 trägt
dann nicht zu einer Verfälschung von Abstands-Messergebnissen
bei, die über die Radarantennenanordnung 1 erzielt
werden.
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Bei
einer bestimmten Umfangsposition φ der Trommel 3 muss
der Abstand benachbarter Strukturelemente 7 nicht für
alle in Längsrichtung bei dieser Umfangsposition aufeinanderfolgenden
Paare von Strukturelementen 7 exakt konstant sein, sondern
kann um einen Mittelwert variieren. Die zwei in der 5 ganz
links dargestellten Strukturelemente 7 können
beispielsweise zueinander einen Abstand von 1,00 pm haben.
Das in der 5 rechts sich anschließende
Paar von Strukturelementen 7 kann einen Abstand von 1,02
pm haben. Das wiederum nachfolgende Paar
von Strukturelementen 7 kann einen Abstand von 0,97 pm haben. Eine derartige Abstandsvariation
ist auch als Verjitterung des Abstandes bekannt. Insbesondere erfolgt
eine derartige Abstandsvariation in einem Umfangsbereich, wo für
den Abstand benachbarter Strukturen gilt: p0 = λg [3]
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In
diesem Bereich würde entsprechend der eingangs erwähnten
Formel [1] für den Abstrahlwinkel für n = 1 ein
Abstrahlwinkel ϑ von 90° resultieren.
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Die
Radarwelle 4 würde also entgegen der Einspeisung
in den Wellenleiter 2 reflektiert werden. Dies wird vermieden,
indem in diesen Bereichen die vorstehend bereits erläuterte
statistische Abstandsvariation hergestellt wird.
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Die
statistische Variation kann beispielsweise durch Einsatz eines Zufallsalgorithmus
bei der Fertigung der Strukturelemente 7 realisiert werden.
Dieser Variationseffekt führt dazu, dass sich die Reflexionen
in der Richtung ϑ = 90° gegenseitig auslöschen.
Bei der Abstandsvariation beträgt die Abweichung des tatsächlichen Abstandes
von einem Abstandsmittelwert bei einer gegebenen Umfangsposition φ etwa
5 bis 20% des absoluten Abstandswertes.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/039896
A1 [0002, 0026]
- - US 5572228 [0002]
