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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Radarwellen oder Millimeterwellen, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Antennenvorrichtung zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Radarwellen oder Millimeterwellen. Die Antennenvorrichtung und das Verfahren sind insbesondere dazu ausgestaltet, Mehrfachreflektionen zwischen der Antenne und einer oder mehreren Abdeckungen abzuschwächen oder zu unterdrücken.
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Stand der Technik
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Radarsensoren werden häufig verwendet, um die Umgebung um den Radarsensor zu erfassen. Ist der Radarsensor an einem Fahrzeug angeordnet, wird beispielsweise die Umgebung des Fahrzeugs erfasst. Hierzu sendet der Radarsensor elektromagnetische Wellen mit spezifischen Wellenparametern wie etwa Frequenz und/oder Modulation aus. Die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen werden von etwaigen externen Objekten in der Umgebung des Radarsensors reflektiert. Ein Teil der reflektierten elektromagnetischen Wellen wird von Empfangsantennen empfangen und dann ausgewertet.
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Typischerweise werden Laufzeitunterschiede, ausgedrückt etwa in einer oder mehreren Phasenbeziehungen zwischen benachbarten Empfangsantennen, gemessen. Dank einer bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen kann somit die Richtung eines externen Objekts, an welchem die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen reflektiert wurden, bestimmt werden (so genannte Richtungs- oder Winkelschätzung).
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Häufig werden solche Radarsensoren innerhalb eines größeren Objekts, beispielsweise eines Fahrzeugs, verbaut, zum Beispiel hinter einem Stoßfänger des Fahrzeugs. Bei einer teilweisen Reflexion von elektromagnetischen Wellen von einem Träger der Empfangsantennen zu dem Stoßfänger hin kann es zu einer erneuten Reflexion der elektromagnetischen Wellen durch den Stoßfänger zurück auf die Empfangsantennen kommen. Dieser Effekt kann mehrmals hintereinander auftreten.
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Die ein- oder mehrfach auf die Empfangsantennen reflektierten elektromagnetischen Wellen überlagern sich mit den ursprünglichen, nur an dem externen Objekt reflektierten elektromagnetischen Wellen. Wird nun eine Laufzeitdifferenz zwischen verschiedenen Empfangsantennen, welche verschiedene Empfangskanäle darstellen, ausgewertet, so werden bei der Auswertung auch Anteile aus den unerwünschten Ein- oder Mehrfachreflexionen berücksichtigt.
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In der
DE 10 2013 221 091 A1 ist ein in einem Stoßfänger integriertes Radarbefestigungssystem zur Verwendung in einem Fahrzeug beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Antennenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
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Demgemäß ist eine Antennenvorrichtung vorgesehen, mit: einem Träger; mindestens einer auf einer Außenseite des Trägers angeordneten Empfangsantenneneinrichtung zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen mit einer ersten Polarisation; mindestens einer auf der Außenseite des Trägers angeordneten Repolarisationseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, auf die Repolarisationseinrichtung auftreffende elektromagnetische Wellen mit der ersten Polarisation als elektromagnetische Wellen mit einer zweiten Polarisation zu re-emittieren; und einer Filtereinrichtung, welche auf der Außenseite des Trägers angeordnet ist und welche dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen mit der zweiten Polarisation zu absorbieren.
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Unter einer Außenseite des Trägers ist insbesondere eine ebene Fläche zu verstehen, welche vollständig einer bestimmten Richtung zugewandt ist, d.h. deren Ausrichtung durch einen einzelnen Normalenvektor beschreibbar ist. Der Träger ist auch als Substrat bezeichenbar. Die Außenseite des Trägers kann auch durch eine gekrümmte Oberfläche gebildet werden bzw. sein.
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Des Weiteren ist ein Verfahren zum Betreiben einer Antennenvorrichtung zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen vorgesehen, mit den Schritten: Empfangen von elektromagnetischen Wellen mit einer ersten Polarisation mittels mindestens einer Empfangsantenneneinrichtung auf einer Außenseite eines Trägers; Re-Emittieren von auf eine Repolarisationseinrichtung auf der Außenseite des Trägers auftreffenden elektromagnetischen Wellen mit der ersten Polarisation als elektromagnetische Wellen mit einer zweiten Polarisation; und Absorbieren von elektromagnetischen Wellen mit der zweiten Polarisation mittels einer Filtereinrichtung auf der Außenseite des Trägers.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass unerwünschte Ein- oder Mehrfachreflexionen der von einem externen Objekt reflektierten elektromagnetischen Wellen in der unmittelbaren Nähe der Antennenvorrichtung und/oder an einem Bestandteil der Antennenvorrichtung selbst durch eine geeignete Ausgestaltung der Antennenvorrichtung verringert oder eliminiert werden können.
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen, indem an dem Träger, auf oder an welchem mindestens eine Empfangsantenneneinrichtung angeordnet ist, mindestens eine Repolarisationseinrichtung angeordnet ist. Somit werden elektromagnetische Wellen, welche auf die Repolarisationseinrichtung statt auf eine der Empfangsantenneneinrichtungen auftreffen, repolarisiert, das heißt, mit einer zweiten Polarisation re-emittiert. Die zweite Polarisation ist verschieden von der ersten Polarisation. Vorteilhaft werden elektromagnetische Wellen mit der zweiten Polarisation durch die Filtereinrichtung absorbiert, sodass sie nicht, etwa nach einer weiteren Reflexion, unerwünschter Weise auf die mindestens eine Empfangsantenneneinrichtung treffen können.
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Somit werden Messungen mittels der Antennenvorrichtung in wesentlich geringerem Maße negativ durch Reflexionen beeinflusst und die Genauigkeit der Messungen, beispielsweise einer Winkelschätzung der Lage eines externen Objekts zu der Antennenvorrichtung, verbessert.
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Außer für Laufzeitdifferenzmessungen ist dies beispielsweise auch vorteilhaft, wenn, etwa mittels einer einzigen Empfangsantenneneinrichtung, ein Frequenzspektrum im Hinblick auf seine Intensität vermessen werden soll, da unterschiedliche Frequenzen an unterschiedlichen Flächen und Materialien zu unterschiedlichen Bruchteilen reflektiert werden können, sodass durch jede weitere Reflexion zusätzlich unerwünschte Unsicherheiten entstehen können.
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Eine Empfangsantenneneinrichtung umfasst mindestens eine Empfangsantenne, welche insbesondere eine oder mehrere Patchelemente umfassen kann. Eine Empfangsantenneneinrichtung kann auch eine entsprechende Auswerteelektronik umfassen. Es kann aber auch eine gemeinsame Auswerteelektronik für mehrere oder alle Empfangsantenneneinrichtungen vorgesehen sein.
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Allgemein ist eine Polarisation einer elektromagnetischen Welle eine räumliche Ausrichtung des elektrischen oder magnetischen Felds einer elektromagnetischen Welle. Unter einer Polarisation einer elektromagnetischen Welle ist insbesondere eine zirkulare oder eine lineare Polarisation zu verstehen. Die erste und die zweite Polarisation sind vorteilhafterweise möglichst verschieden voneinander. Das heißt, wenn die erste Polarisation eine erste lineare Polarisation mit einer ersten Polarisationsrichtung ist, kann die zweite Polarisation bevorzugt eine zweite lineare Polarisation mit einer zweiten Polarisationsrichtung sein, welche auf der ersten Polarisationsrichtung senkrecht steht.
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Die Filtereinrichtung kann als eine Absorptionsschicht ausgebildet werden, welche elektromagnetische Wellen mit der zweiten Polarisation stärker absorbiert als elektromagnetische Wellen mit der ersten Polarisation, insbesondere um einen Faktor zehn bis zwanzig oder mehr, stärker absorbiert. Die absorbierten elektromagnetischen Wellen mit der zweiten Polarisation werden in der Filtereinrichtung größtenteils, vorzugsweise vollständig, in Wärme umgewandelt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die mindestens eine Empfangsantenneneinrichtung an der Außenseite des Trägers angeordnet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die mindestens eine Repolarisationseinrichtung an der Außenseite des Trägers angeordnet. Somit sind die Empfangsantenneneinrichtung und/oder die Repolarisationseinrichtung besonders einfach und mit geringem technischem Aufwand herstellbar.
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Soll ein Element „auf“ einer Außenseite des Trägers ausgebildet werden oder sein, so soll darunter sowohl verstanden werden, dass das Element unmittelbar an dem Träger an der Außenseite, das heißt, der Außenfläche, des zweiten Trägers ausgebildet wird oder ist, als auch, dass das Element mittelbar oder beabstandet über dieser Außenseite ausgebildet wird oder ist. Soll das Element „an“ der Außenseite des Trägers ausgebildet werden oder sein, ist darunter zu verstehen, dass es unmittelbar an der Außenseite, das heißt, der Außenfläche, des Trägers ausgebildet wird oder ist. Soll das erste Element in Bezug auf ein zweites Element auf eine bestimmte Weise angeordnet werden, soll damit nicht notwendigerweise bestimmt sein, dass das zweite Element schon ausgebildet sein muss, wenn das erste Element ausgebildet wird. Vielmehr wird hier ein Endzustand beschrieben, welchen der Fachmann entsprechend der Beschreibung herzustellen weiß.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind eine erste Vielzahl von Empfangsantenneneinrichtungen und eine zweite Vielzahl von Repolarisationseinrichtungen an der Außenseite des Trägers angeordnet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung bedecken die erste Vielzahl von Empfangsantenneneinrichtungen und die zweite Vielzahl von Repolarisationseinrichtungen mindestens fünfzig Prozent der Außenseite des Trägers, besonders bevorzugt mindestens fünfundsiebzig Prozent, insbesondere mindestens neunzig Prozent. Somit wird eine Reflexion von elektromagnetischen Wellen mit der ersten Polarisation an der Außenseite des Trägers minimiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Antennenvorrichtung ein Radom für die mindestens eine Empfangsantenneneinrichtung auf, wobei die Filtereinrichtung in dem Radom ausgebildet ist. Radome schützen die Empfangsantenneneinrichtung, insbesondere eine Empfangsantenne der Empfangsantenneneinrichtung, vor äußeren Einflüssen. Durch Kombinieren des Radoms mit der Filtereinrichtung werden eine Platzersparnis und eine verringerter technischer Aufwand bei der Herstellung ermöglicht. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Filtereinrichtung durch in dem Radom eingelegte leitfähige Fäden, insbesondere nicht-metallische leitfähige Fäden, ausgebildet. Die leitfähigen Fäden bestehen bevorzugt aus Graphit oder weisen Graphit auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Antennenvorrichtung eine Abdeckeinrichtung, welche auf der Außenseite des Trägers angeordnet ist; wobei die Filtereinrichtung zwischen der Außenseite des Trägers und der Abdeckeinrichtung angeordnet ist. Bei der Abdeckeinrichtung kann es sich insbesondere um einen Stoßfänger für ein Fahrzeug oder einen Stoßfänger eines Fahrzeugs handeln. Unter einem Fahrzeug soll insbesondere ein Kraftfahrzeug, ein Straßenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug und/oder ein Luftfahrzeug verstanden werden. Die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung kann vorteilhaft in der Abdeckeinrichtung integriert sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Antennenvorrichtung mindestens eine Sendeantenneneinrichtung, mittels welcher elektromagnetische Wellen mit der ersten Polarisation emittierbar sind. Die Sendeantenneneinrichtung kann auch zum Erzeugen der zu emittierenden elektromagnetischen Wellen ausgebildet sein. Die Sendeantenneneinrichtung umfasst mindestens eine Sendeantenne, beispielsweise umfassend ein oder mehrere Patchelemente. Zum Emittieren der elektromagnetischen Welle mit der ersten Polarisation kann die Sendeantenneneinrichtung mit einer Signalquelle verbunden und/oder mit einem Polarisationsfilter gekoppelt sein, welche jeweils Teil der Antennenvorrichtung sein können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind eine erste Vielzahl von Empfangsantenneneinrichtungen und eine zweite Vielzahl von Repolarisationseinrichtungen an der Außenseite des Trägers angeordnet. Insbesondere ist die mindestens eine Sendeantenneneinrichtung an der Außenseite des Trägers angeordnet. Bevorzugt bedecken die erste Vielzahl von Empfangsantenneneinrichtungen und die zweite Vielzahl von Repolarisationseinrichtungen und die mindestens einen Sendeantenneneinrichtung zusammen mindestens fünfzig Prozent der Außenseite des Trägers, besonders bevorzugt mindestens fünfundsiebzig Prozent, insbesondere mindestens neunzig Prozent.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausgestaltung einer Repolarisationseinrichtung 40‘; und
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4 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Betreiben einer Antennenvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. Schematische Zeichnungen sind nicht notwendiger Weise maßstabsgetreu, wenn nicht explizit etwas anderes angegeben ist.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Antennenvorrichtung 10 zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen umfasst einen Träger 20 mit einer Außenseite 22. Auf, insbesondere an, der Außenseite 22 ist eine Empfangsantenneneinrichtung 30 zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen mit einer ersten Polarisation 50 angeordnet.
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Außerdem ist auf der Außenseite 22 des Trägers 20, insbesondere an der Außenseite 22, mindestens eine Repolarisationseinrichtung 40 angeordnet, welche dazu ausgebildet ist, auf die Repolarisationseinrichtung 40 auftreffende elektromagnetische Wellen mit der ersten Polarisation 50 als elektromagnetische Wellen mit einer zweiten Polarisation 52 zu re-emittieren. Auf der Außenseite 22, insbesondere von der Außenseite 22 beabstandet, ist eine Filtereinrichtung 60 angeordnet, welche dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen mit der zweiten Polarisation 52 zu absorbieren.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Antennenvorrichtung 100 ist eine Variante der Antennenvorrichtung 10 und weist im Vergleich zu dieser eine erste Vielzahl, hier: zwei, Empfangsantenneneinrichtungen 30 sowie eine zweite Vielzahl, hier: drei, Repolarisationseinrichtungen 40 auf, insbesondere an, der Außenseite 22 des Trägers 20 auf. Die Empfangsantenneneinrichtungen 30 sowie die Repolarisationseinrichtungen 40 können in zwei Dimensionen auf der Außenseite 22 des Trägers 20 verteilt sein.
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Die Antennenvorrichtung 100 weist zudem eine Sendeantenneneinrichtung 80 an der Außenseite 22 des Trägers 20 auf, mittels welcher elektromagnetische Wellen mit der ersten Polarisation 50 aussendbar sind. Die Sendeantenneneinrichtung 80 kann eine Signalquelle und/oder ein Polarisationsfilter zum Erzeugen der auszusendenden elektromagnetischen Wellen mit der ersten Polarisation 50 umfassen.
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Die Sendeantenneneinrichtung 80 sowie die Repolarisationseinrichtungen 40 sind derart ausgebildet, dass die erste Polarisation und die zweite Polarisation 50, 52 zwei verschiedene, aufeinander senkrecht stehende lineare Polarisationen sind.
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Bei der Antennenvorrichtung 100 ist die Filtereinrichtung 60 zwischen der Außenseite 22 und einer Abdeckeinrichtung 70 angeordnet, welche beispielsweise als Stoßfänger eines Fahrzeugs ausgebildet oder verwendbar ist oder verwendet wird. Die Filtereinrichtung 60 ist durch ein in einem Radom eingelegte leitfähige Fäden, beispielsweise aus Graphit, realisiert. Insbesondere befindet sich die Abdeckeinrichtung 70 zwischen der Außenseite 22 des Trägers 20 und einer Richtung, aus welcher von der Sendeantenneneinrichtung 80 ausgesandte, an externen Objekten reflektierte elektromagnetische Wellen am häufigsten zu erwarten sind. Vorzugsweise befindet sich die Filtereinrichtung 60 zwischen der Außenseite 22 des Trägers 20 und der Richtung, aus welcher die von der Sendeantenneneinrichtung 80 ausgesandten, an externen Objekten reflektierten elektromagnetischen Wellen am häufigsten zu erwarten sind.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer möglichen Ausgestaltung einer Repolarisationseinrichtung 40‘, wie sie in der erfindungsgemäßen Antennenanordnung, insbesondere der Antennenanordnung 10 oder 100, verwendbar ist.
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Die Repolarisationseinrichtung 40‘ umfasst ein drachenförmiges metallisches Patch 42 und eine darunter vergrabene metallische Mikrostreifenleitung 48. Das Patch 42 ist über zwei Koppelschlitze 44, 46 an die Mikrostreifenleitung 48 angekoppelt. Das Patch 42, die Mikrostreifenleitung 48 und die Koppelschlitze 44, 46 liegen bevorzugt auf verschiedenen Kupferlagen und sind galvanisch nicht miteinander verbunden. Auf das Patch 42 einfallende elektromagnetische Wellen mit der ersten Polarisation 50 werden, bei entsprechender Anordnung der Repolarisationseinrichtung 40, über das Patch 42 empfangen und, über einen ersten Koppelschlitz 44 in die vergrabene Mikrostreifenleitung 48 eingekoppelt. Dort laufen die elektromagnetischen Wellen zu einem zweiten Koppelschlitz 46, werden erneut in das Patch 42 eingekoppelt und dann durch das Patch 42 abgestrahlt. Der zweite Koppelschlitz 46 ist gegenüber dem ersten Koppelschlitz 44 um neunzig Grad gedreht, wodurch eine Polarisationsdrehung der elektromagnetischen Wellen um neunzig Grad stattfindet.
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In 3 sind das Patch 42, die Koppelschlitze 44, 46 und die Mikrostreifenleitung 48 jeweils einmal in einer schematischen Schrägansicht und einmal in einer schematischen Draufsicht abgebildet.
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4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Betreiben einer Antennenanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung verwendbar und im Hinblick auf alle beschriebenen oder implizierten Weiterbildungen und Varianten der erfindungsgemäßen Antennenanordnung, insbesondere der Antennenanordnungen 10 und 100, anpassbar.
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In einem Schritt S01 werden elektromagnetische Wellen mit einer ersten Polarisation mittels mindestens einer Empfangsantenneneinrichtung auf einer Außenseite eines Trägers empfangen.
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In einem Schritt S02 werden auf eine Repolarisationseinrichtung 40; 40’ auf der Außenseite 22 des Trägers 20 auftreffende elektromagnetischen Wellen mit der ersten Polarisation 50 als elektromagnetische Wellen mit einer zweiten Polarisation 52 re-emittiert.
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In einem Schritt S03 werden elektromagnetische Wellen mit der zweiten Polarisation 52 mittels einer Filtereinrichtung 60 auf der Außenseite 22 des Trägers 20 zumindest teilweise, bevorzugt mehrheitlich, besonders bevorzugt vollständig absorbiert.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013221091 A1 [0006]
