DE102013222963A1 - Millimeter wave radar antenna used for in-band radar applications, has wave guide element that is constructed and arranged to cooperate with edge-antenna, so that element is overlapped on upper side and opposite underside of antenna - Google Patents

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Abstract

The antenna (20) has a wave guide element (23) that is arranged between a primary radiator (22) and a lens (24), such that the cross sectional area of the wave guide element is formed at a the primary radiator whose facing side is smaller than the cross-sectional area of the wave guide element. The primary radiator is formed as edge-antenna. The wave guide element is constructed and arranged to cooperate with the edge-antenna, so that the wave guide element is overlapped on the upper side and the opposite underside of the edge antenna.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarantenne mit einem Primärstrahler gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a radar antenna with a primary radiator according to the preamble of claim 1.

Für hoch auflösende und kostengünstige Radarsysteme werden Antennen benötigt, die einen definierten Strahlkegel haben, leicht und kompakt sind und eine möglichst große Frequenzbandbreite aufweisen.High-resolution and cost-effective radar systems require antennas that have a defined beam cone, are light, compact and have the widest possible frequency bandwidth.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Radarantennen mit einem Konus und einer zirkularen Linse zu versehen, um ihre Abstrahlcharakterisik zu verbessern.From the prior art it is known to provide radar antennas with a cone and a circular lens to improve their Abstrahlcharakterisik.

Beispielsweise ist in EP 1 006 611 A2 eine Antenne beschrieben, die einen Primärstrahler, wie z. B. eine Hornantenne, eine dielektrische Linse und einen dielektrischen zirkularen Konus umfasst. Der Konus ist derart ausgebildet, dass sich die Dielektrizitätszahl des Konus entlang einer Mittelachse verändert um einen allmählichen Übergang einer elektromagnetischen Welle in einen Freiraum beziehungsweise aus dem Freiraum kommend zu ermöglichen.For example, in EP 1 006 611 A2 an antenna described that a primary radiator, such. A horn antenna, a dielectric lens, and a dielectric circular cone. The cone is designed such that the dielectric constant of the cone changes along a central axis in order to allow a gradual transition of an electromagnetic wave into a free space or coming from the free space.

Nachteilig an den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist, dass die vorbekannten Radarantennen nicht breitbandig ausgelegt sind. Zusätzlich finden an allen Grenzflächen zwischen dielektrischen Materialien mit unterschiedlicher Dielektrizitätszahl Teilreflexionen statt, was sich auf die Effizienz der Antennenanordnung auswirkt und unerwünschte Signalartefakte verursacht.A disadvantage of the devices according to the prior art is that the known radar antennas are not designed broadband. In addition, partial reflections occur at all interfaces between dielectric materials having different dielectric constants, which affects the efficiency of the antenna array and causes unwanted signal artifacts.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Radarantenne bereitzustellen, die breitbandig ausgelegt ist, bei der möglichst geringe Reflexionen erzeugt werden und nur geringe Verluste auftreten. Zusätzlich soll die Radarantenne eine kompakte und kostengünstige Konstruktion aufweisen.The present invention is therefore an object of the invention to provide a radar antenna, which is designed broadband, are generated in the smallest possible reflections and only small losses occur. In addition, the radar antenna should have a compact and inexpensive construction.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Radarantenne gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Radarvorrichtung gemäß Anspruch 11. Vorzugsweise Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Radarantenne finden sich in den Ansprüchen 2 bis 10. Vorzugsweise Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung finden sich in den Ansprüchen 12 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.This object is achieved by a radar antenna according to claim 1 and by a radar device according to claim 11. Preferably embodiments of the radar antenna according to the invention can be found in claims 2 to 10. Preferably embodiments of the radar device according to the invention can be found in claims 12 to 15. Herewith the wording all claims explicitly included by reference in the description.

Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung ist vorzugsweise unter Einsatz der erfindungsgemäßen Radarantenne und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.The radar device according to the invention is preferably formed using the radar antenna according to the invention and / or a preferred embodiment thereof.

Die Erfindung ist in der Erkenntnis des Anmelders begründet, dass die Radarantenne durch den Einsatz einer kantenemittierenden Antenne als Primärstrahler in Kombination mit einem die kantenemittierende Antenne zumindest bereichsweise überlappenden Wellenleitelement als breitbandige Radarantenne sowie mit einer verbesserten Abstrahlcharakteristik und einer Reduzierung unerwünschter Reflexionen ausgebildet werden kann.The invention is based on the Applicant's finding that the radar antenna can be formed as a broadband radar antenna by using an edge-emitting antenna as the primary radiator in combination with a waveguide element overlapping the edge-emitting antenna, and with an improved radiation characteristic and a reduction of unwanted reflections.

Die erfindungsgemäße Radarantenne umfasst einen Primärstrahler, ein Wellenleitelement und eine Linse, wobei das Wellenleitelement derart ausgebildet und zwischen Primärstrahler und Linse angeordnet ist, dass die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an einer dem Primärstrahler zugewandten Seite kleiner als die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an einer gegenüberliegenden, dem Primärstrahler abgewandten Seite ausgebildet ist. Wesentlich ist hier, dass der Primärstrahler als kantenemittierende Antenne ausgebildet ist. Weiterhin wesentlich ist, dass das Wellenleitelement derart mit der kantenemittierenden Antenne zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet ist, dass das Wellenleitelement an seinem der kantenemittierenden Antenne zugewandten Ende die kantenemittierende Antenne an einer Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite der kantenemittierenden Antenne überlappt.The radar antenna according to the invention comprises a primary radiator, a waveguide and a lens, wherein the waveguide is formed and arranged between the primary radiator and the lens that the cross-sectional area of the waveguide on a side facing the primary radiator smaller than the cross-sectional area of the waveguide on an opposite, the primary radiator facing away Page is formed. It is essential here that the primary radiator is designed as an edge-emitting antenna. Furthermore, it is essential that the waveguide element is designed and arranged cooperatively with the edge-emitting antenna such that the waveguide element overlaps the edge-emitting antenna at an upper side and an opposite lower side of the edge-emitting antenna at its end facing the edge-emitting antenna.

Die erfindungsgemäße Radarantenne unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Radarantennen. Der Primärstrahler ist als kantenemittierende Antenne ausgebildet, d. h. der Primärstrahler ist breitbandig ausgelegt und besitzt eine zumindest zweidimensionale Abstrahlcharakteristik. Zusätzlich überlappt das Wellenleitelement die Antenne an einer Oberseite und an einer Unterseite, so dass auch Strahlung, die nicht in Richtung einer Hauptabstrahlungsrichtung von der kantenemittierenden Antenne abgestrahlt wird durch das Wellenleitelement eingefangen wird.The radar antenna according to the invention thus differs in essential aspects from previously known radar antennas. The primary radiator is designed as an edge emitting antenna, i. H. the primary radiator is designed broadband and has an at least two-dimensional emission characteristic. In addition, the waveguide overlaps the antenna at an upper side and at a lower side so that radiation not radiated in the direction of a main radiation direction from the edge emitting antenna is also captured by the waveguide.

Hierdurch ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass die schlechte Abstrahlcharakteristik vorbekannter breitbandiger Antennen überwunden wird. Die Antennenanordnung ist breitbandig ausgelegt und weist trotzdem aufgrund der Reduktionen von Teilrelexionen an Grenzschichten zwischen dielektrischen Materialien mit unterschiedlicher Dielektrizitätszahl eine gesteigerte Effizienz der Anordnung auf. Dies ist auch darin begründet, dass die Überlappung des Wellenleitelements und die dadurch resultierende Aufnahme der Strahlung, die nicht in Hauptabstrahlungsrichtung der emittierenden Antenne abgestrahlt wird, zu einer Effizienzsteigerung beiträgt.This results in particular in the advantages that the poor emission characteristic of previously known broadband antennas is overcome. The antenna arrangement has a broadband design and nevertheless has an increased efficiency of the arrangement due to the reduction of partial reflections at boundary layers between dielectric materials with different dielectric constants. This is also due to the fact that the overlapping of the waveguide element and the resulting absorption of the radiation, which is not emitted in the main emission direction of the emitting antenna, contributes to an increase in efficiency.

Im Rahmen dieser Beschreibung weist die kantenemittierende Antenne vorzugsweise eine Hauptabstrahlungsrichtung auf. Die Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne verläuft parallel zu einer Ausdehnung des Wellenleitelements von der kantenemittierenden Antenne zu der Linse. Dabei verläuft die Hauptabstrahlungsrichtung vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der emittierenden Kante der kantenemittierenden Antenne und in einer Ebene parallel zu einer Ebene der kantenemitierenden Antenne und somit parallel zu einer optischen Achse der Linse. In diese Hauptabstrahlungsrichtung wird ein Großteil der von der kantenemittierenden Antenne abgestrahlten Strahlung abgestrahlt.In the context of this description, the edge-emitting antenna preferably has a Main emission direction. The main emission direction of the edge emitting antenna is parallel to an extension of the waveguide element from the edge emitting antenna to the lens. In this case, the main emission direction is preferably substantially perpendicular to the emitting edge of the edge emitting antenna and in a plane parallel to a plane of the edge emitting antenna and thus parallel to an optical axis of the lens. In this main emission direction, a large part of the radiation emitted by the edge-emitting antenna is radiated.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die kantenemittierende Antenne als kantenemittierende Antenne hoher Bandbreite bevorzugt als Vivaldi-Antenne ausgebildet. Vivaldi-Antennen sind leicht, breitbandig und kostengünstig herzustellen. Der Nachteil einer schlechten Abstrahlcharakteristik wird durch die Kombination mit dem Wellenleitelement und der Linse behoben. Vorteilhaft ist hier, dass somit die Abstrahlcharakteristik signifikant verbessert wird. In einer Vivaldi-Antenne bildet sich das E-Feld in einem Raum, typischerweise einem Spalt zwischen zwei metallischen strukturierten Flächen aus. Durch eine allmähliche Vergrößerung des Raums, zum Beispiel im Sinne einer Aufweitung des Spalts zwischen den beiden Metallflächen, breitet sich das E-Feld auch abweichend von einer Verlaufsrichtung des Spalts im Raum aus. Vorteilhafterweise ist die Vivaldi-Antenne als antipodale Vivaldi-Antenne ausgebildet. Durch die Ausführung der Vivaldi-Antenne als antipodale Vivaldi-Antenne reduzieren sich auf Grund einer langsamen Impedanzanpassung vorteilhafterweise zusätzliche Reflexionen.In a preferred embodiment, the edge-emitting antenna is preferably designed as a high-bandwidth edge-emitting antenna as a Vivaldi antenna. Vivaldi antennas are lightweight, broadband and inexpensive to manufacture. The disadvantage of a poor radiation characteristic is eliminated by the combination with the waveguide and the lens. It is advantageous here that thus the emission characteristic is significantly improved. In a Vivaldi antenna, the E-field forms in a space, typically a gap between two metallic structured surfaces. By a gradual enlargement of the space, for example in the sense of widening the gap between the two metal surfaces, the E field also deviates from a direction of the gap in space. Advantageously, the Vivaldi antenna is designed as an antipodal Vivaldi antenna. By performing the Vivaldi antenna as antipodal Vivaldi antenna advantageously reduce additional reflections due to a slow impedance matching.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform sind das Wellenleitelement und die Linse einstückig, insbesondere als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass nur eine teilreflektierende Grenzschicht zwischen Linse und Freiraum auftritt. Der Übergang zwischen Wellenleitelement und Linse ist somit derart ausgebildet, dass hier im Wesentlichen keine Reflexion der elektromagnetischen Welle erfolgt.In a further preferred embodiment, the wave guiding element and the lens are integrally formed, in particular as a one-piece injection-molded part. It is advantageous here that only a partially reflecting boundary layer between the lens and the free space occurs. The transition between the waveguide element and the lens is thus designed such that substantially no reflection of the electromagnetic wave takes place here.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist die Linse an einer der kantenemittierenden Antenne abgewandten Seite eine Antireflexionsschicht auf. Die Antireflexionsschicht ist vorzugsweise als dielektrische Schicht, insbesondere bevorzugt aus einem Material mit einer Dielektrizitätszahl in einem Bereich zwischen einer Dielektrizitätszahl des Linsenmaterials und eins ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass durch die Antireflexionsschicht auf der Linsenoberfläche beim Übergang zwischen Linse und Freiraum Reflexionen an der Grenzschicht zwischen Linsenoberfläche und Freiraum verringert werden. Dadurch kann die Effizienz der Radarantenne gesteigert werden.In a further preferred embodiment, the lens has an antireflection coating on a side facing away from the edge-emitting antenna. The antireflection layer is preferably formed as a dielectric layer, more preferably made of a material having a dielectric constant in a range between a dielectric constant of the lens material and one. It is advantageous here that reflections at the boundary layer between the lens surface and the free space are reduced by the antireflection coating on the lens surface during the transition between the lens and the free space. This can increase the efficiency of the radar antenna.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform überdeckt das Wellenleitelement einen Abstrahlbereich an der Ober- und Unterseite der kantenemittierenden Antenne im Wesentlichen vollständig. Vorteilhafterweise ist die Überdeckung zwischen Wellenleitelement und kantenemittierender Antenne derart ausgebildet, dass eine Einkopplung von elektromagnetischen Wellen aus der kantenemittierenden Antenne nicht nur an einer Kante der kantenemittierenden Antenne in die Hauptabstrahlungsrichtung erfolgt, sondern auch über Abstrahlbereiche an Ober- und Unterseite der kantenemittierenden Antenne. Durch eine zusätzliche Überlappung in den Abstrahlbereichen an der Ober- und Unterseite der kantenemittierenden Antenne wird zusätzliche Strahlung, welche nicht in der Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne erfolgt, durch das Wellenleitelement eingefangen und somit die Effizienz der Radarantenne gesteigert.In a further preferred embodiment, the waveguide element substantially completely covers a radiation region on the top and bottom sides of the edge-emitting antenna. Advantageously, the overlap between the waveguide element and the edge-emitting antenna is designed in such a way that coupling of electromagnetic waves from the edge-emitting antenna not only takes place at an edge of the edge-emitting antenna in the main emission direction, but also via emission regions at the top and bottom of the edge-emitting antenna. By an additional overlap in the radiation areas on the top and bottom of the edge-emitting antenna, additional radiation, which does not occur in the main emission direction of the edge-emitting antenna, is captured by the wave guide element and thus increases the efficiency of the radar antenna.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist das Wellenleitelement an seinem der kantenemittierenden Antenne zugewandten Ende senkrecht zu der Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne und parallel zu der Ebene der kantenemitierenden Antenne einen Spalt auf. Vorzugsweise ist das Wellenleit-element derart mit der kantenemittierenden Antenne zusammenwirkend angeordnet, dass zumindest ein fortlaufendes Ende des Wellenleitelements jeweils beiderseits des Spalts die kantenemittierenden Antenne an ihrer Oberseite und ihrer gegenüberliegenden Unterseite parallel zur Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne überlappen. Die kantenemittierende Antenne ist derart in dem Spalt angeordnet, dass die abgestrahlte Strahlung in das Wellenleitelement eingekoppelt wird. Dabei erfolgt die Einkopplung von Strahlung der kantenemittierenden Antenne nicht nur an genannter Kante der kantenemittierenden Antenne in Hauptabstrahlungsrichtung, sondern auch über die Abstrahlbereiche an der Ober- und der Unterseite der kantenemittierenden Antenne. Vorzugsweise weist die Anordnung von Wellenleitelement und kantenemittierender Antenne in genanntem Spalt weniger als 2/10 einer Betriebswellenlänge der Radarantenne an Spiel auf. Typischerweise kann hier ein Luftspalt entstehen, welcher an jeder Stelle umlaufend zwischen kantenemittierender Antenne und Wellenleitelement kleiner als 1/10 der Betriebswellenlänge der Radarantenne ist. Hierdurch werden Reflexionen der Betriebswellenlänge der Radarantenne vorteilhafter Weise minimiert.In a further preferred embodiment, the waveguide element has a gap at its end facing the edge emitting antenna perpendicular to the main emission direction of the edge emitting antenna and parallel to the plane of the edge emitting antenna. Preferably, the waveguide element is cooperatively arranged with the edge-emitting antenna in such a way that at least one continuous end of the waveguide element overlaps on each side of the gap the edge-emitting antenna on its upper side and its opposite lower side parallel to the main emission direction of the edge-emitting antenna. The edge-emitting antenna is arranged in the gap such that the radiated radiation is coupled into the waveguide element. In this case, the coupling of radiation of the edge-emitting antenna takes place not only on the said edge of the edge-emitting antenna in the main emission direction, but also on the emission regions on the top and the bottom of the edge-emitting antenna. Preferably, the array of waveguide element and edge emitting antenna in said gap has less than 2/10 of an operating wavelength of the radar antenna in play. Typically, an air gap may arise here, which is smaller than 1/10 of the operating wavelength of the radar antenna at each point circulating between the edge-emitting antenna and the waveguide element. As a result, reflections of the operating wavelength of the radar antenna are advantageously minimized.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche des Wellenleitelements mit steigendem Abstand zu der kantenemittierenden Antenne zu. Vorzugsweise nimmt die Querschnittsfläche des Wellenleitelements mit steigendem Abstand zu der kantenemittierenden Antenne monoton, insbesondere bevorzugt streng monoton, weiter bevorzugt linear zu. Vorteilhaft ist hier, dass durch die genannte Vergrößerung der Querschnittsfläche des Wellenleitelements, das heißt durch eine allmähliche Aufweitung des Wellenleitelements ein kontinuierlicher Strahlungsaustritt der elektromagnetischen Welle erfolgt. Hierdurch wird somit ein allmählicher Übergang der elektromagnetischen Welle von der kantenemittierenden Antenne in das Wellenleitelement oder vom Wellenleitelement kommend zur kantenemittierenden Antenne erreicht und somit werden unerwünschte Reflexionen minimiert. Zusätzlich wird der Übergang der elektromagnetischen Welle von der kantenemittierenden Antenne aus dem Nahfeld in das Fernfeld ermöglicht. Hierdurch können zum Beispiel am Ende des Wellenleitelements sphärische Linsen eingesetzt werden.In a further preferred embodiment, the Cross-sectional area of the waveguide with increasing distance to the edge-emitting antenna. The cross-sectional area of the waveguide element preferably increases monotonically, in particular preferably strictly monotonically, more preferably linearly, as the distance to the edge-emitting antenna increases. It is advantageous here that by the mentioned enlargement of the cross-sectional area of the waveguide element, that is, by a gradual widening of the waveguide element, a continuous radiation exit of the electromagnetic wave takes place. As a result, a gradual transition of the electromagnetic wave from the edge-emitting antenna into the waveguide element or from the waveguide element to the edge-emitting antenna is thus achieved, and thus unwanted reflections are minimized. In addition, the transition of the electromagnetic wave from the edge emitting antenna from the near field to the far field is made possible. As a result, for example, spherical lenses can be used at the end of the waveguide element.

Vorzugsweise vergrößert sich Querschnittsfläche des Wellenleitelements mit steigendem Abstand zu der kantenemittierenden Antenne derart, dass eine Aufweitung um zumindest das Dreifache der Betriebswellenlänge im Medium des Wellenleitelements, vorzugsweise zumindest das Fünffache der Betriebswellenlänge, höchstvorzugsweise zumindest das Zehnfache der Betriebswellenlänge erfolgt. Die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an der der kantenemittierenden Antenne abgewandten Seite, an der der Strahlungsaustritt der elektromagnetischen Welle erfolgt, ist somit zumindest dreimal, vorzugsweise fünfmal, höchstvorzugsweise zehnmal größer als die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an der der kantenemittierenden Antenne zugewandten Seite.Preferably, the cross-sectional area of the waveguide element increases with increasing distance from the edge-emitting antenna such that an expansion by at least three times the operating wavelength in the medium of the waveguide element, preferably at least five times the operating wavelength, most preferably at least ten times the operating wavelength. The cross-sectional area of the waveguide element on the side facing away from the edge-emitting antenna on which the radiation exit of the electromagnetic wave takes place is thus at least three times, preferably five times, most preferably ten times larger than the cross-sectional area of the waveguide element on the side facing the edge-emitting antenna.

Vorzugsweise ist das Wellenleitelement mit eine Länge von zumindest 3 Betriebswellenlängen, vorzugsweise zumindest 5 Betriebswellenlängen, höchstvorzugsweise zumindest 10 Betriebswellenlängen ausgebildet. Die Länge des Wellenleitelements bemisst sich hier in der Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne. Bevorzugt weist das Wellenleitelement an der der kantenemittierenden Antenne zugewandten Seite einen Öffnungswinkel von zumindest 10°, vorzugsweise zumindest 20°, höchstvorzugs weise 45° auf. Hierdurch wird der Übergang der elektromagnetischen Welle in das Fernfeld ermöglicht.Preferably, the waveguide element is formed with a length of at least 3 operating wavelengths, preferably at least 5 operating wavelengths, most preferably at least 10 operating wavelengths. The length of the waveguide element is measured here in the main emission direction of the edge-emitting antenna. Preferably, the waveguide element on the edge-emitting antenna side facing an opening angle of at least 10 °, preferably at least 20 °, most preferably, 45 °. This allows the transition of the electromagnetic wave into the far field.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist das Wellenleitelement als zirkularer oder elliptischer Konus ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass dadurch optische Linsen eingesetzt werden können und der Herstellungsprozess des Wellenleitelements kostengünstig ist.In a further preferred embodiment, the waveguide element is designed as a circular or elliptical cone. It is advantageous here that thereby optical lenses can be used and the manufacturing process of the waveguide is inexpensive.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist das Wellenleitelement aus High-Density Polyethylen oder Polytetrafluorethylen ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass diese Materialien eine geringe Dispersion jedoch eine gute Transmission aufweisen und somit im Wesentlichen keine Absorption im Material erfolgt.In a further preferred embodiment, the waveguide element made of high-density polyethylene or polytetrafluoroethylene is formed. It is advantageous here that these materials have a low dispersion but a good transmission and thus substantially no absorption takes place in the material.

Vorteilhafterweise ist der dielektrische Verlustfaktor tanδ des Linsen und Wellenleitelements kleiner als 10–2.Advantageously, the dielectric loss factor tanδ of the lens and the waveguide element is less than 10 -2 .

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Radarantenne zusätzlich eine Leiterplatte. Hierbei ist die kantenemittierende Antenne auf der Leiterplatte angeordnet und die Leiterplatte weist eine Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung der Dielektrizitätskonstanten des Wellenleitelements auf. Hierdurch werden vorteilhafter Weise Reflexionen im Betriebszustand der elektromagnetischen Wellen beim Übergang zwischen kantenemittierender Antenne und Wellenleitelement verringert.In a further preferred embodiment, the radar antenna additionally comprises a printed circuit board. In this case, the edge-emitting antenna is arranged on the printed circuit board and the printed circuit board has a dielectric constant in the order of magnitude of the dielectric constant of the waveguide element. As a result, reflections in the operating state of the electromagnetic waves are advantageously reduced at the transition between the edge-emitting antenna and the waveguide element.

Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch eine Radarvorrichtung gemäß Anspruch 11. Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung wird vorzugsweise unter Einsatz der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Radarantenne bzw. bevorzugt einer vorzugsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radarantenne ausgebildet.The above-described object is further achieved by a radar device according to claim 11. The radar device according to the invention is preferably formed using the above-described radar antenna according to the invention or preferably a preferred embodiment of the radar antenna according to the invention.

Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung weist ebenso die vorgenannten Vorteile der erfindungsgemäßen Radarantenne auf.The radar device according to the invention also has the aforementioned advantages of the radar antenna according to the invention.

Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung umfasst mindestens einen Wellenschaltkreis und zumindest eine Radarantenne. Wesentlich ist hier, dass die Radarantenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Radarantenne ist besonders vorteilhaft im Millimeter-Wellenlängenbereich einsetzbar. Daher ist der Wellenschaltkreis bevorzugt als Millimeter- oder Sub-Millimeter-Wellenschaltkreis zur Erzeugung von Radarstrahlung im Bereich von 10 GHz bis 1 THz ausgebildet.The radar device according to the invention comprises at least one wave circuit and at least one radar antenna. It is essential here that the radar antenna according to one of claims 1 to 10 is formed. The radar antenna according to the invention can be used particularly advantageously in the millimeter wavelength range. Therefore, the wave circuit is preferably formed as a millimeter or sub-millimeter wave circuit for generating radar radiation in the range of 10 GHz to 1 THz.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die Radarvorrichtung als Modul aus einer mehrlagigen Multipolymerplatine ausgebildet. Die Multipolymerplatine weist zumindest eine erste Lage aus einem Polymermaterial mit einem geringen dielektrischen Verlustfaktor auf, mindestens eine zweite Lage aus einem Polymermaterial mit hoher Festigkeit, welches die Multipolymerplatine stabilisiert, und eine Metallisierungslage, welche zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordnet ist und zur Abschirmung und zur Signalführung dient. Hierbei trägt die Multipolymerplatine den zumindest einen Millimeterwellenschaltkreis und die zumindest eine Radarantenne. Vorteilhaft ist hier, dass der geringe dielektrische Verlustfaktor eine geringe Dämpfung, insbesondere im Vergleich zu der zweiten Lage aus Polymermaterial bewirkt. Ebenso vorteilhaft ist, dass durch die hohe Festigkeit der zweiten Lage gegenüber der ersten Lage die zweite Lage eine höhere Stabilität und somit eine Stützwirkung für die Radarvorrichtung aufweist.In a preferred embodiment, the radar device is designed as a module of a multilayer multipolymer board. The multi-polymer board has at least a first layer of low dielectric loss polymer material, at least one second layer of high strength polymer material stabilizing the multi-polymer board, and a metallization layer disposed between the first layer and the second layer Shielding and signal routing is used. In this case, the multipolymer board carries the at least one millimeter-wave circuit and the at least one radar antenna. The advantage here is that the low dielectric loss factor low attenuation, especially in comparison to the second layer Polymer material causes. It is equally advantageous that the second layer has a higher stability and thus a supporting effect for the radar device due to the high strength of the second layer relative to the first layer.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die zweite Lage aus einem Polymermaterial mit besonders hoher Festigkeit, bevorzugt FR 4 ausgebildet. Hierbei ist die zweite Lage zumindest einen Überlappungsbereich von Radarantenne und Wellenleitelement aussparend ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass die zweite Lage eine hohe Stabilität aufweist. Vorteilhafterweise bildet die zweite Lage einen Stützrahmen, in welchem die Radarantenne angeordnet ist. Durch die erhöhte Stabilität und die Stützwirkung der zweiten Lage wird die gesamte Radarvorrichtung stabilisiert. Vorteilhafterweise ist die Radarantenne als eine Membran in der ersten Lage eingebettet. Durch die Aussparung der zweiten Lage im Überlappungsbereich von Radarantenne und Wellenleitelement profitiert die Radarvorrichtung zwar von der Stützwirkung der zweiten Lage, es befindet sich jedoch kein Störelement im Bereich der Radarantenne.In a further preferred embodiment, the second layer of a polymer material having a particularly high strength, preferably FR 4 is formed. Here, the second layer is formed aussparend at least one overlap region of radar antenna and wave guide. It is advantageous here that the second layer has a high stability. Advantageously, the second layer forms a support frame in which the radar antenna is arranged. Due to the increased stability and the supporting action of the second layer, the entire radar device is stabilized. Advantageously, the radar antenna is embedded as a membrane in the first layer. Although the radar device benefits from the support of the second layer due to the recess of the second layer in the overlap region of the radar antenna and the waveguide element, there is no interference element in the region of the radar antenna.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Radarvorrichtung für W-Band-Radaranwendungen in einem Frequenzbereich von 75 bis 110 GHz ausgelegt.In another preferred embodiment, the radar apparatus is designed for W-band radar applications in a frequency range of 75 to 110 GHz.

Die erfindungsgemäße Radarantenne bzw. eine ihrer bevorzugten Ausführungsformen oder die erfindungsgemäße Radarvorrichtung bzw. eine ihrer bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen die Herstellung kompakter, breitbandiger und kostengünstiger Antennen für Radaranwendungen. Diese Anordnungen sind einfach zu produzieren und weisen beherrschbare Fertigungstoleranzen auf. Die erfindungsgemäße Radarantenne und/oder die erfindungsgemäße Radarvorrichtung sind grundsätzlich für Anwendungen geeignet in Radaranwendungen, in der Verkehrstechnik, in der Sicherheitstechnik, in der Militärtechnik, in der Medizintechnik und in der Luft- und Raumfahrttechnik Weitere vorzugsweise Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:The radar antenna according to the invention or one of its preferred embodiments or the radar device according to the invention or one of its preferred embodiments make it possible to produce compact, broadband and cost-effective antennas for radar applications. These arrangements are easy to produce and have manageable manufacturing tolerances. The radar antenna according to the invention and / or the radar device according to the invention are fundamentally suitable for applications in radar applications, in traffic engineering, in safety technology, in military technology, in medical technology and in aerospace engineering. Further preferred features and embodiments of the devices according to the invention are described below explained with reference to embodiments and the figures. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Radarantenne, 1 a schematic representation of an embodiment of a radar antenna,

2 eine schematische Darstellung einer Antennenanordnung, 2 a schematic representation of an antenna arrangement,

3 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Radarvorrichtung, 3 a sectional view of an embodiment of a radar device,

4 eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte Radarvorrichtung. 4 a top view of the in 3 illustrated radar device.

In den 1 bis 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.In the 1 to 4 like reference characters designate the same or equivalent elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Radarantenne 20 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Radarantenne 20 umfasst eine Leiterplatte 21 mit kantenemittierender Antenne 22 (dargestellt in 2), ein Wellenleitelement 23 und eine Linse 24. Die Leiterplatte 21 weist eine Zuleitung 25 auf, die die kantenemittierende Antenne 22 speist. 1 shows a schematic representation of a radar antenna 20 according to an embodiment. The radar antenna 20 includes a printed circuit board 21 with edge emitting antenna 22 (shown in 2 ), a waveguide element 23 and a lens 24 , The circuit board 21 has a supply line 25 on which the edge-emitting antenna 22 fed.

Das Wellenleitelement 23 ist vorliegend als ein Konus ausgebildet. Der Konus 23 ist kegelförmig mit seinem spitz zulaufenden Ende der kantenemittierenden Antenne 22 zugewandt angeordnet. Das Wellenleitelement 23 weist an seiner der Radarantenne abgewandten Seite einen Durchmesser zwischen 10 und 25 mm, vorliegend 20 mm auf. Die Länge des Wellenleitelements beträgt zwischen 10 und 25 mm, vorliegend 20 mm. Das Wellenleitelement 23 ist aus einem HDPE-Material (high density polythylen) mit einem Brechungsindex von ungefähr n = 1,5 ausgebildet. An seinem spitz zulaufenden Ende 23a weist das Wellenleitelement 23 einen Spalt 26 auf.The waveguide element 23 is presently designed as a cone. The cone 23 is tapered with its tapered end of the edge emitting antenna 22 arranged facing. The waveguide element 23 has on its side remote from the radar antenna a diameter between 10 and 25 mm, in this case 20 mm. The length of the waveguide element is between 10 and 25 mm, in this case 20 mm. The waveguide element 23 is formed of a high density polyethylene (HDPE) material having a refractive index of about n = 1.5. At its tapering end 23a has the waveguide element 23 a gap 26 on.

An dem Ende 23a werden von der kantenemittierenden Antenne 22 ausgehende elektromagnetische Wellen in das Wellenleitelement 23 eingekoppelt. Das Wellenleitelement 23 ist dabei mit dem Spalt 26 ausgebildet. Der Spalt 26 weist einen Durchmesser auf, welcher geringfügig größer als eine Dicke der kantenemittierenden Antenne 22 ist, vorliegend ca. 50 μm. Die kantenemittierende Antenne 22 ist derart in dem Spalt 26 angeordnet, dass das Wellenleitelement 23 die kantenemittierende Antenne 22 an einer Oberseite 22a und an einer Unterseite 22b überlappt. Dadurch werden sowohl die elektromagnetischen Wellen ausgehend von der kantenemittierenden Antenne 22 in einer Hauptabstrahlungsrichtung H sowie nach oben oder unten abstrahlende elektromagnetische Wellen durch das Wellenleitelement 23 eingefangen.At the end 23a are from the edge emitting antenna 22 outgoing electromagnetic waves in the waveguide 23 coupled. The waveguide element 23 is with the gap 26 educated. The gap 26 has a diameter slightly larger than a thickness of the edge-emitting antenna 22 is, in this case about 50 microns. The edge-emitting antenna 22 is so in the gap 26 arranged that the waveguide element 23 the edge-emitting antenna 22 on a top 22a and at a bottom 22b overlaps. As a result, both the electromagnetic waves starting from the edge-emitting antenna 22 in a main emission direction H as well as upward or downward radiating electromagnetic waves through the waveguide 23 captured.

Durch das Wellenleitelement 23 wird ein allmählicher Übergang der elektromagnetischen Wellen von der kantenemittierenden Antenne 22 in einen an die Linse 24 anschließenden Freiraum ermöglicht. Dadurch werden unerwünschte Reflexionen an Grenzflächen mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten minimiert. Die dem Freiraum zugewandte Seite 23b des Wellenleitelements 23 ist als Linse 24 ausgebildet. Die Linse 24 und das Wellenleitelement 23 sind vorliegend als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet. Der Brennpunkt der Linse 24 liegt in dem spitz zulaufenden Ende 23a des Wellenleitelements 23, sodass aus der Linse 24 kollimierte Strahlen austreten. Mittels der Linse 24 kann die Strahlcharakteristik der Radarantenne 20 an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Zusätzlich kann die Linse 24 mit einer dielektrischen Antireflexionsschicht beschichtet sein, die vorzugsweise aus einem Material besteht, dessen Dielektrizitätszahl zwischen der Dielektrizitätszahl der Linse und 1 ist, vorliegend Benzocyclobuten. Dadurch werden Reflexionen an der Grenzschicht zwischen Linsenoberfläche 24 und Freiraum verringert.Through the waveguide element 23 becomes a gradual transition of the electromagnetic waves from the edge-emitting antenna 22 in one to the lens 24 subsequent free space allows. This minimizes unwanted reflections at interfaces with different dielectric constants. The side facing the open space 23b of the waveguide element 23 is as a lens 24 educated. The Lens 24 and the waveguide element 23 are presently designed as a one-piece injection-molded part. The focal point of the lens 24 lies in the tapered end 23a of the waveguide element 23 , so out of the lens 24 collimated rays emerge. By means of the lens 24 can the beam characteristic of the radar antenna 20 adapted to the respective application. In addition, the lens can 24 be coated with a dielectric anti-reflection layer, which preferably consists of a material whose dielectric constant between the dielectric constant of the lens and 1, in this case benzocyclobutene. This will cause reflections at the interface between the lens surface 24 and reduced free space.

2 zeigt die Antennenanordnung umfassend eine Leiterplatte 21 und eine kantenemittierende Antenne 22, wie bereits teilweise in 1 dargestellt. Die Leiterplatte 21 ist aus einem mechanisch stabilen Trägermaterial, vorliegend FR4 mit einer darauf liegenden dünnen Lage aus einem Material mit geringer Verlustzahl tan δ, vorliegend LCP und dazwischen liegenden Metallisierungslagen, vorliegend Kupfer ausgebildet. In dem Bereich der kantenemittierenden Antenne 22 weist die Leiterplatte 21 eine Aussparung 27 im FR4 auf. Die Abmessungen der Aussparung 27 betragen vorzugsweise die doppelte Größe der kantenemittierenden Antenne 22, vorliegend ungefähr 3 mm × 9 mm. In der Aussparung 27 ist die kantenemittierende Antenne 22 angeordnet. Die kantenemittierende Antenne 22 ist vorliegend als Vivaldi-Antenne ausgebildet. Die Vivaldi-Antenne 22 wird über eine Schlitzleitung 28 gespeist und weist zwei strukturierte Metallschichten 29a und 29b auf. Die Schlitzleitung 28 weitet sich in Richtung der Hauptabstrahlungsrichtung H auf. Die kantenemittierende Antenne sendet und empfängt elektromagnetische Wellen in der Hauptstrahlungsrichtung H. Diese elektromagnetischen Wellen werden, wie oben zu 1 beschrieben, in das Wellenleitelement 23 eingekoppelt. Hierfür wird das Wellenleitelement 23 in dem Bereich der Aussparung 27, und damit in einem Abstrahlungsbereich der kantenemittierenden Antenne 22, auf die Antennenanordnung aufgesteckt. 2 shows the antenna assembly comprising a printed circuit board 21 and an edge-emitting antenna 22 as already partially in 1 shown. The circuit board 21 is formed of a mechanically stable carrier material, in this case FR4 with a thin layer of a material with a low loss coefficient tan δ, in this case LCP and intermediate metallization layers, in the present case copper. In the area of the edge-emitting antenna 22 indicates the circuit board 21 a recess 27 in FR4. The dimensions of the recess 27 are preferably twice the size of the edge-emitting antenna 22 , here about 3 mm × 9 mm. In the recess 27 is the edge-emitting antenna 22 arranged. The edge-emitting antenna 22 is designed here as a Vivaldi antenna. The Vivaldi antenna 22 is via a slot line 28 fed and has two structured metal layers 29a and 29b on. The slot line 28 widens in the direction of the main emission direction H. The edge emitting antenna transmits and receives electromagnetic waves in the main radiation direction H. These electromagnetic waves become as above 1 described in the waveguide 23 coupled. For this purpose, the wave guide 23 in the area of the recess 27 , and thus in a radiation area of the edge-emitting antenna 22 , attached to the antenna assembly.

In 3 ist eine Schnittansicht durch eine Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer mehrlagigen Multipolymer-Platine 2 dargestellt. Die Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 ist für W-Band-Radaranwendungen in einem Frequenzbereich von 75 bis 110 GHz ausgelegt. Die Multipolymer-Platine 2 ist als Modul ausgebildet und weist eine erste Lage 3 aus einem Polymermaterial mit geringer Dispersion der Dielektrizitätskonstanten, hier LCP, und eine zweite Lage 4 aus einem Polymermaterial mit hoher Festigkeit, hier FR4, welches die Multipolymer-Platine 2 stabilisiert, auf. Zwischen der ersten Lage 3 und der zweiten Lage 4 ist darüber hinaus eine Metallisierungslage 5 angeordnet, welche zur Abschirmung und zur Signalführung dient. In die erste Lage 3 ist ein ungehäuster, monolithisch integrierter Millimeterwellen-Schaltkreis (MMIC) 6 aus einem Verbindungshalbleiter, hier aus GaAs, mittels einer Polymereinbetttechnik in die erste Lage 3 eingebettet.In 3 is a sectional view through a millimeter-wave radar device 1 according to one embodiment of the invention with a multi-layered multipolymer board 2 shown. The millimeter-wave radar device 1 is designed for W-band radar applications in a frequency range of 75 to 110 GHz. The multipolymer board 2 is designed as a module and has a first layer 3 of a polymer material with low dispersion of the dielectric constant, here LCP, and a second layer 4 made of high-strength polymer material, here FR4, which is the multipolymer board 2 stabilized, up. Between the first location 3 and the second location 4 is also a metallization layer 5 arranged, which serves for shielding and signal routing. In the first situation 3 is an unhoused monolithic integrated millimeter-wave circuit (MMIC) 6 from a compound semiconductor, here from GaAs, by means of a polymer embedding technique in the first layer 3 embedded.

Der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 weist in der Ausführungsform ebenfalls eine Dicke von 50 μm auf. Weiterhin ist in die erste Lage 3 eine Antenne 7 als dünne Membran eingebettet, welche hier in der Ausführungsform als kantenemittierende breitbandige Vivaldi-Antenne ausgeführt ist. Diese dient zur Abstrahlung und zum Empfang des Radarsignals. Zusätzlich sind auf der Multipolymer-Platine 2 eine hier nicht im Detail dargestellte Auswertelektronik und eine Signalerzeugungselektronik vorgesehen. Die Auswerteelektronik ist hierbei programmierbar ausgebildet, d. h. dass durch modulare Software/Firmware eine Auswertung für unterschiedliche Anwendungen bzw. Anwendungsbereiche erfolgen kann.The millimeter-wave circuit 6 also has a thickness of 50 μm in the embodiment. Furthermore, in the first location 3 an antenna 7 embedded as a thin membrane, which is designed here in the embodiment as an edge-emitting broadband Vivaldi antenna. This serves to transmit and receive the radar signal. In addition, on the multipolymer board 2 a not shown here in detail evaluation electronics and signal generation electronics provided. The transmitter is designed to be programmable, ie that can be done by modular software / firmware evaluation for different applications or applications.

Auf der ersten Lage 3 sind darüber hinaus Si-Schaltkreise 8 angeordnet, welche näher im Zusammenhang mit 2 beschrieben werden. Der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 ist mit der Antenne 7 über eine kurze flache HF-Verbindung 9 verbunden. Weiterhin ist der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 über eine DC-Verbindung 10 an eine Gleichstromenergiequelle (hier nicht dargestellt) angeschlossen.On the first location 3 are also Si circuits 8th arranged, which are closer in connection with 2 to be discribed. The millimeter-wave circuit 6 is with the antenna 7 over a short flat RF connection 9 connected. Furthermore, the millimeter-wave circuit 6 via a DC connection 10 to a DC power source (not shown here) connected.

Der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 ist durch eine HF-Abschirmung 11, welche oberhalb des Millimeterwellen-Schaltkreises 6 auf der ersten Lage 3 angeordnet ist, abgeschirmt. Durch die erste Lage 3, durch die zweite Lage 4 sowie durch beide Lagen sind eine Vielzahl von metallischen thermischen Durchkontaktierungen 12 vorgesehen, welche zum Abführen von Wärme dienen.The millimeter-wave circuit 6 is through an RF shield 11 which is above the millimeter-wave circuit 6 on the first location 3 is arranged, shielded. By the first situation 3 , through the second location 4 as well as through both layers are a variety of metallic thermal vias 12 provided, which serve to dissipate heat.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Lage 4 als ein Schichtsystem aus zwei übereinanderliegenden Schichten 4a und 4b ausgebildet. Insbesondere zwischen den Schichten 4a und 4b kann somit in einfacher und kostengünstiger Weise eine Verdrahtung der elektronischen Komponenten der Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 erfolgen. Die Teilschichten 4a und 4b weisen jeweils eine Dicke von etwa 254 μm auf. Die erste Lage 3 weist eine Dicke von etwa 50 μm auf. Die Metallisierungslage 5 liegt hierbei hinsichtlich des elektrischen Potentials auf Masse und weist eine Dicke von etwa 13 μm auf. Die Metallisierungslage 5 ist vorliegend aus Kupfer ausgebildet.In this embodiment, the second layer 4 as a layer system of two superimposed layers 4a and 4b educated. Especially between the layers 4a and 4b Thus, in a simple and cost-effective manner, a wiring of the electronic components of the millimeter-wave radar device 1 respectively. The sublayers 4a and 4b each have a thickness of about 254 microns. The first location 3 has a thickness of about 50 microns. The metallization situation 5 is in terms of electrical potential to ground and has a thickness of about 13 microns. The metallization situation 5 is formed here of copper.

4 ist eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1. Wie hier erkennbar ist, ist der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 in einer Aussparung 13 in der ersten Lage 3 angeordnet und über eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen 14 mit SMD-Bauteilen (Surface Mounted Devices) 15 verbunden. Ein erster auf der ersten Lage 3 vorgesehener Si-Schaltkreis 8 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ein DDS (Direkt Digital Synthesizer) zur Erzeugung des Frequenzchirp-Signals und einer zweiter auf der ersten Lage 3 vorgesehener Si-Schaltkreis 8' ist hier ein digitaler Signal Prozessor (DSP). Der digitale Signalprozessor ist zur Signalverarbeitung und Auswertung ausgebildet. 4 is a top view of the in 1 shown millimeter-wave radar device 1 , As can be seen here, the millimeter-wave circuit is 6 in a recess 13 in the first position 3 arranged and via a variety of electrical connections 14 with SMD components (Surface Mounted Devices) 15 connected. A first on the first location 3 provided Si circuit 8th In the embodiment shown here, a DDS (direct digital synthesizer) for generating the frequency chirp Signals and a second on the first layer 3 provided Si circuit 8th' Here is a digital signal processor (DSP). The digital signal processor is designed for signal processing and evaluation.

Die Antenne 7 ist als breitbandige Vivaldi-Antenne ausgebildet und wird über eine Zuleitung 16 gespeist. Die Vivaldi-Antenne 7 weist die beiden Metallflächen 29a und 29b auf. Zwischen den beiden Metallflächen 29a und 29b verläuft eine Schlitzleitung 28. Die Schlitzleitung 28 weitet sich in Richtung der Hauptabstrahlungsrichtung H auf. Ausgehend von der kantenemittierenden Antenne 7 sendet und empfängt die Radarvorrichtung 1 elektromagnetische Wellen in der Hauptstrahlungsrichtung H. Das Wellenleitelement 23 wird, wie zu 1 beschrieben, in dem Bereich der Antenne 7, und damit in dem Abstrahlungsbereich, an der Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 angeordnet.The antenna 7 is designed as a broadband Vivaldi antenna and is connected via a supply line 16 fed. The Vivaldi antenna 7 has the two metal surfaces 29a and 29b on. Between the two metal surfaces 29a and 29b runs a slot line 28 , The slot line 28 widens in the direction of the main emission direction H. Starting from the edge-emitting antenna 7 sends and receives the radar device 1 electromagnetic waves in the main radiation direction H. The waveguide element 23 will, how to 1 described in the area of the antenna 7 , and thus in the emission area, at the millimeter-wave radar device 1 arranged.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1006611 A2 [0004] EP 1006611 A2 [0004]

Claims (15)

Radarantenne (20) umfassend einen Primärstrahler (22), ein Wellenleitelement (23) und eine Linse (24), wobei das Wellenleitelement (23) derart ausgebildet und zwischen Primärstrahler (22) und Linse (24) angeordnet ist, dass die Querschnittsfläche des Wellenleitelementes (23) an einer dem Primärstrahler (22) zugewandten Seite kleiner als die Querschnittsfläche des Wellenleitelementes (23) an einer gegenüberliegenden, dem Primärstrahler (22) abgewandten Seite ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärstrahler (22) als kantenemittierende Antenne ausgebildet ist und das Wellenleitelement (23) derart mit der kantenemittierenden Antenne (22) zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet ist, dass das Wellenleitelement (23) an seinem der kantenemittierenden Antenne (22) zugewandten Ende die kantenemittierende Antenne (22) an einer Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite der kantenemittierenden Antenne (22) überlappen.Radar antenna ( 20 ) comprising a primary radiator ( 22 ), a waveguide element ( 23 ) and a lens ( 24 ), wherein the waveguide element ( 23 ) and between primary radiators ( 22 ) and lens ( 24 ) is arranged such that the cross-sectional area of the waveguide element ( 23 ) at a primary radiator ( 22 ) facing side smaller than the cross-sectional area of the waveguide element ( 23 ) on an opposite, the primary radiator ( 22 ) facing away from the side, characterized in that the primary radiator ( 22 ) is formed as an edge-emitting antenna and the waveguide element ( 23 ) in such a way with the edge-emitting antenna ( 22 ) is cooperatively arranged and arranged such that the waveguide element ( 23 ) at its edge emitting antenna ( 22 ), the edge-emitting antenna ( 22 ) on an upper side and an opposite lower side of the edge-emitting antenna ( 22 ) overlap. Radarantenne (20) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die kantenemittierende Antenne (22) als kantenemittierende Antenne hoher Bandbreite, bevorzugt als Vivaldi-Antenne, insbesondere bevorzugt als antipodale Vivaldi-Antenne ausgeführt ist.Radar antenna ( 20 ) according to claim 1, characterized in that the edge-emitting antenna ( 22 ) is designed as an edge-emitting antenna of high bandwidth, preferably as a Vivaldi antenna, particularly preferably as an antipodal Vivaldi antenna. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenleitelement (23) und die Linse (24) einstückig, insbesondere als einstückiges Spritzgußteil ausgebildet sind.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide element ( 23 ) and the lens ( 24 ) are integrally formed, in particular as a one-piece injection-molded part. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (24) an einer der kantenemittierenden Antenne (22) abgewandten Seite eine Antireflexionsschicht aufweist.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lens ( 24 ) at one of the edge-emitting antenna ( 22 ) facing away from an antireflection layer. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenleitelement (23) einen Abstrahlbereich an der Ober- und Unterseite der kantenemittierenden Antenne (22) im Wesentlichen vollständig überdeckt.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide element ( 23 ) a radiation area at the top and bottom of the edge-emitting antenna ( 22 ) is substantially completely covered. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenleitelement (23) an seinem der kantenemittierenden Antenne (22) zugewandten Ende senkrecht zu einer Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne (22) einen Spalt (26) aufweist, in dem die kantenemittierende Antenne (22) angeordnet ist, insbesondere derart, dass eine Anordnung von Wellenleitelement (23) und kantenemittierender Antenne (22) in genanntem Spalt (26) weniger als zwei Zehntel einer Betriebswellenlänge der Radarantenne (20) Spiel aufweisen.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide element ( 23 ) at its edge emitting antenna ( 22 ) facing perpendicular to a main emission direction of the edge-emitting antenna ( 22 ) a gap ( 26 ), in which the edge-emitting antenna ( 22 ) is arranged, in particular such that an arrangement of waveguide ( 23 ) and edge emitting antenna ( 22 ) in said gap ( 26 ) less than two tenths of an operating wavelength of the radar antenna ( 20 ) Game have. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Wellenleitelementes (23) mit steigendem Abstand zu der kantenemittierenden Antenne (22) zunimmt, bevorzugt monoton, insbesondere bevorzugt streng monoton, weiter bevorzugt linear zunimmt.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area of the waveguide element ( 23 ) with increasing distance to the edge-emitting antenna ( 22 ) increases, preferably monotonically, more preferably strictly monotone, more preferably increases linearly. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenleitelement (23) als elliptischer, insbesondere zirkularer Konus ausgebildet ist.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide element ( 23 ) is formed as an elliptical, in particular circular cone. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenleitelement (23) aus High-Density-Polyethylen oder Polytetrafluorethylen ausgebildet ist.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide element ( 23 ) is formed of high-density polyethylene or polytetrafluoroethylene. Radarantenne (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Radarantenne (20) zusätzlich eine Leiterplatte (21) umfasst wobei die kantenemittierenden Antenne (22) auf der Leiterplatte (21) angeordnet ist und welche Leiterplatte (21) eine Dielektrizitätskonstanten in der Größenordnung einer Dielektrizitätskonstanten des Wellenleitelements (23) aufweist.Radar antenna ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the radar antenna ( 20 ) additionally a printed circuit board ( 21 ) wherein the edge-emitting antenna ( 22 ) on the printed circuit board ( 21 ) is arranged and which circuit board ( 21 ) a dielectric constant of the order of magnitude of a dielectric constant of the waveguide element ( 23 ) having. Radarvorrichtung (1) mit zumindest einem Wellen-Schaltkreis, insbesondere einem Millimeterwellen-Schaltkreis (6) und zumindest einer Radarantenne (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Radarantenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.Radar device ( 1 ) with at least one wave circuit, in particular a millimeter-wave circuit ( 6 ) and at least one radar antenna ( 20 ), characterized in that the radar antenna ( 20 ) is formed according to one of claims 1 to 10. Radarvorrichtung (1) nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung als Modul aus einer mehrlagigen Multipolymer-Platine (2) ausgebildet ist, welche zumindest eine erste Lage (3) aus einem Polymermaterial mit einem geringen dielektrischen Verlustfaktor, mindestens eine zweite Lage (4) aus einem Polymermaterial mit hoher Festigkeit, welches die Multipolymer-Platine stabilisiert, und eine Metallisierungslage (5) aufweist, welche zwischen der ersten Lage (3) und der zweiten Lage (4) angeordnet ist und zur Abschirmung und zur Signalführung dient, und wobei die Multipolymer-Platine (2) den zumindest einen Wellen-Schaltkreis (6) und die zumindest eine Radarantenne (20) trägt.Radar device ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the radar device as a module consists of a multilayer multipolymer board ( 2 ) is formed, which at least a first layer ( 3 ) of a polymer material with a low dielectric loss factor, at least one second layer ( 4 ) of a high-strength polymer material stabilizing the multipolymer board and a metallization layer ( 5 ), which between the first layer ( 3 ) and the second layer ( 4 ) and serves for shielding and signal routing, and wherein the multipolymer board ( 2 ) the at least one wave circuit ( 6 ) and the at least one radar antenna ( 20 ) wearing. Radarvorrichtung (1) nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lage (4) aus einem Polymermaterial mit hoher Festigkeit, bevorzugt FR4 ausgebildet ist, derart, dass die zweite Lage (4) zumindest einen Überlappungsbereich von Radarantenne (20) und Wellenleitelement (23) aussparend ausgebildet ist.Radar device ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the second layer ( 4 ) is formed of a polymer material with high strength, preferably FR4, such that the second layer ( 4 ) at least one overlap region of radar antenna ( 20 ) and waveguide element ( 23 ) is formed aussparend. Radarvorrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Radarantenne (20) als eine Membran in der ersten Lage (3) eingebettet ist.Radar device ( 1 ) according to claim 12 or 13, characterized in that the Radar antenna ( 20 ) as a membrane in the first layer ( 3 ) is embedded. Radarvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung (1) für W-Band-Radaranwendungen in einem Frequenzbereich von 75 bis 110 GHz ausgelegt ist.Radar device ( 1 ) according to one of claims 11 to 14, characterized in that the radar device ( 1 ) is designed for W-band radar applications in a frequency range of 75 to 110 GHz.
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