DE102008010171A1

DE102008010171A1 - Vorrichtung zur effizienten Kopplung von verschiedenartigen Wellenleitern

Info

Publication number: DE102008010171A1
Application number: DE102008010171A
Authority: DE
Inventors: Arnold MÖBIUS; Udo Fackelmayer; Thomas Rümmelin
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur effizienten Kopplung von verschiedenartigen Wellenleitern durch ein koppelndes Übergangsstück (1) aus dielektrischem Material angegeben. Damit können elektromagnetische Wellen verlustarm von einem ersten Leiter z. B. einem Hohlleiter (2) und einem zweiten Leiter z. B. einem dielektrischen Wellenleiter (3) geführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Radarsystem zur Umgebungserfassung für ein Kraftfahrzeug und insbesondere die Antenneneinheit des Radarsystems, wobei der Radarstrahl z. B. über einen definierten Winkelbereich schwenkbar ist, um Position und Geschwindigkeit der Objekte im Bereich des Fahrzeugs bestimmen zu können. Eine Antenneneinheit für einen schwenkbaren Radarstrahl, basierend auf der Auskopplung evaneszenter Wellen durch Anordnung einer leitfähigen Gitterstruktur in unmittelbarer Nähe eines dielektrischen Wellenleiters wird in US Patent 5,572,228 beschrieben. In den dielektrischen Wellenleiter wird eine ausbreitungsfähige Mode eingespeist, die im umgebenden Luftraum transversal evaneszente Felder hat. Wird nun in diesen Bereich evaneszenter Felder ein Rechen aus leitfähigem Material mit periodischer Rillung positioniert, so führt dies zu einer Kopplung in mindestens eine andere Mode, die gezielt nicht auf dem Wellenleiter ausbreitungsfähig ist und deshalb in den freien Raum abgestrahlt wird.
Eine Problemstellung bei einer solchen Anordnung ist die modenreine Anregung der gewünschten Eigenmode in den dielektrischen Wellenleiter, welcher auch metallisch gefasst sein kann.
Es ist also die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für eine modenreine Anregung der gewünschten Eigenmode von einem Hohlleiter in den dielektrischen Wellenleiter, anzugeben.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher beschrieben.
1: Übergangsstück mit Hohlleiter und dielektrischem Wellenleiter
2: Übergangsbereich von verschiedenartigen Wellenleitern mit Blende
3: Übergangsbereich von verschiedenartigen Wellenleitern mit Rille
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die elektromagnetische Leistung von einer HF-Einheit erzeug, die die Leistung z. B. in der Grundmode TE11 eines kreiszylindrischen Hohlleiters bereitstellt, die nun gemäß der Aufgabenstellung in die Eigenmode des gefassten Wellenleiters mit z. B. recheckigem Querschnitt, TE01 effizient zu koppeln ist. Die transversalen Abmessungen des gefassten Wellenleiters rechteckigen Querschnitts (Kantenlängen a·b, in der Regel b < a) werden in der Regel durch die für den Anwendungsfall erforderliche Wellenleiterwellenlänge und das Herstellungsverfahren bestimmt.
Es ist vorteilhaft ein Übergangsstück aus einem dielektrischen Material (1) zwischen einem beispielsweise kreisrunden und rechteckigen Leiter anzuordnen. Dieses ist, insbesondere um eine kompakte Anordnung zu erhalten, möglichst kurz.
Es wird in 1 eine beispielhafte Anordnung angegeben, bei der das Übergangsstück (1) teilweise im zylindrischen Hohlleiter (2) mit dem Innenradius a befindet und kegelförmig ausgestaltet ist und sich insbesondere in Richtung des Wellenleiters aufweitet und vorzugsweise am Ende kreiszylindrisch den Hohlleiter ausfüllt. Dieder rotationssymmetrische Teil der Übergangsstücks (1) geht (an der Stelle z0) diskontinuierlich auf einen rechteckigen Querschnitt über, der vorzugsweise quadratisch mit der Kantenlänge a ist. Der rechteckige Querschnitt wird kontinuierlich auf den gewünschten rechteckigen Querschnitt verringert.I
Es kommt es beim Übergang von z. B. einem Hohlleiter (2) zu einem dielektrischen Wellenleiter (3) zu einer Anregung einer Vielzahl von Moden in letzterem Wellenleiter. Dies liegt u. a. daran, dass sich beim dielektrischen Wellenleiter evaneszente Felder im Luftraum ausbilden, die beim Hohlleiter nicht entstehen.
Zudem wird bei dem kontinuierlichen Übergangsstück Leistung abgestrahlt. Beides führt im Antennendiagramm zu einem (starken) Nebenmaximum.
Die Abstrahlung wird dadurch vermieden bzw. vermindert, indem z. B. der Übergang vom zylindrischen Hohlleiter zum dielektrischen Wellenleiter kontinuierlich gestaltet wird. Das erreicht man z. B. dadurch, dass

– der Hohlleiter zumindest teilweise mit einem Übergangsstück bestehend aus einem dielektrischen Material (1) gefüllt wird. Ein Ausführungsbeispiel für ein Übergangsstück ist in 1 gezeigt und
– der Innendurchmesser des Hohlleiter sich – ab dem Übergang des Übergangsstücks von einem kreisförmigen auf einen rechteckigen Querschnitt (1, z0) – kontinuierlich aufweitet, also wie eine Blende (4) wirkt, während das Dielektrikum in seinen Abmessungen konstant bleibt oder sich verjüngt.

In einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine starke Verjüngung des dielektrischen Wellenleiters vorliegt, kann es erforderlich sein, zunächst einen zusätzlichen, sich verjüngenden Blendenabschnitt (4a) mit einem darauf folgenden sich aufweitenden Blendenabschnitt (4) gezeigt, ehe sie sich dann wieder aufweiten. Eine solche Anordnung ist in 2 dargestellt. Die Blende ist nur unterhalb des dielektrischen Materials (1) mit rechteckigem Querschnitt angegeben kann aber selbstverständlich wenn erforderlich auch alle Seiten des Übergangsstücks ummanteln. Ist der dielektrische Wellenleiter z. B. an einer oder mehreren Seiten metallisch gefasst, so ist an dieser Seite/an diesen Seiten keine Blende (4) notwendig.
Eine genaue Auslegung des Übergangsbereichs kann z. B. mit Streumatrixprogrammen simuliert werden.
Mit der Aufweitung der Blende (4) um den dielektrischen Wellenleiter kann sich das evaneszente Feld um diesen kontinuierlich ausbilden. Ein Nachteil dieser Lösung ist die für die geplante Anwendung aufwendige Fertigung.
Eine einfacher zu fertigende Variante ist das Einbringen von einer oder mehreren Rillen (6) in die Einfassung des Wellenleiters, 3. Diese Alternative eignet sich insbesondere für Wellenleiter, die zumindest an einer Seite mit einem metallischen Material (5) abgeschlossen werden. Die Rille(n) wird/werden dann direkt in dem metallischen Material (5) eingebracht
Rillen (6) bei entsprechender Auslegung wirken ähnlich, wie die oben beschriebene reflektierende Blende. Die Rille oder Rillen (6) muß/müssen sich im Bereich des evaneszenten Feldes des Wellenleiters befinden. Sie sind z. B. zylinderförmig oder rechteckig ausgeführt. Die Abmessungen für Tiefe und Breite betragen ca. λ/5 < x < λ/2, wobei λ der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Wellenleiter entspricht. Auch in diesem Fall wird das evaneszierende Feld des dielektrischen Materials reflektiert. Es wird so eine effiziente Wandlung von Hohlleitermoden in die des dielektrischen Wellenleiters erreicht und ein unerwünschtes Nebenmaximum im Antennendiagramm unterdrückt/vermindert.
Anstelle eines dielektrischen Wellenleiters können auch andere Arten von Wellenleitern verwendet werden. Sämtliche Überlegungen bleiben die gleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5572228 [0001]

Claims

Vorrichtung zur effizienten Kopplung von verschiedenartigen Wellenleitern, die ein koppelndes Übergangsstück (1) aus dielektrischem Material von einem ersten Leiter z. B. einem Hohlleiter (2) und einem zweiten Leiter z. B. einen dielektrischen Wellenleiter (3), ein Mittel zur Reflexion (4, 6), einen ersten und einen zweiten Wellenleiter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – das Übergangsstück (1) in den Hohlleiter (2) hineinreicht, und – durch ein Mittel zur Reflexion (4, 6) des evaneszente Feld im Übergangsbereich zwischen Hohlleiter (2) in einen dielektrischen Wellenleiter (3) reflektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Reflexion (4) mit dem der Hohlleiter (1) verbunden ist und als eine Fortführung des Hohlleiters mit einer kontinuierliche Aufweitung des Innendurchmessers des Hohlleiters- als Blende (4) – ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 insbesondere mit einem dielektrischen Wellenleiter (3), der zumindest an einer Seite mit einem metallischen Abschlussmaterial (5) abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Rille (6) in einem metallisches Material so angeordnet ist, dass evaneszente Strahlung des Wellenleiters reflektiert wird, wobei das metallische Material mit der Rille (6) insbesondere mit dem metallischen Abschlussmaterial (5) verbunden ist.