DE102015114467B4

DE102015114467B4 - Biegsame Antennen mit künstlichen Impedanzoberflächen für Kraftfahrzeug-Radarsensoren

Info

Publication number: DE102015114467B4
Application number: DE102015114467.0A
Authority: DE
Inventors: Kevin Geary; Joseph S. Colburn; Daniel J. Gregoire; Hooman Kazemi; Shuqing Zeng
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: CN105390806A; DE102015114467A1; CN105390806B; US9647325B2; US20160064806A1

Abstract

Eine Kraftfahrzeug-Radarantenne, umfassend:
einen Halbleiter-Chip, der konfiguriert ist, um aktive Funktionen der Antenne auszuführen, wobei die aktiven Funktionen der Antenne eine Verstärkung, eine Phasenverschiebung und ein Umschalten von elektrischen Signalen einschließen;
eine Matrix aus Metallstücken, die angeordnet sind, um ein Impedanzmuster zu erstellen, das ein gewünschtes Fernfeld-Strahlungsmuster aus Oberflächenwellen erzeugt, die über die Matrix aus Metallstücken ausgelöst werden, wobei die Oberflächenwellen durch die elektrischen Signale von dem Halbleiter-Chip bereitgestellt werden;
ein biegsames Substrat; und
eine biegsame metallische ground plane,
wobei die Antenne an einer Oberfläche eines Fahrzeugs montiert ist, und die Matrix aus Metallstücken ausgelegt ist, um das gewünschte Fernfeld-Strahlungsmuster basierend auf einer Form der Antenne bereitzustellen, wenn sie an der Oberfläche des Fahrzeugs montiert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine verbesserte Bauform einer Kraftfahrzeug-Radarantenne und genauer gesagt eine Bauform einer biegsamen, druckbaren Radarantenne mit einer künstlichen Impedanzoberfläche, wobei die Antenne eine Aperturfläche aufweist, die groß genug ist, um die Radarwinkelauflösung drastisch zu verbessern, und die Antenne biegsam genug ist, um auf einer inneren oder äußeren Oberfläche eines Fahrzeugstoßfängers, einer Karosserieplatte, einer Scheibe oder einer anderen Oberfläche montierbar zu sein.
Beschreibung der verwandten Technik
Radarsysteme an Bord von Fahrzeugen sind mittlerweile sehr geläufig, da Fahrerunterstützungssysteme, wie etwa Spurabweichwarnung und Kollisionswarnung/ Kollisionsvermeidung, immer beliebter geworden sind. Bisher war das Packaging von Radarsensoren in Fahrzeugen problematisch, sowohl im Hinblick auf die Kosten der Herstellung der Sensoren und ihren Einbau in das Fahrzeug als auch im Hinblick auf das Aussehen des Fahrzeugs.
Herkömmliche Radarsensoren sind dreidimensionale prismatische Objekte, die von einem Sensorhersteller hergestellt werden und ein Außengehäuse, interne Bestandteile, eine Apertur, Fugendichtungen usw. umfassen. Ein derartiger Radarsensor muss dann bei der endgültigen Fahrzeugmontage in ein Fahrzeug integriert werden, was häufig die Verwendung von Haltern oder Gehäusen, um den Sensor ortsfest zu machen, das Bereitstellen von Öffnungen in Stoßfängerplatten oder andern Oberflächen für die Radarsensorapertur und die dazugehörigen Schritte des Handhabungs- und Ausrichtungsprozesses umfasst. Sowohl die Herstellung des herkömmlichen Radarsensors als auch sein Einbau in ein Fahrzeug erhöhen die Kosten für das Fahrzeug.
Ferner kommt es zu einem unerwünschten ästhetischen Effekt durch das Bereitstellen von Öffnungen in Stoßfängerplatten oder anderen Oberflächen der Fahrzeugkarosserie für die Radarsensorapertur. Die Designer und Kunden von Fahrzeugen hätten viel lieber keine derartigen Löcher in den Oberflächen der Fahrzeugkarosserie.
Bisher gab es keine Möglichkeit, die Kosten und das schlechte Aussehen von mehreren sperrigen Radarsensoren in einem Fahrzeug zu vermeiden, ohne dafür die Radarsignalqualität zu opfern.
Die US 2010 / 0 177 011 A1 offenbart flexible phasengesteuerte Gruppenantennen.
Die US 2007 / 0 001 909 A1 offenbart eine künstliche Impedanzstruktur.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird eine biegsame, druckbare Antenne für Kraftfahrzeug-Radaranwendungen offenbart. Die Antenne kann auf ein dünnes biegsames Substrat gedruckt werden und kann somit gebogen werden, um sich an die Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie mit komplexer Krümmung anzupassen. Die Antenne kann an der Innenseite einer Karosserieoberfläche, wie etwa einer Stoßfängerplatte, montiert werden, wo sie nicht zu sehen ist, jedoch Radarsignale nach außen senden kann. Die Antenne kann auch an der Außenseite einer unauffälligen Karosserieoberfläche montiert und auf die Oberfläche abgestimmt sein und kann sogar durchsichtig gemacht werden und an der Innenseite oder Außenseite einer Glasfläche montiert sein. Die Antenne umfasst eine künstliche Impedanzoberfläche, die basierend auf der dreidimensionalen Form der Oberfläche, auf der die Antenne montiert ist, und dem gewünschten Radarwellenmuster spezifisch angepasst wird. Die Antenne kann für Anwendungen zur Kollisionsvermeidung bei Fahrzeugen unter Verwendung eines 22 bis 29 GHz- und/oder 76 bis 81 GHz-Radars verwendet werden und weist eine große Apertur auf, um eine hohe Winkelauflösung der Radardaten zu unterstützen.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen hervorgehen, die zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen zu sehen sind.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs, das frontale Radarsensoren umfasst, die zur Objekterkennung verwendet werden können;
2 ist ein schematisches Diagramm einer Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche, die man bei dem Fahrzeug aus 1 verwenden könnte;
3 ist eine Abbildung, wie die künstliche Impedanzoberfläche der Antenne, die in 2 gezeigt wird, durch Drucken einer Matrix aus Metallstücken auf ein Substrat erstellt werden kann;
4 ist eine Abbildung in perspektivischer Ansicht einer einzigen Einheitszelle des Substrats von der Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche, die in 2 gezeigt wird;
5 ist eine Abbildung der vollständigen Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche für das erste Konstruktionsausführungsbeispiel aus 4;
6 ist ein Bild einer Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche, die an der Innenfläche einer Stoßfängerplatte montiert ist; und
7 ist eine Abbildung eines Abschnitts einer AIS-Antenne, die eine alternative Konstruktionstechnik verwendet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die folgende Diskussion der Ausführungsbeispiele der Erfindung über eine biegsame Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche für Kraftfahrzeug-Radarsensoren ist rein beispielhafter Art und keineswegs dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken.
Radarsysteme an Bord von Fahrzeugen sind mittlerweile sehr geläufig, da Fahrerunterstützungssysteme, wie etwa Abstandsregeltempomate und Kollisionswarnung/ Kollisionsvermeidung, immer beliebter geworden sind. 1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs 100, das frontale Radarsensoren umfasst, die zur Objekterkennung verwendet werden können. Das Fahrzeug 100 umfasst ein Paar Radarsensoren 102 und 104, die typischerweise hinter dem Kühlergrill oder in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 100 positioniert sind. Der erste (bzw. linke) Radarsensor 102 ist um einen waagerechten oder seitlichen Abstand 106 von dem zweiten (bzw. rechten) Radarsensor 104 beabstandet. Der Abstand 106 variiert je nach Hersteller und Modell des Fahrzeugs 100, kann jedoch bei einigen Ausführungsbeispielen etwa einen Meter betragen.
Die Sensoren 102 und 104 weisen eine Aperturachse 108 auf, die gegenüber der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs um einen Winkel θ versetzt ist. Der Winkel θ, der verwendet wird, kann je nach Hersteller und Modell des Fahrzeugs 100 variieren, beträgt jedoch bei einigen Ausführungsbeispielen ungefähr 10°. Unabhängig von der Orientierung, die für die Sensoren 102 und 104 ausgewählt wird, deckt jeder Sensor ein ultrabreites Feld ab, um eine Abdeckung bereitzustellen, die sich teilweise mit einer Fläche 110 überlappt. Die Abdeckungsfläche des Sensors 102 wird durch einen Kreissektor 112 dargestellt, und die Abdeckungsfläche des Sensors 104 wird durch einen Kreissektor 114 dargestellt. Um wirksame Funktionen zur Kollisionsvermeidung und Abstandsregelung zu bieten, müssen die Kreissektoren 112 und 114 eine vollständige frontale Radarabdeckung für das Fahrzeug 100 bereitstellen.
Die Radarechos von den Sensoren 102 und 104 werden von einem Radarmodul 116 empfangen, das mit einem Prozessor 118 in Verbindung steht. Der Prozessor 118 ist ein Rechengerät, das mindestens einen Mikroprozessor und ein Speichermodul einer beliebigen Art, die gewöhnlich bei Fahrzeugen verwendet wird, umfasst. Der Prozessor 118 kann ein universelles Gerät sein, das auch andere Rechenfunktionen ausführt, oder der Prozessor 118 kann eine spezifische Bauform sein, die basierend auf den Daten von dem Radarmodul 116 speziell für die Objekterkennung und dazugehörige Funktionen konfiguriert ist.
Das Packaging der Radarsensoren 102 und 104 in dem Fahrzeug 100 war typischerweise problematisch, sowohl im Hinblick auf die Kosten der Herstellung der Sensoren 102 und 104 und ihren Einbau in das Fahrzeug 100 als auch im Hinblick auf das Aussehen des Fahrzeugs 100. Dies ist der Fall, weil die Sensoren 102 und 104 typischerweise mit einer räumlichen Apertur und elektronischen Schaltungen in einem geschlossenen Gehäuse gestaltet wurden. Die räumliche Größe des Gehäuses erschwert das Packaging in dem Fahrzeug 100 angesichts der Raumeinschränkungen hinter der Stoßfängerplatte. Die Notwendigkeit einer räumlichen Öffnung in einer äußeren Oberfläche des Fahrzeugs 100, um die Apertur aufzunehmen, kann sowohl zu Kosten- als auch ästhetischen Problemen führen. Durch die Verwendung einer flachen, biegsamen Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche kann man die Radarsensoren jedoch an vielen neuen Stellen in dem Fahrzeug 100 anordnen.
2 ist ein schematisches Diagramm einer Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche 140, die man bei dem Fahrzeug 100 verwenden könnte. Die Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche 140 ist eine kostengünstige, biegsame, anpassungsfähige Bauform einer Kraftfahrzeug-Radarantenne zur Objekterkennung, die für die beiden dedizierten Kraftfahrzeug-Frequenzen von 22 bis 29 GHz und 76 bis 81 GHz verwendet werden kann. Die Antenne mit künstlicher Impedanzoberfläche (AIS) 140 nutzt eine neuartige Technologie für druckbare Elektronik, die in der Lage ist, auf den angegebenen hohen Frequenzen zu funktionieren. Die AIS-Antenne 140 ist im Vergleich zu Bauformen von Radarsensorantennen aus dem Stand der Technik kostengünstig. Ferner ist die AIS-Antenne 140 biegsam und anpassungsfähig und kann an vielen Stellen in einem Fahrzeug montiert werden, die zuvor nicht zur Montage von Radarsensoren verfügbar waren, wie etwa Stoßfängerplatten, Türplatten, Motorhaube und Heckklappe.
Die AIS-Antenne 140 funktioniert durch Auslösen eines Satzes von Oberflächenwellen 142 über eine künstliche Impedanzoberfläche (AIS) 144, deren Impedanz gemäß einer Funktion, die den Phasenfronten zwischen den Oberflächenwellen 142 auf der AIS 144 und einem gewünschten Fernfeld-Strahlungsmuster 146 entspricht, räumlich moduliert wird. Die AIS-Antenne 140 strahlt das Fernfeld-Strahlungsmuster 146 aus, indem sie die Oberflächenwellen 142 aus der AIS 144 durchlässt, wobei die Impedanz der AIS 144 moduliert wird, um ein bevorzugtes Strahlungsmuster und eine Polarisation des Fernfeld-Strahlungsmusters 146 zu erzeugen. Die AIS-Antenne 140 wird auf einem dünnen, biegsamen Substrat 148 hergestellt und kann konform an diverse Karosserieplatten an Bord des Fahrzeugs 100 angebracht werden.
3 ist eine Abbildung davon, wie die AIS 144 durch Drucken einer Matrix aus Metallstücken auf dem Substrat 148 erstellt werden kann, und 4 ist eine Abbildung in perspektivischer Ansicht einer einzigen Einheitszelle des Substrats 148, die einen Abschnitt der AIS 144 umfasst. Die AIS 144 besteht aus einem Muster von leitfähigen Stücken 152 unterschiedlicher Größe, die eine geerdete dielektrische Schicht 150 des Substrats 148 abdecken. Die Stücke 152 sind im Vergleich zur elektromagnetischen Wellenlänge der Oberflächenwellen 142 klein, und ihre Streueigenschaften können im Hinblick auf ihre wirksame Oberflächenimpedanz beschrieben werden. Hochohmige Regionen weisen kleine Zwischenräume zwischen den Stücken 152 auf und sehen dunkler aus, wie in 2 und 3 zu sehen. Durch das Variieren der Größe und Form der Stücke 152 kann die Oberflächenimpedanz der AIS 144 als Funktion von Position und Richtung gesteuert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Einheitszellengröße auf 3 mm festgelegt, und die Zwischenräume zwischen den Stücken 152 variieren zwischen 0,2 mm und 1 mm. Eine Einheitszelle des Substrats 148 - einschließlich der dielektrischen Schicht 150, einer Groundplatte 154 und eines der Stücke 152 - ist in 4 zu sehen. Das Volumen über dem Stück 152, das in 4 gezeigt wird, wird bei elektromagnetischen Simulationen des Strahlungsmusters 146 verwendet, das sich aus der AIS 144 ergibt.
Es sind alternative Formen und Bauformen für die Stücke 152 möglich, die anders als die in 3 und 4 gezeigten Quadrate sind. Die Stücke 152 können Quadrate sein, die jeweils durch einen kleinen Schlitz unterbrochen sind, wobei Position und Orientierung des Schlitzes je nach der Stelle in dem Gitter variieren, so dass sie eine größere Flexibilität bei der Konfiguration des Strahlungsmusters bereitstellen. Die Stücke 152 können auch andere Formen aufweisen, die nicht unbedingt regelmäßige Vielecke sind.
5 ist eine Abbildung der vollständigen AIS-Antenne 140 für das erste Konstruktionsausführungsbeispiel aus 4. Die AIS 144 kann auf der oberen Oberfläche des Substrats 148 unter Verwendung bekannter Techniken zum Drucken von Elektronik gedruckt werden. Die AIS 144 kann alternativ aus einem Metallblech geätzt werden, das die obere Oberfläche des Substrats 148 beschichtet. Ein HF-Elektronikmodul oder ein Halbleiter-Chip 156 ist an der AIS-Antenne 140 angebracht, wobei die Anbringung über einen Koaxialsteckverbinder (nicht gezeigt) erfolgen kann. Der Chip 156 ist eine aktive Komponente, die Antennenfunktionen, wie etwa Signalverstärkung, Phasenverschiebung und Umschalten, handhabt. Der Chip 156 ist mit einem Satz von leitfähigen Streifen elektrisch gekoppelt, die als Oberflächenwellen-Zuleitung 148 bezeichnet werden und die Radarsignale zu und von der AIS 144 führen. Die Oberflächenwellen-Zuleitung 158 kann auch auf das Substrat 148 gedruckt werden. Die Groundplatte 154, die in 4 gezeigt wird, befindet sich auf der Unterseite des Substrats 148 und ist in 5 nicht zu sehen.
Wie zuvor erwähnt, kann das Substrat 148 dünn und biegsam sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 148 ein keramisch gefüllter Polytetrafluorethylen- (PTFE) Verbundstoff mit einer Dicke von weniger als 1 mm. Daher kann die AIS-Antenne 140 gebogen werden, um sich an die Form von gekrümmten Oberflächen anzupassen, wozu Karosserieoberflächen mit komplexer Krümmung gehören, wie sie gewöhnlich in dem Fahrzeug 100 vorzufinden sind. 6 ist ein Bild der AIS-Antenne 140, die an der Innenfläche einer Stoßfängerplatte 160 montiert ist. Die AIS-Antenne 140 kann ihr Strahlungsmuster 146 durch nicht metallische Oberflächen hindurch projizieren, wie etwa durch den Presskunststoff, der typischerweise für die Stoßfängerplatte 160 verwendet wird.
Da sie sich an verschiedenen unauffälligen Stellen in dem Fahrzeug 100 befinden kann, kann die AIS-Antenne 140 groß genug gemacht werden, um eine Radarleistung mit sehr guter Winkelauflösung zu erbringen. Die AIS-Antenne 140 ist ohne Weiteres mit einer Länge von 200 mm oder mehr und einer Breite von 100 mm oder mehr zu gestalten. Ferner ist die Apertur der AIS-Antenne 140 im Wesentlichen ihre gesamte Mantelfläche. Diese äußerst große Apertur im Vergleich zu der typischen Konstruktion der Radarsensoren 102/104 verleiht der AIS-Antenne 140 eine Leistung mit sehr guter Winkelauflösung.
Es gibt andere Techniken zum Erreichen einer hohen Winkelauflösung - dazu gehören die Verwendung von Radar-Chipsätzen mit höherer Frequenz und die Erhöhung der wirksamen Aperturgröße mit mehreren Antennen und weiterer Elektronik. Diese anderen Techniken sind jedoch kostspieliger als ein herkömmlicher Radar und bieten nicht das einfache Packaging der AIS-Antenne 140. Dagegen ist die AIS-Antenne 140 weniger kostspielig als herkömmliche Radarsensorantennen und bietet hervorragende Flexibilität beim Packaging.
Wie in 6 gezeigt, kann die AIS-Antenne 140 an der Innenseite einer beliebigen nicht metallischen Oberfläche der Fahrzeugkarosserie, wie etwa der Stoßfängerplatte 160, montiert werden. Bei dieser Konfiguration sendet und empfängt die AIS-Antenne 140 Radarsignale durch die Karosserieoberfläche hindurch, die einschließlich mit Metallfarbe lackiert sein kann, aber keine massive metallische Oberfläche sein kann. Andere Karosserieoberflächen, die für die Innenmontage der AIS-Antenne 140 geeignet sind, umfassen nicht metallische Türplatten, nicht metallische Motorhauben und Heckklappen und Karosseriezierleisten. Die AIS-Antenne 140 kann an Karosserieoberflächen montiert werden, die flach sind, oder an Oberflächen, die eine einfache Krümmung (Krümmung um eine Achse) oder eine komplexe Krümmung aufweisen. Das Muster der AIS 144 kann ausgelegt sein, um das gewünschte Fernfeld-Strahlungsmuster basierend auf der Krümmung der Montageoberfläche bereitzustellen, die zur Krümmung der AIS-Antenne 140 wird, nachdem sie montiert wurde.
Die AIS-Antenne 140 kann auch an Außenflächen des Fahrzeugs 100 montiert werden - insbesondere an Metallflächen, die nicht zur Innenmontage der AIS-Antenne 140 dienen. Die AIS-Antenne 140 ist dünn genug, um auf einer äußeren Karosserieoberfläche kaum wahrnehmbar zu sein, wenn sie mit einem dünnen Anstrich oder einer Applikation bedeckt ist und dann mit der gleichen Farbe wie das Äußere des Fahrzeugs lackiert wird. Eine Außenmontage der AIS-Antenne 140 kann an Metallstoßfängern und an Motorhauben, Kofferraumdeckeln und Karosserieplatten an unauffälligen Stellen geeignet sein.
Die AIS-Antenne 140 kann auch durchsichtig gemacht und an der Innenseite oder Außenseite von Glasflächen an dem Fahrzeug 100 aufgetragen werden. Dies ist möglich, indem das Substrat 148 und die Stücke 152 aus Materialien hergestellt werden, die bei sichtbaren Lichtwellenlängen optisch durchsichtig sind. Beispielsweise wurden durchsichtige AIS-Antennen vorgeführt, die Substratmaterialien verwenden, wie etwa Kunststoffe und Dünnschichten aus Polyethylenterephthalat (PET). Bei einer durchsichtigen Bauform kann die AIS-Antenne 140 an der Innenseite oder Außenseite von Glaskomponenten montiert sein, wie etwa von Scheinwerfern, Sonnendächern und Heckscheiben. Die AIS-Antenne 140 kann auch an der Innenseite oder Außenseite von Windschutzscheiben in teilweise verdunkelten Bereichen, wie etwa dem Sonnenblendenbereich, hinter dem Rückspiegel usw., montiert werden. Die AIS-Antenne 140 kann auch an anderen durchsichtigen oder halbdurchsichtigen Oberflächen montiert werden, die nicht aus Glas bestehen - wie etwa Rücklichter. Diese Möglichkeiten für die Montageoberfläche erhöhen die Flexibilität der Unterbringung der AIS-Antenne 140 in dem Fahrzeug 100 noch weiter.
Die AIS-Antenne 140 funktioniert zum Teil durch den Unterschied der Dielektrizitätskonstante zwischen den Materialien auf beiden Seiten der Metallstücke 152. Wie in 3 und 4 zu sehen, sind diese Materialien Luft auf der äußeren oberen Oberfläche („über“ den Stücken 152), und die dielektrische Schicht 150 des Substrats 148 auf der unteren Oberfläche („unter“ den Stücken 152), wobei sich die Groundplatte 154 darunter befindet. Luft auf Atmosphärendruck weist eine Dielektrizitätskonstante auf, die gerade etwas höher als 1,0 (weniger als 1,001) ist, und die dielektrische Schicht 150 weist eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3,0 auf. Andere Konstruktionsausführungsbeispiele sind ebenfalls möglich, wie es nachstehend besprochen wird.
7 ist eine Abbildung eines Abschnitts einer AIS-Antenne 180, die eine alternative Konstruktionstechnik verwendet. Die AIS-Antenne 180 ist dazu gedacht, an der Innenfläche einer nicht metallischen Karosserieplatte montiert zu werden, wie etwa an der Stoßfängerplatte 160, wobei die Stoßfängerplatte 160 tatsächlich Teil der Funktionsbauform der AIS-Antenne 180 wird. Die AIS-Antenne 180 umfasst eine metallische Groundplatte 182, eine Schaumstoffschicht 184 und eine Stückschicht 186. Die Schaumstoffschicht 184 besteht aus einem Schaumstoff geringer Dichte oder aus einem anderen Material mit einer Dielektrizitätskonstante, die möglichst nah an 1,0 liegt. Der Zweck der Schaumstoffschicht 184 besteht darin, eine Trennung der Stückschicht 186 von der Groundplatte 182 bereitzustellen und diesen Raum mit einem Material mit sehr niedriger Dielektrizitätskonstante auszufüllen, das als Substrat dient. Die Schaumstoffschicht 184 muss mindestens 3 mm dick sein, um die notwendige Trennung der Stückschicht 186 von der Groundplatte 182 bereitzustellen.
Statt auf einem Substrat mit einer geerdeten dielektrischen Schicht gedruckt zu werden, wie bei der AIS-Antenne 140, wird die Stückschicht 186 auf einer sehr dünnen Schicht aus einem Polyimid-Material, wie etwa Kapton®, oder PET gedruckt. Da das Material, auf dem die Stückschicht 186 gedruckt wird, nur 0,025 bis 0,050 mm (1 bis 2 mils) dick ist, ist es im Verhältnis zur Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung so dünn, dass es eine sehr geringe Auswirkung auf die Strahlung hat. Das Material der Stoßfängerplatte 160 auf der gegenüberliegenden Seite der Stückschicht 186 von der Schaumstoffschicht 184 aus weist eine höhere Dielektrizitätskonstante (mehr als 2,0) als die Schaumstoffschicht 184 auf und dient als Superstrat für die AIS-Antenne 180. Der Unterschied der Dielektrizitätskonstante zwischen dem Substrat (der Schaumstoffschicht 184) und dem Superstrat (der Stoßfängerplatte 160) stellt somit die Bedingungen bereit, die für die AIS-Antenne 180 benötigt werden, um eine Fernfeldstrahlung aus Oberflächenwellen zu erzeugen, die auf die Stückschicht 186 angewendet werden.
Die AIS-Antenne 180 würde auch einen Halbleiter-Chip und Oberflächenwellen-Zuleitungen (nicht gezeigt) umfassen, die mit der Stückschicht 186 gekoppelt sind, wie es zuvor für die AIS-Antenne 140 beschrieben wurde. Die Groundplatte 182, die Schaumstoffschicht 184 und die Stückschicht 186 der AIS-Antenne 180 können in der Reihenfolge gestapelt werden, die in 7 gezeigt wird, und auf beliebige geeignete Art und Weise zu einer Unterbaugruppe verbunden werden, die anschließend an der Innenfläche der Stoßfängerplatte 160 vor oder während der Fahrzeugmontage montiert werden kann. Da sie bei einigen Anwendungen das inhärente Vorliegen der Stoßfängerplatte 160 ausnutzt, und da sie verschiedene Materialien verwendet, kann die AIS-Antenne 180 Kosten- und/oder Leistungsvorteile gegenüber der AIS-Antenne 140 bereitstellen.
Unter Verwendung der zuvor beschriebenen Techniken können Kraftfahrzeug-Radarantennen erstellt werden, die weniger kostspielig sind und einfacher in einem Fahrzeug unterzubringen sind als herkömmliche Radarsensoren. Gleichzeitig bieten die zuvor beschriebenen Antennen mit künstlicher Impedanzoberfläche eine verbesserte Leistung bei der Objekterkennung auf Grund ihrer äußerst großen Aperturgröße im Vergleich zu existierenden Sensoren. Diese Verbesserungen bei der Bauform von Radarantennen ermöglichen wiederum eine bessere Fähigkeit der Kraftfahrzeug-Kollisionsvermeidung, wobei es sich um einen Vorteil sowohl für Fahrzeugfahrer als auch für Fahrzeughersteller handelt.
Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt rein beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird aus dieser Diskussion und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen ohne Weiteres erkennen, dass diverse Änderungen, Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne Geist und Umfang der Erfindung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.

Claims

Eine Kraftfahrzeug-Radarantenne, umfassend: einen Halbleiter-Chip, der konfiguriert ist, um aktive Funktionen der Antenne auszuführen, wobei die aktiven Funktionen der Antenne eine Verstärkung, eine Phasenverschiebung und ein Umschalten von elektrischen Signalen einschließen; eine Matrix aus Metallstücken, die angeordnet sind, um ein Impedanzmuster zu erstellen, das ein gewünschtes Fernfeld-Strahlungsmuster aus Oberflächenwellen erzeugt, die über die Matrix aus Metallstücken ausgelöst werden, wobei die Oberflächenwellen durch die elektrischen Signale von dem Halbleiter-Chip bereitgestellt werden; ein biegsames Substrat; und eine biegsame metallische ground plane, wobei die Antenne an einer Oberfläche eines Fahrzeugs montiert ist, und die Matrix aus Metallstücken ausgelegt ist, um das gewünschte Fernfeld-Strahlungsmuster basierend auf einer Form der Antenne bereitzustellen, wenn sie an der Oberfläche des Fahrzeugs montiert ist.
Die Antenne nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine dielektrische Schicht umfasst, die aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,0 oder mehr besteht, die metallische ground plane auf eine untere Oberfläche der dielektrischen Schicht aufgetragen wird, und die Matrix aus Metallstücken auf eine obere Oberfläche der dielektrischen Schicht aufgetragen wird.
Die Antenne nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 1,1 oder weniger besteht, die Matrix aus Metallstücken auf ein Polyimid-Material aufgetragen wird, und die Antenne an einer Innenfläche einer Kraftfahrzeug-Karosserieplatte mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,0 oder mehr montiert wird.
Die Antenne nach Anspruch 3, wobei sich die Matrix aus Metallstücken zwischen der Karosserieplatte und dem Substrat befindet, sich die metallische ground plane auf einer gegenüberliegenden Seite des Substrats von der Matrix aus Metallstücken aus befindet, das Polyimid-Material eine Dicke von weniger als 0,05 Millimeter (mm) aufweist, und das Substrat eine Dicke von mindestens 3 mm aufweist.
Die Antenne nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Fahrzeugs und die Form der Antenne eine komplexe Krümmung aufweisen.
Die Antenne nach Anspruch 1, wobei die Antenne eine Aperturfläche von mindestens 10.000 Quadratmillimeter (mm²) aufweist und an einer Innenfläche einer Stoßfängerplatte montiert ist.
Die Antenne nach Anspruch 1, wobei die Antenne an einer Außenfläche einer Kraftfahrzeug-Karosserieplatte oder einer Strukturkomponente montiert ist.
Die Antenne nach Anspruch 1, wobei die Antenne durchsichtig ist und an einer Innenfläche eines Fensters, eines Scheinwerfers oder eines Rücklichts montiert ist.
Die Antenne nach Anspruch 1, wobei die Antenne durchsichtig ist und an einer Außenfläche eines Fensters, eines Scheinwerfers oder eines Rücklichts montiert ist.
Die Antenne nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Satz von leitfähigen Streifen, die den Halbleiter-Chip mit der Matrix aus Metallstücken verbinden, wobei die leitfähigen Streifen Oberflächenwellen von dem Halbleiter-Chip zu der Matrix aus Metallstücken führen.