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Die Erfindung betrifft eine Radarsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Radarsensor und ein in einem Abstrahlbereich des Radarsensors angeordnetes Filterelement. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Auf Radarsensoren basierende Radarsysteme sind bei Kraftfahrzeugen in vielfältiger Art und Weise bekannt. Sie können dabei insbesondere zur Überwachung der Fahrzeugumgebung in Anwendungen wie Einparkhilfen, Totwinkelüberwachungen, Precrash-Sensing und automatischem Stop-and-Go-Betrieb eingesetzt werden. Für derartige Anwendungen werden die Radarsensoren in der Regel in den Stoßfängern eines Kraftfahrzeuges hinter der Kunststoffabdeckung des Stoßfängers platziert. Jeder Radarsensor kann dabei an einem separaten Gehäuse aufgebaut und an dem Stoßfänger befestigt sein. Die Radarsensoren umfassen in der Regel ein Hochfrequenzteil, welches hochfrequente Signale in einem Bereich von ca. 10 - 80 Gigahertz generiert. Die generierten Signale werden über Antennen des Radarsensors ausgesendet und nach Reflexion an Objekten in der Umgebung wieder empfangen. Die empfangenen, hochfrequenten Signale werden umgesetzt und auf eine Niederfrequenz heruntergemischt. Die Verarbeitung der niederfrequenten Signale erfolgt in der Regel in einem Niederfrequenzteil des Radarsensors.
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Die Sensoren werden üblicherweise hinter den Stoßfängern montiert, welche aus Kunststoff, beispielsweise Polypropylen, bestehen. Das Material des Stoßfängers ist dabei durchlässig für Radarstrahlen, so dass die Funktionalität des Radarsensors gewährleistet bleibt. Das Stoßfängermaterial dämpft in der Regel die Radarstrahlen über alle Frequenzen zumindest geringfügig, was eine Beeinträchtigung der Reichweite und der Empfindlichkeit des Sensors zur Folge haben kann. Ein sichtbarer Verbau der Radarsensoren ist jedoch aus Designgründen unerwünscht und erhöht darüber hinaus auch die Gefahr für unbeabsichtigte Beschädigungen des Radarsensors.
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Für bestimmte Anwendungen kann es notwendig sein, die maximal zur Verfügung stehende Frequenzbandbreite des Radarsensors einzuschränken, um unterschiedliche Funktionen durch verschiedene Radarsensoren mit unterschiedlichen Frequenzbändern umsetzen zu können. Eine Frequenzfilterung kann durch einen als Hardware realisierten Hochfrequenzfilter des Radarsensors vorgenommen werden. Dies weist jedoch den Nachteil auf, dass für jede andere Art der Hochfrequenzfilterung, also für das Verwenden eines anderen Frequenzbereichs für den Betrieb des Sensors, eine Änderung der Hardware des Radarsensors notwendig ist. Dies erfordert das Bereitstellen von verschiedenen Radarsensorvarianten, deren integrierte Hochfrequenzfilter jeweils an die verschiedenen Betriebsbandbreiten angepasst sind. Dadurch erhöht sich in nachteiliger Weise die Anzahl von verschiedenen Radarsensorvarianten sowie der Aufwand und die Kosten bei der Herstellung eines die Radarsensoren aufweisenden Kraftfahrzeuges.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene weitere Möglichkeiten zur Umsetzung einer frequenzselektiven Filterung von Radarsensoren bekannt.
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DE 10 2012 025 275 A1 beschreibt ein Radom für eine Radarvorrichtung mit einem Radom-Körper, welcher aus mehreren in Ausbreitungsrichtung mittels zumindest eines Radarsensors erzeugter Radarstrahlung im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Schichten gebildet ist. In zumindest einer dieser Schichten sind die Radarstrahlen des Radarsensors absorbierende Partikel gleichmäßig verteilt angeordnet, so dass ein Teil der Radarstrahlung absorbiert wird.
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In
DE 10 2011 010 861 A1 wird ein Verfahren zur Optimierung von Radomen für einen Kraftfahrzeug-Radarsensor offenbart. Das Verfahren umfasst dabei den Schritt des Ausführens eines Analyseverfahrens zur qualitativen und quantitativen Analyse hinsichtlich eines radarfrequenzabhängigen Transmissions- und/oder Reflexionsverhaltens einer Vielzahl von Lackbestandteilen und Kunststoffteilen zur Herstellung von ein Radom bildenden Kraftfahrzeugbauteilen. Als Lackbestandteile, welche einen relevanten Einfluss auf das hochfrequenztechnische Transmissionsverhalten und/oder Reflexionsverhalten haben, werden dabei Metallpartikel und Farbpigmente des Lackes betrachtet.
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Aus
DE 10 2014 213 502 A1 ist ein Schutzelement für einen Radarsensor in einem Kraftfahrzeug bekannt, welches für Radiowellen zumindest teilweise durchlässig ist und eine derartige Dicke aufweist, dass eine durch das Schutzelement verursachte Dämpfung der Radiowellen zwischen einem Minimum und einem Maximum liegt. Die Dämpfung des Schutzelementes kann dabei derart angepasst werden, dass Wettereinflüsse auf die Funktion des Radarsensors zumindest teilweise kompensiert werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Radarsensoreinrichtung mit einer verbesserten Frequenzfilterung des Radarsensors anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Radarsensoreinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Filterelement wenigstens eine Filterstruktur umfasst, wobei die Filterstruktur mehrere Strukturelemente aufweist, welche auf einer Fläche in einem regelmäßigen, aus einer periodischen Wiederholung eines oder mehrerer Strukturelemente gebildeten Muster angeordnet sind.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Filterstruktur des Filterelementes bietet dabei den Vorteil, dass eine frequenzselektive Filterung durch das Filterelement sehr präzise und gezielt erzeugt werden kann. Verglichen mit dem Verwenden von zufällig angeordneten Metallpartikeln zur Filterung der Wellen bietet die Verwendung der in einem regelmäßigen Muster angeordneten Strukturelemente eine bessere Kontrolle über die Filtereigenschaften des Filterelements und vereinfacht somit einen schmalbandigen Betrieb eines Radarsensors. Weiterhin bietet die Verwendung des in dem Abstrahlbereich des Radarsensors angeordneten Filterelements den Vorteil, dass ein schmalbandiger Betrieb des Radarsensors ermöglicht wird, ohne eine hardwareseitige Hochfrequenzfilterung anpassen zu müssen. Insbesondere ist es so möglich, bei mehreren Radarsensoreinrichtungen eines Kraftfahrzeuges, deren Radarsensoren bauartbedingt die dieselbe Frequenzbandbreite aufweisen, durch Anordnung unterschiedlicher Filterelemente in den Abstrahlbereichen die Eigenschaften der Radarsensoren anzupassen, so dass sich trotz der baugleichen Radarsensoren unterschiedliche, schmalbandige Betriebsbandbreiten der Radarsensoren ergeben.
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Die Filtereigenschaften des Filterelements werden durch die Filterstruktur bestimmt, welche durch die Form der Strukturelemente sowie durch deren Anordnung zueinander und/oder ihre Abstände zueinander an das gewünschte Filterverhalten des Filterelements angepasst werden können. Die Strukturelemente bilden ein Muster, welches aus einer periodischen Wiederholung eines oder mehrerer Strukturelemente gebildet ist. Durch die regelmäßige Struktur des auf einer Fläche angeordneten Musters werden gleichmäßige Filtereigenschaften über die Fläche erreicht. Die Fläche, auf der die Strukturelemente der Filterstruktur angeordnet sind, kann beispielsweise eine Ebene sein, oder eine gekrümmte Form, wie beispielsweise eine Kugelkalotte oder Ähnliches, aufweisen. Die auf dieser Fläche angeordneten Strukturelemente bestehen dabei insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Material. Bei der Fläche kann es sich beispielsweise um eine Oberfläche eines Trägerelements handeln. Es ist auch möglich, dass die Fläche nicht durch einen Körper gebildet wird, sondern abstrakt besteht, beispielsweise wenn die Strukturelemente nach einem Anordnen in dem Muster zur Bildung des Filterelements in ein Material eingegossen werden.
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Für die Strukturelemente kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sie aus Metall bestehen, insbesondere dass die Strukturelemente aus einer auf das Trägerelement aufgebrachten Metallschicht gefertigt sind. Insbesondere bei Strukturelementen, welche auf einer ebenen Fläche angeordnet sind, kann durch die Fertigung der Strukturelemente aus einer auf das Filterelement aufgebrachten Metallschicht die Herstellung der Filterstruktur vereinfacht werden. Zur Bildung der Strukturelemente aus der aufgebrachten Metallschicht können zum Beispiel in bekannter Art und Weise Lithographietechniken angewandt werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Strukturelemente ein Dipol, ein Tripol, ein Kreuz oder ein Polygon, insbesondere ein Dreieck, ein Viereck oder ein Sechseck sind. Als Dipol ist in diesem Zusammenhang ein streifenförmiges Strukturelement zu verstehen. Ein Tripol wird von drei Streifen gebildet, welche sternförmig von einem Mittelpunkt des Strukturelementes ausgehen. Ein polygonförmiges Strukturelement kann einen gefüllten Flächeninhalt aufweisen oder es kann vorgesehen sein, dass der Flächeninhalt des Polygons nicht ausgefüllt ist, sondern dass das Strukturelement aus mehreren aneinander anschließenden Kantensegmenten gebildet ist, wobei in der Mitte eine ungefüllte Fläche, das heißt kein Material des Strukturelementes, vorhanden ist. Grundsätzlich ist die Form der Strukturelemente nicht beschränkt und richtet sich im Wesentlichen nach den gewünschten Filtereigenschaften, welche das Filterelement aufweisen soll.
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Für die Filterstruktur kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sie auf einer Oberfläche des Filterelements angeordnet ist oder dass sie auf einer innerhalb des Filterelements verlaufenden Fläche angeordnet ist. Als eine innerhalb des Filterelements verlaufende Fläche kann beispielsweise eine Fläche aufgefasst werden, welche zwischen einem Trägerelement und einem an diesem anliegenden Abdeckelement, insbesondere als Kontaktfläche zwischen den beiden Elementen, gebildet wird. Eine innerhalb eines Filterelements verlaufende Fläche kann auch abstrakt sein, z. B. wenn die Strukturelemente zur Fertigung des Filterelements in einem Material eingegossen werden. Die Filterstruktur kann dann beispielsweise auf der Oberfläche des Trägerelements angeordnet werden, wobei auf die Oberfläche des Trägerelements anschließend ein Abdeckelement angeordnet wird. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Filterstruktur direkt auf der Oberfläche des Filterelements angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Filterelement derart angeordnet ist, dass die Filterstruktur senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse des Abstrahlbereichs angeordnet ist. Der Abstrahlbereich des Radarsensors kann die Form eines Kegels aufweisen, wobei eine Filterstruktur, welche in einer Ebene angeordnete Strukturelemente umfasst, senkrecht zu einer Mittelachse des Abstrahlbereichs angeordnet werden kann. Insbesondere bei einer Filterstruktur, welche auf einer gekrümmten Fläche angeordnete Strukturelemente umfasst, kann es vorgesehen sein, dass sie zumindest bereichsweise orthogonal zu der Abstrahlrichtung des Radarsensors angeordnet ist. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Filterelement innerhalb des gesamten Abstrahlbereichs orthogonal zu der Abstrahlrichtung des Radarsensors angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Filterstruktur einen Bandpassfilter darstellt, dessen Durchlassbereich zumindest teilweise mit einem Frequenzband, innerhalb dessen der Radarsensor betreibbar ist, überlappt und/oder dass die Filterstruktur einen Bandsperrfilter darstellt, dessen Sperrbereich zumindest teilweise mit einem Frequenzband, innerhalb dessen der Radarsensor betreibbar ist, überlappt. Der Durchlassbereich beschreibt dabei den Frequenzbereich, in welchem die Filterstruktur keinen oder nur eine geringe Dämpfung aufweist. Der Durchlassbereich entspricht somit dem Bereich, in welchem der von dem Filterelement abgedeckte Radarsensor durch das Filterelement hindurch senden beziehungsweise durch das Filterelement hindurch empfangen kann. Es ist auch möglich, dass die Filterstruktur in jeweils verschiedenen Frequenzbereichen ein Bandpassverhalten und ein Bandsperrverhalten aufweist, so dass ein Senden bzw. ein Empfangen in zwei getrennt liegenden Frequenzbändern möglich ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Radarsensor in einem Frequenzband zwischen 76 Gigahertz und 81 Gigahertz betreibbar ist und/oder dass der Radarsensor eine maximale Frequenzbandbreite von 4 Gigahertz aufweist. Durch das Filterelement kann dabei insbesondere eine Filterung derart erfolgen, dass die von dem Radarsensor durch das Filterelement abgestrahlte Bandbreite eine geringere Frequenzbandbreite als 4 Gigahertz aufweist. Gleiches gilt selbstverständlich für die Frequenzen, welche der hinter dem Filterelement angeordnete Radarsensor empfangen kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Radarsensoreinrichtung ein Karosseriebauteil umfasst und das Filterelement an dem Karosseriebauteil angeordnet ist oder dass das Filterelement ein Karosseriebauteil, insbesondere eine Stoßstange für ein Kraftfahrzeug, ist. Das Filterelement kann ein separates Trägerelement umfassen, auf welchem die Filterstruktur angeordnet ist. Dieses Trägerelement des Filterelements kann anschließend an einem Karosseriebauteil, insbesondere an einer Stoßstange, im Abstrahlbereich eines hinter dieser Stoßstange montierten Radarsensors angeordnet werden. Alternativ ist es möglich, dass das Karosseriebauteil selbst das Trägerelement bildet, wobei die die Filterstruktur bildenden Strukturelemente direkt auf dem Karosseriebauteil angeordnet und/oder aufgebracht sind.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es wenigstens eine erfindungsgemäße Radarsensoreinrichtung umfasst.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung,
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Filterelementes einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung, sowie
- 4 eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filterelements einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung.
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In 1 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst in seinem Frontbereich eine erfindungsgemäße Radarsensoreinrichtung, welche einen Radarsensor 2 umfasst, in dessen bezogen auf das Kraftfahrzeug nach vorne gerichteten Abstrahlbereich 3 ein Filterelement 4 der Radarsensoreinrichtung angeordnet ist. Das Filterelement 4 der Radarsensoreinrichtung ist an einer Frontstoßstange 5 des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet. Durch den Radarsensor 2 wird ein Vorfeld des Kraftfahrzeuges 1 erfasst. Der Radarsensor 2 kann dabei beispielsweise einen Teil einer Einparkhilfe, einer Totwinkelüberwachung, eines Precrash-Sensing-Systems und/oder einer Einrichtung für einen automatischen Stop-and-Go-Betrieb des Kraftfahrzeuges bilden. Selbstverständlich kann das Kraftfahrzeug 1 weitere erfindungsgemäße Radarsensoreinrichtungen umfassen, welche im Frontbereich, im Heckbereich oder auch an den Seiten des Kraftfahrzeuges angeordnet sein können.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung dargestellt. Der Radarsensor 2 der Radarsensoreinrichtung weist einen kegelförmigen Abstrahlbereich 3 mit der Mittelachse 6 auf. Das Filterelement 4 der Radarsensoreinrichtung ist orthogonal zu der Mittelachse 6 des Abstrahlbereichs 3 des Radarsensors 2 angeordnet. Das Filterelement 4 umfasst eine Filterstruktur, welche nachfolgend im Bezug zu 3 genauer beschrieben wird. Die Filterstruktur filtert einen Teil der Frequenzbandbreite des Radarsensors 2. Durch die Pfeile 7 werden hierbei vom Radarsensor 2 abgestrahlte Frequenzen bezeichnet, welche durch das Filterelement 4 absorbiert und/oder an diesem reflektiert werden, so dass sie nicht vom Radarsensor 2 aus durch das Filterelement 4 hindurch gelangen. Entsprechend werden durch die Pfeile 8 vom Radarsensor 2 ausgestrahlte Frequenzen symbolisiert, welche das Filterelement 4 ungedämpft oder nahezu ungedämpft passieren können. Von dem hinter dem Filterelement 4 angeordneten Radarsensor 2 können folglich auch nur Frequenzen empfangen werden, welche von dem Filterelement 4 nicht oder nicht wesentlich gefiltert werden.
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Der Radarsensor 2 kann beispielsweise in einem Frequenzband zwischen 76 Gigahertz und 81 Gigahertz betrieben werden und eine maximale Frequenzbandbreite von 4 Gigahertz aufweisen. Durch das Filterelement 4 kann die vom Radarsensor durch das Filterelement 4 hindurch abgestrahlte Frequenzbandbreite beziehungsweise die von dem Radarsensor 2 empfangene Frequenzbandbreite verkleinert werden. Durch den Einsatz verschiedener Filterelemente 4, welche jeweils einem von mehreren baugleichen Radarsensor 2 zugeordnet sind, kann bei einem Kraftfahrzeug 1, welches mehrere Radarsensoreinrichtungen umfasst, erreicht werden, dass trotz der baugleich ausgestalteten Radarsensoren 2 unterschiedliche Frequenzbänder der Radarsensoren 2 verwendet werden können.
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In 3 ist eine perspektivische Darstellung eines Filterelements 4 einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung 2 dargestellt. Das Filterelement 4 umfasst ein Trägerelement 9, auf dem mehrere Strukturelemente 13 in einem regelmäßigen, aus einer periodischen Wiederholung eines der Strukturelemente 13 gebildeten Muster 11 angeordnet sind. Die Strukturelemente 13 bestehen dabei aus Metall und sind auf der eine ebene Fläche 10 darstellenden Oberfläche des Trägerelements 9 angeordnet. Optional kann ein Abdeckelement 12 vorgesehen sein, welches an das Trägerelement 9 anschließt und die sich im Falle eines angeordneten Abdeckelements 12 nun auf einer innerhalb des Filterelements 4 liegenden Fläche 10 befindenden Strukturelemente 13 vor Beschädigungen schützt.
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Durch die Form der Strukturelemente 13 sowie durch die Form des durch die Anordnung der Strukturelemente 13 gebildeten Musters und durch die Abstände der einzelnen Strukturelemente 13 zueinander kann das Filterverhalten des Filterelementes 4 angepasst werden. Somit können die das Filterelement 4 passierenden Frequenzbereiche, symbolisiert durch die Pfeile 8, sowie die durch das Filterelement reflektierten und/oder absorbierten Frequenzbereiche, symbolisiert durch den Pfeil 7, durch die Gestaltung des aus den Strukturelementen 13 gebildeten Musters 11 angepasst werden.
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Die Strukturelemente 13 bestehen aus Metall können beispielsweise aus einer auf das Trägerelement 9 aufgebrachten Metallschicht mittels Lithographietechniken erzeugt werden. Alternativ zu der gezeigten Darstellung ist auch eine gekrümmte Ausbildung des Trägerelementes 9 möglich, wobei die Strukturelemente 13 in diesem Fall beispielsweise auf der gekrümmten Oberfläche des Trägerelementes 9 angeordnet sind. Bei Anordnung der Strukturelemente 13 an der gekrümmten Fläche ist es möglich, dass die Filterstruktur in dem gesamten Abstrahlbereich 3 oder zumindest in einem Teil des Abstrahlbereichs 3 orthogonal zu der Abstrahlrichtung des Radarsensors 2 angeordnet werden kann.
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In 4 ist eine Aufsicht auf ein Filterelement 4 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung dargestellt. Das Filterelement 4 umfasst zwei verschiedene Strukturelemente 14, 15, welche in Muster 11 durch eine periodische Wiederholung der Strukturelemente 14, 15 bilden. Das Muster 11 kann dabei beispielsweise als periodische Wiederholung einer Gruppe 16 von Strukturelementen 14, 15 aufgefasst werden. Neben der hier dargestellten dreieckigen Form der Strukturelemente 14, 15 sind selbstverständlich auch weitere Formen für die Strukturelemente möglich. Sowohl die Form der Strukturelemente 14, 15 als auch die Anzahl von Formen von verwendeten Strukturelementen 14, 15 sowie die Art der periodischen Wiederholung beziehungsweise die Zusammensetzung einer periodisch wiederholten Gruppe 16 kann beliebig gestaltet werden und richtet sich nach dem von dem Filterelement 4 gewünschten Filterverhalten. Grundsätzlich lassen sich durch die aus den Strukturelementen 13, 14, 15 gebildeten Filterstruktur verschiedene Filterverhalten des Filterelements 4 realisieren, wie beispielsweise ein Bandpassverhalten und/oder ein Bandsperrverhalten.
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Das Filterelement 4 kann bei einer Montage in einem Kraftfahrzeug 1 an ein Karosseriebauteil, beispielsweise an einer Stoßstange 5, angeordnet werden. Alternativ ist es möglich, dass die aus den Strukturelementen 13, 14, 15 gebildete Filterstruktur direkt auf das ein Trägerelement 9 des Filterelements 4 bildende Karosseriebauteil, wie beispielsweise der Stoßstange 5, aufgebracht wird. Das Karosseriebauteil mit der angeordneten oder aufgebrachten Filterstruktur 4 und dem zugeordneten Radarsensor 2 bildet eine erfindungsgemäße Radarsensoreinrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012025275 A1 [0006]
- DE 102011010861 A1 [0007]
- DE 102014213502 A1 [0008]
