DE102021111253A1 - Lens antenna with integrated interference filter structure - Google Patents

Lens antenna with integrated interference filter structure Download PDF

Info

Publication number
DE102021111253A1
DE102021111253A1 DE102021111253.2A DE102021111253A DE102021111253A1 DE 102021111253 A1 DE102021111253 A1 DE 102021111253A1 DE 102021111253 A DE102021111253 A DE 102021111253A DE 102021111253 A1 DE102021111253 A1 DE 102021111253A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lens antenna
interference filter
filter structure
signal
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021111253.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Sven Thomas
Alex Shoykhetbrod
Nils POHL
Christian Krebs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102021111253.2A priority Critical patent/DE102021111253A1/en
Priority to EP22169683.4A priority patent/EP4084224A1/en
Publication of DE102021111253A1 publication Critical patent/DE102021111253A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/08Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linsenantenne (300), die eine in die Linsenantenne integrierte Interferenzfilterstruktur (310) umfasst. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung für Radarmessungen. Die Vorrichtung umfasst eine Transceiver-Schaltung für ein Radarsignal. Die Transceiver-Schaltung umfasst einen Frequenzvervielfacher, der ausgebildet ist, um aus einer fundamentalen Frequenz eine Mittenfrequenz des Radarsignals zu generieren. Die Vorrichtung umfasst ferner eine mit der Transceiver-Schaltung (124) gekoppelte Linsenantenne (300). Die Linsenantenne (300) umfasst eine in die Linsenantenne (300) integrierte Interferenzfilterstruktur (310) umfasst, die ausgebildet ist, Signalanteile des Radarsignals um die fundamentale Frequenz abzuschwächen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer Linsenantenne (300). Das Verfahren umfasst ein Einformen einer Interferenzfilterstruktur (310) in eine Linsenantenne (300).The present invention relates to a lens antenna (300) comprising an interference filter structure (310) integrated into the lens antenna. The present invention also relates to a device for radar measurements. The device includes a transceiver circuit for a radar signal. The transceiver circuit includes a frequency multiplier that is designed to generate a center frequency of the radar signal from a fundamental frequency. The device further includes a lens antenna (300) coupled to the transceiver circuitry (124). The lens antenna (300) includes an interference filter structure (310) integrated into the lens antenna (300), which is designed to attenuate signal components of the radar signal by the fundamental frequency. The present invention further relates to a method of manufacturing a lens antenna (300). The method includes molding an interference filter structure (310) into a lens antenna (300).

Description

Technisches Gebiettechnical field

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Linsenantenne mit einer in die Linsenantenne integrierten Interferenzfilterstruktur, insbesondere für Radarmessungen. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Linsenantenne.Exemplary embodiments relate to a lens antenna with an interference filter structure integrated into the lens antenna, in particular for radar measurements. Further exemplary embodiments relate to a method for producing a lens antenna.

Hintergrundbackground

Radarbasierte Messsysteme gewinnen zunehmend an Bedeutung in verschiedenen Industrie-, Sicherheits- und Automobilanwendungen. Besonders in Industrieanwendungen unter rauen Bedingungen, wie in Hochöfen oder zur Füllstanderfassung, oder für zerstörungsfreie Prüfungen, Abstandsmessungen und Messungen in Werkzeugmaschinen, sowie in der hochauflösenden Bildgebung und Materialcharakterisierung ersetzen radarbasierte Messsysteme immer häufiger konventionelle Messsysteme. Um die steigenden Anforderungen an Genauigkeit und Auflösung zu erfüllen, sind höhere Frequenzen mit großen Modulationsbandbreiten notwendig. In der Vergangenheit waren III-V-Technologien wie Galliumarsenid (GaAs) die einzige Möglichkeit, Betriebsfrequenzen über 200 GHz zu erreichen. III-V-Technologien gehen allerdings mit hohen Produktionskosten und einem geringen Integrationsgrad einher. Damit sind diese Technologien weitestgehend zu ineffizient und unwirtschaftlich für großvolumige, kostengünstige Messsysteme. Dank jüngster Fortschritte in der Silizium-Germanium-Technologie (SiGe), sind damit ebenfalls Frequenzen über 200 GHz möglich bei gleichzeitig hohem Integrationsgrad und geringem Energieverbrauch. Die Si-Ge-Technologie ermöglicht somit eine kostengünstige Massenproduktion.Radar-based measurement systems are becoming increasingly important in various industrial, security and automotive applications. Especially in industrial applications under harsh conditions, such as in blast furnaces or for level detection, or for non-destructive testing, distance measurements and measurements in machine tools, as well as in high-resolution imaging and material characterization, radar-based measuring systems are increasingly replacing conventional measuring systems. In order to meet the increasing demands on accuracy and resolution, higher frequencies with large modulation bandwidths are necessary. In the past, III-V technologies such as gallium arsenide (GaAs) were the only way to reach operating frequencies above 200 GHz. However, III-V technologies are associated with high production costs and a low level of integration. As a result, these technologies are largely too inefficient and uneconomical for large-volume, cost-effective measuring systems. Thanks to recent advances in silicon-germanium technology (SiGe), frequencies above 200 GHz are also possible with a high degree of integration and low energy consumption at the same time. The Si-Ge technology thus enables cost-effective mass production.

Ein ultrakompakter, hochauflösender und hochgenauer SiGe-Transceiver für Radarmessungen kann beispielsweise zusammen mit On-Chip-Antennen auf einem MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) integriert sein. Eine Linsenantenne kann zusätzlich an dem MMIC angebracht sein, die das Radarsignal kollimiert und fokussiert. Um hohe Ausgangsfrequenzen in solchen MMICs zu erzeugen, wird etwa eine Multiplikationsstufe eingesetzt, die ein Grundsignal mit niedrigerer Frequenz, einer sogenannten fundamentalen Frequenz, vervielfacht. Das Grundsignal wird etwa in einem spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt. Die Multiplikationsstufe kann das Grundsignal unterdrücken, was aber nur begrenzt möglich ist. Es ist schwer, auf dem MMIC Filterstrukturen zu implementieren. Push-Push-Verdoppler können die fundamentale Frequenz in einer hohen Güte zumindest abschwächen. Dennoch kommt es teilweise zu einem Durchsprechen des Grundsignals im Ausgangssignal des Radarsensors. Bei einem FMCW-Betrieb des Radarmesssystems (Frequency Modulated Continuous Wave) kann dies wiederum zu Falschzielen im Empfangsspektrum des Radarsensors führen. Aufgrund von Mehrfachreflexionen in der Linsenantenne kann sich das Falschziel im Empfangsspektrum so überlagern, dass es vom tatsächlichen Ziel nicht zu unterscheiden ist. Ein Durchsprechen des Grundsignals bei Mischer-Konzepten kann auch die Signalqualität reduzieren. Meist sind die niederfrequenten harmonischen Frequenzanteile des Grundsignals in der Abstrahlungsleistung höher und erschweren oder verhindern unter Umständen eine behördliche Zulassung des Messsystems oder eine Einhaltung von EMV-Richtlinien (Elektromagnetische Verträglichkeit). So gelten beispielsweise für die Abstrahlung im Frequenzbereich um 240 GHz andere Zulassungsregularien als für 60 GHz oder 120 GHz.For example, an ultra-compact, high-resolution, and highly accurate SiGe transceiver for radar measurements can be integrated on an MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) together with on-chip antennas. A lens antenna can also be attached to the MMIC that collimates and focuses the radar signal. In order to generate high output frequencies in such MMICs, a multiplication stage is used, for example, which multiplies a basic signal with a lower frequency, a so-called fundamental frequency. The basic signal is generated in a voltage-controlled oscillator. The multiplication stage can suppress the basic signal, but this is only possible to a limited extent. It is difficult to implement filter structures on the MMIC. Push-push doublers can at least attenuate the fundamental frequency to a high degree. Nevertheless, the basic signal sometimes speaks through in the output signal of the radar sensor. In FMCW operation of the radar measurement system (Frequency Modulated Continuous Wave), this can in turn lead to false targets in the reception spectrum of the radar sensor. Due to multiple reflections in the lens antenna, the false target can overlap in the reception spectrum in such a way that it cannot be distinguished from the actual target. In the case of mixer concepts, speaking through the basic signal can also reduce the signal quality. In most cases, the low-frequency harmonic frequency components of the basic signal are higher in the radiated power and, under certain circumstances, make it difficult or even prevent official approval of the measuring system or compliance with EMC guidelines (electromagnetic compatibility). For example, different approval regulations apply to radiation in the frequency range around 240 GHz than to 60 GHz or 120 GHz.

Daher kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, ein verbessertes Filterkonzept, etwa für Radaranwendungen, zu schaffen.It can therefore be regarded as an object of the present invention to create an improved filter concept, for example for radar applications.

Zusammenfassungsummary

Die obengenannte Aufgabe kann mithilfe der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Offenbarung gelöst werden. Abhängige Ansprüche der vorliegenden Offenbarung können vorteilhafte Ausführungsbeispiele angeben.The above object can be achieved with the help of the independent claims of the present disclosure. Dependent claims of the present disclosure may specify advantageous embodiments.

Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Linsenantenne, umfassend eine in die Linsenantenne integrierte Interferenzfilterstruktur.According to a first aspect, the present invention relates to a lens antenna, comprising an interference filter structure integrated into the lens antenna.

Die Linsenantenne kann Teil eines Radarmesssystems sein. Die Interferenzfilterstruktur dient beispielweise einer Filterung unerwünschter Frequenzanteile eines Radarsignals. Die Linsenantenne kann Teil eines Empfänger- und/oder Sendersystems für elektromagnetische Wellen, etwa im Radio- und/oder Terahertzbereich, sein.The lens antenna can be part of a radar measurement system. The interference filter structure is used, for example, to filter undesired frequency components of a radar signal. The lens antenna can be part of a receiver and/or transmitter system for electromagnetic waves, for example in the radio and/or terahertz range.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Interferenzfilterstruktur Materialabschnitte unterschiedlicher Permittivität.In some exemplary embodiments, the interference filter structure includes material sections of different permittivity.

Da sich beispielweise das Radarsignal mit verschiedenen Geschwindigkeiten in den Materialabschnitten unterschiedlicher Permittivität ausbreitet, können die Materialabschnitte ausgebildet sein, eine Phasenverzögerung von 180° bei den unerwünschten Frequenzanteilen hervorzurufen.Since, for example, the radar signal propagates at different speeds in the material sections of different permittivity, the material sections can be designed to cause a phase delay of 180° in the undesired frequency components.

In manchen Ausführungsbeispielen weisen erste Materialabschnitte der Interferenzfilterstruktur ein erstes Dielektrikum und zweite Materialabschnitte der Interferenzfilterstruktur ein zweites Dielektrikum auf.In some embodiments, first portions of material of the interference filter structure include a first dielectric and second material cuts the interference filter structure on a second dielectric.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Interferenzfilterstruktur Erhöhungen und fluidgefüllte Vertiefungen in einem Material der Linsenantenne.In some embodiments, the interference filter structure includes ridges and fluid-filled valleys in a material of the lens antenna.

Die Erhöhungen können eine von den Vertiefungen verschiedene Permittivität aufweisen.The elevations can have a different permittivity than the depressions.

In manchen Ausführungsbeispielen verläuft die Interferenzfilterstruktur entlang einer Ellipsoidoberfläche um einen Speisepunkt für die Linsenantenne.In some embodiments, the interference filter structure runs along an ellipsoidal surface around a feed point for the lens antenna.

Dadurch kann ein am Speisepunkt abgestrahltes Signal, wie das Radarsignal, gleichförmig auf die Interferenzfilterstruktur auftreffen. In anderen Worten können Bereiche einer Wellenfront des Signals phasengleich auf die Interferenzfilterstruktur auftreffen. Das Signal breitet sich etwa kugelförmig ausgehend vom Speisepunkt aus. Der Speisepunkt ist beispielweise ein Abstrahlpunkt einer Patch-Antenne für das Radarsignal.As a result, a signal radiated at the feed point, such as the radar signal, can impinge uniformly on the interference filter structure. In other words, areas of a wave front of the signal can impinge on the interference filter structure in phase. The signal propagates approximately spherically, starting from the feed point. The feed point is, for example, a radiation point of a patch antenna for the radar signal.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Interferenzfilterstruktur entlang der Ellipsoidoberfläche Materialabschnitte unterschiedlicher Permittivität.In some exemplary embodiments, the interference filter structure includes material sections of different permittivity along the ellipsoid surface.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Interferenzfilterstruktur auf der Ellipsiodoberfläche beabstandete Erhöhungen.In some embodiments, the interference filter structure includes ridges spaced apart on the ellipsoid surface.

In manchen Ausführungsbeispielen sind die Erhöhungen zumindest teilweise ringförmig ausgebildet.In some exemplary embodiments, the elevations are at least partially ring-shaped.

In manchen Ausführungsbeispielen sind die Erhöhungen rotationssymmetrisch ausgebildet.In some exemplary embodiments, the elevations are designed to be rotationally symmetrical.

In manchen weiteren Ausführungsbeispielen sind die Erhöhungen spiegelymmetrisch ausgebildet sind.In some further exemplary embodiments, the elevations are mirror-symmetric.

In manchen Ausführungsbeispielen sind Zwischenräume zwischen den Erhöhungen mit Luft gefüllt.In some embodiments, spaces between the ridges are filled with air.

In manchen Ausführungsbeispielen entspricht eine Höhe der Erhöhungen c 0 2 × f × ( ε r ,1 ε r ,2 ) ,

Figure DE102021111253A1_0001
wobei c0 der Lichtgeschwindigkeit, f einer Frequenz eines unerwünschten Frequenzanteils, εr,1 einer Permittivität eines Materials der Erhöhungen und εr,2 einer Permittivität eines Materials der Zwischenräume entsprechen.In some embodiments, a height corresponds to the bumps c 0 2 × f × ( e right ,1 e right ,2 ) ,
Figure DE102021111253A1_0001
where c 0 corresponds to the speed of light, f to a frequency of an unwanted frequency component, ε r,1 to a permittivity of a material of the ridges and ε r,2 to a permittivity of a material of the gaps.

Die Erhöhungen und Zwischenräume können somit eine Phasenverzögerung von 180° zwischen Teilen des unerwünschten Frequenzanteils, die auf den Erhöhungen auftreffen, und Teilen des unerwünschten Frequenzanteils, die auf den Zwischenräumen auftreffen, hervorrufen. Dadurch kann die Interferenzfilterstruktur eine destruktive Interferenz hervorrufen und den unerwünschten Frequenzanteil filtern.The ridges and gaps can thus introduce a 180° phase lag between parts of the unwanted frequency component that impinge on the ridges and parts of the unwanted frequency component that impinge on the gaps. As a result, the interference filter structure can cause destructive interference and filter the unwanted frequency component.

In manchen Ausführungsbeispielen weist die Linsenantenne und/oder die Interferenzfilterstruktur Teflon, Harz und/oder ein Polymer auf.In some embodiments, the lens antenna and/or the interference filter structure comprises Teflon, resin and/or a polymer.

Harz oder Polymer können als Druckmaterialien eines additiven Fertigungsverfahren verwendet werden. Aufgrund des additiven Fertigungsverfahrens kann die Interferenzfilterstruktur mit Harz oder Polymer präziser geformte Konturen als mit Teflon aufweisen.Resin or polymer can be used as printing materials of an additive manufacturing process. Due to the additive manufacturing process, the interference filter structure can have more precisely shaped contours with resin or polymer than with Teflon.

Teflon kann mit herkömmlichen Fertigungsverfahren wie Drehen oder Fräsen bearbeitet werden. Teflon kann bessere Frequenzeigenschaften als Harz oder Polymer hinsichtlich der Verluste, auch zu höheren Frequenzen hin, aufweisen.Teflon can be machined using conventional manufacturing processes such as turning or milling. Teflon can have better frequency properties than resin or polymer in terms of losses, even towards higher frequencies.

In manchen Ausführungsbeispielen ist die Interferenzfilterstruktur ausgebildet, einen unerwünschten Frequenzanteil eines Signals im Radio- und/oder Terahertzbereich zu dämpfen.In some exemplary embodiments, the interference filter structure is designed to attenuate an unwanted frequency component of a signal in the radio and/or terahertz range.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst der unerwünschte Frequenzanteil eine fundamentale Frequenz eines Oszillators, wobei der Oszillator Teil einer Transceiverschaltung ist, die das Signal für die Linsenantenne bereitstellt.In some embodiments, the unwanted frequency component comprises a fundamental frequency of an oscillator, where the oscillator is part of a transceiver circuit that provides the signal for the lens antenna.

Die Transceiverschaltung ist beispielsweise Teil eines Radarmesssystems und ausgebildet, ein Radarsignal zu senden und zu empfangen. Andere Komponenten der Transceiverschaltung, etwa ein Frequenzvervielfacher, können die fundamentale Frequenz des Oszillators aufbereiten, also etwa verdoppeln.The transceiver circuit is part of a radar measurement system, for example, and is designed to transmit and receive a radar signal. Other components of the transceiver circuit, such as a frequency multiplier, can condition the fundamental frequency of the oscillator, i.e. double it.

In manchen Ausführungsbeispielen ist die Interferenzfilterstruktur ausgebildet, für einen unerwünschten Frequenzanteil eine destruktive Interferenz hervorzurufen.In some exemplary embodiments, the interference filter structure is designed to cause destructive interference for an unwanted frequency component.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Linsenantenne ferner einen ersten Teil und einen vom ersten Teil abnehmbaren zweiten Teil. Die Interferenzfilterstruktur kann mit dem ersten Teil einstückig ausgebildet sein und von dem ersten und zweiten Teil in einem zusammengesetzten Zustand umschlossen werden.In some embodiments, the lens antenna further includes a first part and a second part detachable from the first part. The interference filter structure may be integral with the first part and enclosed by the first and second parts in an assembled state.

Somit kann bei einer Fertigung der Linsenantenne die Interferenzfilterstruktur einfach in die Linsenantenne integriert werden.Thus, when manufacturing the lens antenna, the interference filter structure can be easily integrated into the lens antenna.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Linsenantenne ferner mindestens einen Befestigungsstift, der ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Teil der Linsenantenne miteinander formschlüssig zu verbinden.In some exemplary embodiments, the lens antenna further comprises at least one fastening pin which is designed to positively connect the first and the second part of the lens antenna to one another.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Interferenzfilterstruktur in einer radialen Richtung ausgehend von einem Speisepunkt für die Linsenantenne verschiedene dielektrische Materialschichten umfasst.In some exemplary embodiments, the interference filter structure comprises different dielectric material layers in a radial direction starting from a feed point for the lens antenna.

Beispielweise umfasst die Interferenzfilterstruktur damit einen Bragg-Filter, der einen unerwünschten Frequenzanteil eines Sendesignals filtern kann.For example, the interference filter structure thus includes a Bragg filter that can filter an unwanted frequency component of a transmission signal.

Gemäß einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung für Radarmessungen, die eine Transceiver-Schaltung für ein Radarsignal umfasst. Die Transceiver-Schaltung umfasst einen Frequenzvervielfacher, der ausgebildet ist, um aus einer fundamentalen Frequenz eine Mittenfrequenz des Radarsignals zu generieren. Die Vorrichtung umfasst ferner eine mit der Transceiver-Schaltung gekoppelte Linsenantenne. According to a second aspect, the present invention relates to a device for radar measurements, comprising a transceiver circuit for a radar signal. The transceiver circuit includes a frequency multiplier that is designed to generate a center frequency of the radar signal from a fundamental frequency. The device further includes a lens antenna coupled to the transceiver circuitry.

Die Linsenantenne umfasst eine in die Linsenantenne integrierte Interferenzfilterstruktur, die ausgebildet ist, Signalanteile um die fundamentale Frequenz abzuschwächen.The lens antenna includes an interference filter structure integrated into the lens antenna, which is designed to attenuate signal components around the fundamental frequency.

Der Frequenzvervielfacher ist beispielweise Teil einer Multiplikationsstufe zur Frequenzaufbereitung des Radarsignals. Der Frequenzvervielfacher kann die fundamentale Frequenz etwa verdoppeln. Für die Radarmessungen kann das Radarsignal in einer Frequenzbandbreite um die Mittenfrequenz moduliert werden.The frequency multiplier is, for example, part of a multiplication stage for frequency processing of the radar signal. The frequency multiplier can roughly double the fundamental frequency. For the radar measurements, the radar signal can be modulated in a frequency bandwidth around the center frequency.

Gemäß einem dritten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Linsenantenne. Das Verfahren umfasst ein Einformen einer Interferenzfilterstruktur in eine Linsenantenne.According to a third aspect, the present invention relates to a method of manufacturing a lens antenna. The method includes molding an interference filter structure into a lens antenna.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Einformen ein Anwenden eines additiven Fertigungsverfahren.In some embodiments, molding includes applying an additive manufacturing process.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das additive Fertigungsverfahren Stereolithografie und/oder selektives Lasersintern.In some embodiments, the additive manufacturing process includes stereolithography and/or selective laser sintering.

Weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung und des Verfahrens können verschiedene der im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Linsenantenne umfassen.Further embodiments of the apparatus and method may include various of the lens antenna embodiments described above.

Figurenlistecharacter list

Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen Querschnitt einer herkömmlichen Radarvorrichtung;
  • 2 einen Querschnitt einer herkömmlichen dielektrischen Filterplatte;
  • 3 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Linsenantenne;
  • 4a, b eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäße Linsenantenne in zwei weiteren Ausführungsformen;
  • 5a-d dielektrische Eigenschaften der Materialien FLGPCL03 und PA2200;
  • 6a, b einen Richtfaktor über verschiedene Abstrahlwinkel für eine Linsenantenne aus FLGPCL03 beziehungsweise PA2200;
  • 7a-c einen Spannungspegel eines empfangenen Radarsignals über verschiedene Entfernungen für eine Referenzantenne, eine Linsenantenne aus FLGPCL03 beziehungsweise PA2200.
Some examples of devices and/or methods are explained in more detail below with reference to the accompanying figures, merely by way of example. Show it:
  • 1 a cross section of a conventional radar device;
  • 2 a cross section of a conventional dielectric filter plate;
  • 3 a cross section of a lens antenna according to the invention;
  • 4a, b an exploded view of the lens antenna according to the invention in two further embodiments;
  • 5a-d dielectric properties of materials FLGPCL03 and PA2200;
  • 6a, b a directivity factor over different beam angles for a lens antenna from FLGPCL03 or PA2200;
  • 7a-c a voltage level of a received radar signal over different distances for a reference antenna, a lens antenna from FLGPCL03 and PA2200, respectively.

Beschreibungdescription

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.Various embodiments will now be described in more detail and with reference to the accompanying drawings, in which some embodiments are illustrated.

Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Möglichkeiten, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.Although example embodiments can be modified and altered in various ways, example embodiments are illustrated in the figures and are described in detail herein. It should be understood, however, that example embodiments are not intended to be limited to the precise forms disclosed, but rather that example embodiments are intended to cover all functional and/or structural possibilities, equivalents, and alternatives falling within the scope of the invention.

Eine Transceiver-Schaltung für ein Radarsignal kann einen Frequenzvervielfacher umfassen, der aus einem Grundsignal mit einer fundamentalen Frequenz eines Oszillators der Schaltung das Radarsignals generiert. Die Frequenz des Radarsignals kann ein Vielfaches der fundamentalen Frequenz betragen. Eine Linsenantenne kann an die Transceiver-Schaltung gekoppelt sein, um das Radarsignal, das etwa von On-Chip-Antennen oder anderen Antennenstrukturen abgestrahlt wird, zu fokussieren. Es kann notwendig sein, eine Abstrahlung unerwünschter Frequenzanteile des Radarsignals, etwa des Grundsignals des Oszillators, zu vermeiden, da sie zu Falschzielen oder Problemen bei der Frequenzzulassung und Einhaltung von EMV-Richtlinien führen kann. Daher kommen üblicherweise Filterstrukturen zum Einsatz.A transceiver circuit for a radar signal can include a frequency multiplier, which generates the radar signal from a basic signal with a fundamental frequency of an oscillator of the circuit. The frequency of the radar signal can be a multiple of the fundamental frequency. A lens antenna may be coupled to the transceiver circuitry to receive the radar signal, such as from on-chip antennas or other antennas structures is radiated to focus. It may be necessary to avoid emitting unwanted frequency components of the radar signal, such as the oscillator's fundamental signal, as they can lead to false targets or problems with frequency approvals and compliance with EMC guidelines. Therefore, filter structures are usually used.

Bekannt sind Hohlleiter, in die das Radarsignal eingekoppelt ist, und etwa durch Übertragungseigenschaften des Hohlleiters (Cut-Off-Frequenz) das Radarsignal auf gewünschte Weise anpassen. Zusätzlich können gängige Filterstrukturen in den Hohlleiter eingebracht sein. Außerdem sind Interferenzfilterplatten unterschiedlicher Permittivität oder mit geeigneter Strukturierung bekannt, die vor die On-Chip-Antenne oder die verwendete Antennenstruktur platziert werden. Durch Interferenz filtern sie die unerwünschten Frequenzanteile heraus. Die erwähnten Filterstrukturen können allerdings sperrig, kostenintensiv und schwer auszurichten sein.Waveguides are known, into which the radar signal is coupled and which adjust the radar signal in a desired manner, for example through the transmission properties of the waveguide (cut-off frequency). In addition, common filter structures can be introduced into the waveguide. In addition, interference filter plates of different permittivity or with a suitable structure are known, which are placed in front of the on-chip antenna or the antenna structure used. They use interference to filter out unwanted frequency components. However, the mentioned filter structures can be bulky, expensive and difficult to align.

Daher kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, ein verbessertes Konzept zur Filterung unerwünschter Frequenzanteile bereitzustellen.It can therefore be seen as an object of the present invention to provide an improved concept for filtering unwanted frequency components.

1 zeigt den Querschnitt einer konventionellen Radarvorrichtung 100, das ein Radarsignal erzeugt und abstrahlt. Die Radarvorrichtung 100 umfasst eine ellipsoide, massive Linsenantenne 110, die zusammen mit einem FMCW-Radar-Transceiver 120 auf einer Leiterplatte 130 angebracht ist. Die Linsenantenne 110 ist vor dem FMCW-Radar-Transceiver 120 angeordnet, sodass die Linsenantenne 110 und die Leiterplatte 130 den FMCW-Radar-Transceiver 120 umschließen. Der FMCW-Radar-Transceiver 120 umfasst ein Open-Cavity-QFN-Gehäuse 122 (Quad Flat No Leads) und einen an einer Innenseite des QFN-Gehäuses 122 angebrachten SiGe-Transceiver-MMIC 124 mit zwei On-Chip-Patch-Antennen 126. 1 Fig. 12 shows the cross section of a conventional radar device 100 which generates and radiates a radar signal. The radar device 100 includes an ellipsoidal solid lens antenna 110 mounted on a circuit board 130 along with an FMCW radar transceiver 120 . The lens antenna 110 is arranged in front of the FMCW radar transceiver 120 such that the lens antenna 110 and the circuit board 130 enclose the FMCW radar transceiver 120 . The FMCW radar transceiver 120 includes an open-cavity QFN package 122 (Quad Flat No Leads) and a SiGe transceiver MMIC 124 attached to an inside of the QFN package 122 with two on-chip patch antennas 126 .

Ein Grundsignal der Radarvorrichtung 100 wird beispielweise von einem spannungsgesteuerten Oszillator (nicht gezeigt) erzeugt, der eine fundamentale Frequenz von 112 GHz (Gigahertz) aufweist. Das Grundsignal kann auf zwei Pfade aufgeteilt werden, die jeweils einen Frequenzvervielfacher, hier ein Frequenzverdoppler, für einen TX- beziehungsweise RX-Pfad speisen. Da eine Ausgangsfrequenz des Radarsignals bis zu 250 GHz betragen kann, kann diese zu hoch sein, um die dazugehörigen Pfade über Bonddrähte anzuschließen. Daher kann es notwendig sein, die zwei Patch-Antennen 126 zum Senden und Empfangen des Radarsignals direkt auf dem Chip 124 zu integrieren. Die Linsenantenne 110 kann einer Fokussierung des Radarsignals dienen.A fundamental signal of the radar device 100 is generated, for example, by a voltage controlled oscillator (not shown) having a fundamental frequency of 112 GHz (gigahertz). The basic signal can be divided into two paths, each of which feeds a frequency multiplier, here a frequency doubler, for a TX or RX path. Since an output frequency of the radar signal can be up to 250 GHz, this can be too high to connect the associated paths via bonding wires. It may therefore be necessary to integrate the two patch antennas 126 directly on the chip 124 for transmitting and receiving the radar signal. The lens antenna 110 can be used to focus the radar signal.

Der PLL-stabilisierte Modulationsbereich (Phase-Locked Loop; Phasenregelschleife) des FMCW-Radar-Transceiver 120 kann von 198 GHz bis 250 GHz reichen, was zu einer FMCW-Rampenbandbreite von 52 GHz führt - geeignet für hochauflösende Radarmessungen. Durch eine Integration von HF-Komponenten auf dem SiGe-Transceiver-MMIC 124 kann es notwendig sein, lediglich niederfrequente Signalpfade über Bonddrähte zu verbinden. Dies kann einen Einbau des SiGe-Transceiver-MMIC 124 in das QFN-Gehäuse 122 ermöglichen, das wiederum auf der Leiterplatte 130 angebracht ist, beispielsweise eine Standard-FR-4-Leiterplatte.The phase-locked loop (PLL) stabilized modulation range of the FMCW radar transceiver 120 can be from 198 GHz to 250 GHz, resulting in an FMCW ramp bandwidth of 52 GHz - suitable for high-resolution radar measurements. By integrating HF components on the SiGe transceiver MMIC 124, it may be necessary to connect only low-frequency signal paths via bonding wires. This may allow the SiGe transceiver MMIC 124 to be built into the QFN package 122, which in turn is mounted on the circuit board 130, such as a standard FR-4 circuit board.

Die Leiterplatte 130 kann ein Frontend mit analoger Signalstabilisierung und einer ZF-Schaltung (Zwischenfrequenz-Schaltung) umfassen. Das Frontend kann mit einem Backend verbunden sein, das einen Referenz-Quarzoszillator, eine Stromversorgungsschaltung und einen Mikrocontroller umfassen kann. Der Mikrocontroller dient etwa einer Konfiguration, Datenverarbeitung und Datenübertragung von Messdaten. Dazu kann der Mikrocontroller abgetastete ZF-Daten über eine USB-Schnittstelle an einen Computer weitergeben. Der Mikrocontroller kann zusätzlich für eine Konfiguration von PLL-Chips zuständig sein.The circuit board 130 may include a front end with analog signal stabilization and IF (intermediate frequency) circuitry. The front end may be connected to a back end, which may include a reference crystal oscillator, power supply circuitry, and a microcontroller. The microcontroller is used, for example, for configuration, data processing and data transmission of measurement data. To do this, the microcontroller can forward sampled IF data to a computer via a USB interface. The microcontroller can also be responsible for configuring PLL chips.

Die Radarvorrichtung 100 kann also ein Ausgangssignal mit einer Mittenfrequenz von 224 GHz erzeugen, indem ein Frequenzverdoppler ein Grundsignal eines spannungsgesteuerten Oszillators mit einer fundamentalen Frequenz von 112 GHz verdoppelt. Dieses Konzept zur Signalerzeugung kann unter einem parasitären Durchsprechen des Grundsignals durch die Frequenzverdoppler leiden. Dann kann neben dem gewünschten, verdoppelten Ausgangssignal das Grundsignal mit abgestrahlt werden. Somit kann für ein echtes Ziel der Radarmessungen ein Falschziel auf der halben Distanz im Reichweitenspektrum auftauchen, was zu einer Mehrdeutigkeit bei einer Entfernungsbestimmung führen kann. Da das Durchsprechen nicht allein auf Chipebene, etwa durch eine bessere Frequenzverdoppler-Topologie und -Schaltung, vollständig unterdrückt werden kann, kann eine externe Filterstruktur Abhilfe schaffen.That is, the radar device 100 can generate an output signal with a center frequency of 224 GHz by using a frequency doubler to double a fundamental signal of a voltage controlled oscillator with a fundamental frequency of 112 GHz. This signal generation concept can suffer from parasitic feedthrough of the fundamental signal through the frequency doublers. Then, in addition to the desired, doubled output signal, the basic signal can also be emitted. Thus, for a real target of the radar measurements, a false target can appear at half the distance in the range spectrum, which can lead to ambiguity when determining the distance. Since the talk-through cannot be completely suppressed at the chip level alone, for example with a better frequency doubler topology and circuit, an external filter structure can help.

Wie in 2 dargestellt, kann beispielsweise eine dielektrische Filterplatte 200 zum Einsatz kommen. 2 zeigt einen Querschnitt der Filterplatte 200. Die Senderichtung 210 zeigt an, wie sich ein Radarsignal, das von einem Transceiver wie der Radarvorrichtung 100 kommt, durch die Filterplatte 200 hindurch ausbreitet. Dementsprechend wäre die hier nicht gezeigte Radarvorrichtung 100 beispielsweise links von der Filterplatte 200 angeordnet. Die Filterplatte 200 weist Längsschlitze 220 auf. Eine Tiefe der Längsschlitze 220 kann ausgebildet sein, bei einem Grundsignal um eine fundamentale Frequenz eine Phasendifferenz von λ/2 (180°) zwischen Anteilen 230 des Grundsignals, die auf die Längsschlitze 220 auftreffen, und Anteilen 240 des Grundsignals, die auf die zu den Längsschlitzen 220 korrespondierenden Erhöhungen auftreffen, hervorzurufen. Dadurch kann es zu einer destruktiven Interferenz kommen. Das heißt, das Grundsignal um die fundamentale Frequenz kann abgeschwächt werden. Die Tiefe der Längsschlitze lässt sich mithilfe folgender Gleichung 1 bestimmen. Gleichung 1: d = c 0 2 × f × ( ε r ,1 ε r ,2 ) ,

Figure DE102021111253A1_0002
wobei d der Tiefe, c0 der Lichtgeschwindigkeit, f der fundamentalen Frequenz, εr,1 einer Permittivität eines Materials der Erhöhungen und εr,2 einer Permittivität eines Materials Längsschlitze (z.B. Luft) entsprechen. Bei einem Ausgangssignal 250 der Radarvorrichtung 100, das eine gewünschte, etwa doppelte so hohe Frequenz wie die fundamentale Frequenz aufweist, kann ein Passieren der Längsschlitze und Erhöhungen eine Phasendifferenz von λ (360°) hervorrufen. Somit sind dazugehörige Anteile des Ausgangssignals 250 phasengleich und überlagern sich konstruktiv. Da es sich bei der Filterplatte 200 um eine externe Komponente handelt, die vor einem Radarsensor platziert werden kann, kann sie eine funktionale, aber sperrige Lösung sein. Außerdem kann es notwendig sein, die Filterplatte 200 manuell auszurichten, was einen Implementierungsaufwand erhöhen kann.As in 2 shown, for example, a dielectric filter plate 200 can be used. 2 12 shows a cross-section of the filter plate 200. The transmit direction 210 indicates how a radar signal coming from a transceiver such as the radar device 100 propagates through the filter plate 200. FIG. Accordingly, radar device 100 (not shown here) would be arranged to the left of filter plate 200, for example. The filter plate 200 has longitudinal slits 220 . A depth of the longitudinal slits 220 can be formed, for a fundamental signal, around a fundamental Fre frequency to induce a phase difference of λ/2 (180°) between portions 230 of the fundamental signal impinging on the longitudinal slots 220 and portions 240 of the fundamental signal impinging on the ridges corresponding to the longitudinal slots 220. This can lead to destructive interference. That is, the fundamental signal around the fundamental frequency can be attenuated. The depth of the longitudinal slots can be determined using Equation 1 below. Equation 1: i.e = c 0 2 × f × ( e right ,1 e right ,2 ) ,
Figure DE102021111253A1_0002
where d corresponds to the depth, c 0 to the speed of light, f to the fundamental frequency, ε r,1 to a permittivity of a material of the elevations and ε r,2 to a permittivity of a material longitudinal slits (eg air). For an output signal 250 of the radar device 100 having a desired frequency about twice the fundamental frequency, passing through the longitudinal slits and ridges can cause a phase difference of λ (360°). Thus, associated portions of the output signal 250 are in phase and constructively superimpose. Because the filter plate 200 is an external component that can be placed in front of a radar sensor, it can be a functional but bulky solution. Additionally, it may be necessary to manually align the filter plate 200, which may increase implementation effort.

Die vorliegende Erfindung kann also als Ziel haben, eine Alternative zu den oben beschriebenen Konzepten zu bieten.The present invention may therefore aim to offer an alternative to the concepts described above.

3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Linsenantenne 300 mit einer in die Linsenantenne 300 integrierte Interferenzfilterstruktur 310. Die Linsenantenne 300 kann eine Antenne sein, die ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen mit Frequenzen im Radio- oder/und Terahertzbereich zu fokussieren, ähnlich wie bei einer optischen Linse für Licht. Dafür kann die Linsenantenne 300 die elektromagnetischen Wellen in einem Inneren der Linsenantenne 300 bei einem Materialübergang beugen. Für die Beugung der elektromagnetischen Wellen kann die Linsenantenne 300 zumindest teilweise aus einem oder mehreren Dielektrika (etwa Harz, Polymer oder Teflon) und/oder einem oder mehreren Verbundstoffen aus zumindest einem Dielektrikum bestehen. Die Linsenantenne 300 kann ellipsoidförmig ausgebildet sein, um die Beugung der Wellen an Innenwänden der Linsenantenne 300 hin zu einem Brennpunkt 330 zu ermöglichen. Der Brennpunkt 330 kann sich in einem Inneren der Linsenantenne 300 befinden. Die Dielektrika und/oder Verbundstoffe der Linsenantenne 300 können verschiedene dielektrische Leitfähigkeiten (Permittivitäten) und Brechungsindizes aufweisen, die eine Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im Inneren der Linsenantenne 300 beeinflussen. Die elektromagnetischen Wellen können ein Signal eines Sendersystems sein, das die elektromagnetischen Wellen als Freiraumwellen über Speiseantennen abstrahlt. Zumindest teilweise kann sich das Signal ausgehend von einem Speisepunkt 320 der Linsenantenne 300 annähernd kugelförmig in der Linsenantenne 300 ausbreiten. Der Speisepunkt 320 kann sich in einem Inneren der Linsenantenne 300 befinden. Die Linsenantenne 320 kann auch mehrere Speisepunkte aufweisen, etwa im Fall eines Arrays aus Speiseantennen. Das Signal kann an den Innenwänden der Linsenantenne 300 oder bei anderen Materialübergängen in der Linsenantenne 300 (wenn die Linsenantenne 300 beispielweise verschiedene Materialien aufweist) gebeugt werden und wird von dem Brennpunkt 330 der Linsenantenne 300 aus fokussiert in eine Umgebung oder an ein Empfängersystem ausgesendet. Die Linsenantenne 300 kann Teil des Sendersystems, des Empfängersystems oder eines kombinierten Sender-/Empfängersystems mit Sende- und Empfangsantennen sein. Die Linsenantenne 300 kann also ein ausgehendes Signal eines Sendesystems, ein eingehendes Signal eines Empfängersystems oder sowohl ein ausgehendes und ein eingehendes Signal fokussieren. Beispielweise kann es sich im Fall eines Sender-/Empfängersystems um eine Transceiver-Schaltung einer Radarvorrichtung, etwa Radarvorrichtung 100, handeln. 3 shows a cross section of a lens antenna 300 according to the invention with an interference filter structure 310 integrated into the lens antenna 300. The lens antenna 300 can be an antenna which is designed to focus electromagnetic waves with frequencies in the radio and/or terahertz range, similar to an optical lens for Light. For this, the lens antenna 300 can bend the electromagnetic waves in an inside of the lens antenna 300 at a material transition. For the diffraction of the electromagnetic waves, the lens antenna 300 can consist at least in part of one or more dielectrics (such as resin, polymer or Teflon) and/or one or more composites of at least one dielectric. The lens antenna 300 may be ellipsoidal in shape to allow diffraction of waves at inner walls of the lens antenna 300 toward a focal point 330 . The focal point 330 can be located in an interior of the lens antenna 300 . The dielectrics and/or composites of lens antenna 300 may have different dielectric conductivities (permittivities) and refractive indices that affect propagation of the electromagnetic waves inside lens antenna 300 . The electromagnetic waves can be a signal from a transmitter system, which emits the electromagnetic waves as free-space waves via feed antennas. Starting from a feed point 320 of the lens antenna 300, the signal can propagate at least partially in the lens antenna 300 in an approximately spherical manner. The feeding point 320 can be located in an interior of the lens antenna 300 . Lens antenna 320 may also have multiple feed points, such as in the case of an array of feed antennas. The signal can be diffracted at the inner walls of the lens antenna 300 or at other material transitions in the lens antenna 300 (e.g. if the lens antenna 300 comprises different materials) and is emitted from the focal point 330 of the lens antenna 300 in a focused manner into an environment or to a receiver system. The lens antenna 300 can be part of the transmitter system, the receiver system, or a combined transmitter/receiver system with transmit and receive antennas. Thus, the lens antenna 300 can focus an outgoing signal of a transmission system, an incoming signal of a receiving system, or both an outgoing signal and an incoming signal. For example, in the case of a transceiver system, it may be transceiver circuitry of a radar device, such as radar device 100 .

Die Interferenzfilterstruktur 310 kann sich zumindest teilweise über eine Ebene im Inneren der Linsenantenne 300 erstrecken. Die Interferenzfilterstruktur 310 kann Materialabschnitte aus verschiedenen Dielektrika und/oder Verbundstoffen aufweisen. Die Interferenzfilterstruktur 310 kann entlang einer Ellipsoidoberfläche um den Speisepunkt 320 gekrümmt sein. Die Interferenzfilterstruktur 310 kann entlang der Ellipsoidoberfläche die verschiedenen Materialabschnitte aufweisen. Die verschiedenen Materialabschnitte können als verschiedene Materialstärken ausgebildet sein, das heißt, als Erhöhungen und Vertiefungen in einem oder mehreren Materialien der Interferenzfilterstruktur 310. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Materialabschnitte etwa als verschiedene dielektrische Schichten entlang einer Achse 340 durch den Speisepunkt 320 und Brennpunkt 330 der Linsenantenne 300 ausgebildet sein. Die Interferenzfilterstruktur 310 kann eine Phasenverzögerung bei unerwünschten Frequenzanteilen des Signals hervorrufen, sodass sich ein mehr phasenverzögerter Teil der unerwünschten Frequenzanteile mit einem weniger phasenverzögerten Teil der unerwünschten Frequenzanteilen destruktiv überlagern und somit die unerwünschten Frequenzanteile abgeschwächt werden. Beispielweise können die verschiedenen Materialabschnitte aufgrund unterschiedlicher Permittivitäten der Materialabschnitte die Phasenverzögerung zumindest eines Teils der unerwünschten Frequenzanteile hervorrufen.The interference filter structure 310 can extend at least partially over a plane inside the lens antenna 300 . The interference filter structure 310 can have material sections made of different dielectrics and/or composites. The interference filter structure 310 may be curved around the feed point 320 along an ellipsoidal surface. The interference filter structure 310 can have the different material sections along the ellipsoid surface. The different material sections can be designed as different material thicknesses, i.e. as elevations and depressions in one or more materials of the interference filter structure 310. Alternatively or additionally, the material sections can be configured as different dielectric layers along an axis 340 through the feed point 320 and focal point 330 of the Lens antenna 300 may be formed. The interference filter structure 310 can introduce a phase delay at undesired frequency components of the signal, so that a more phase-delayed part of the undesired frequency components interfere destructively with a less phase-delayed part of the undesired frequency components and thus the undesired frequency components are attenuated. For example, the different material sections due to different permittivities of the material sections Cause phase delay of at least part of the unwanted frequency components.

Die Interferenzfilterstruktur 310 kann näher am Speisepunkt 320 oder davon weiter entfernt als in 3 dargestellt angeordnet sein. Ein Abstand der Interferenzfilterstruktur 310 zum Speisepunkt 320 kann so angepasst sein, dass einerseits das Signal möglichst phasengleich an der Interferenzfilterstruktur 310 ankommt (also nah am Speisepunkt 320) und andererseits die Interferenzfilterstruktur 310 gut zu fertigen ist (also in einem gewissen Abstand zum Speisepunkt 320). Die Linsenantenne 300 kann mehrteilig ausgebildet sein, um eine Integration der Interferenzfilterstruktur 310 in ein Material der Linsenantenne 300 zu erleichtern.The interference filter structure 310 can be closer to the feed point 320 or farther away than in FIG 3 be arranged shown. A distance between the interference filter structure 310 and the feed point 320 can be adjusted such that on the one hand the signal arrives at the interference filter structure 310 in the same phase as possible (i.e. close to the feed point 320) and on the other hand the interference filter structure 310 can be easily manufactured (i.e. at a certain distance from the feed point 320). . The lens antenna 300 can have a multi-part design in order to facilitate integration of the interference filter structure 310 into a material of the lens antenna 300 .

4a und 4b zeigen eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Linsenantenne 300 in zwei weiteren Ausführungsformen. Die ovoide Linsenantenne 300 wird in zwei Teilen, einem oberen Teil 410 und einem unteren Teil 420, dargestellt, um die mit dem Teil 420 einstückig ausgebildete Interferenzfilterstruktur 310a beziehungsweise 310b sichtbar zu machen. Die Interferenzfilterstrukturen 310a und 310b verlaufen entlang einer Ellipsoidoberfläche um einen Speisepunkt eines Radarsignals. Der Speisepunkt kann etwa auf einer On-Chip-Antenne (nicht gezeigt), etwa On-Chip-Antenne 126, einer Radarvorrichtung, etwa Radarvorrichtung 100, angeordnet sein. Der Speisepunkt kann sich auf einer Achse 430 der Linsenantenne 300 befinden. Geht man davon aus, dass Wellenfronten des Radarsignals sich annähernd kugelförmig vom Speisepunkt aus ausbreiten, können die Wellenfronten phasengleich auf die Interferenzfilterstruktur 310a beziehungsweise 310b treffen. Die Ellipsoidoberfläche kann also annähernd als Sphäre ausgebildet sein. Die in 4a dargestellte Interferenzfilterstruktur 310a weist (mindestens) drei auf der Ellipsoidoberfläche schlitzförmige, „lineare“ Vertiefungen 440 und (mindestens) drei dazu korrespondierende Erhöhungen 450 auf. Die Vertiefungen 440 können entlang von Längenkreisen auf der Ellipsoidoberfläche verlaufen. Die zu den Längenkreisen gehörigen Pole können außerhalb der Linsenantenne 300 angeordnet sein, (bei Verlängerung) die Vertiefungen 332a zusammenlaufen würden. Die Vertiefungen 440 können spiegelsymmetrisch zu einer Ebene ausgebildet sein, wobei die Ebene von einer Achse 460 und der Achse 430 aufgespannt wird. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Interferenzfilterstruktur 310a mehr oder weniger als die hier dargestellten Vertiefungen 440 und Erhöhungen 450 umfassen. Die in 4b dargestellte Interferenzfilterstruktur 310b weist drei auf der Ellipsoidoberfläche zur Achse 430 rotationssymmetrische, ringförmige („zirkuläre“) Vertiefungen 440 und vier dazu korrespondierende Erhöhungen 450 auf. Das untere Teil 420 der Linsenantenne 300 kann Befestigungsstifte 470 (hier vier Befestigungsstifte) aufweisen, mit denen das untere Teil 420 mit dem oberen Teil 410 formschlüssig verbunden werden kann. Die Vertiefungen 440 können mit Luft oder einem anderen Fluid gefüllt sein. Eine Tiefe der Vertiefungen 440 kann gemäß Gleichung 1 berechnet werden, um nach einem ähnlichen Prinzip wie bei der Filterplatte 200 eine destruktive Interferenz bei einem unerwünschten Frequenzanteil des Radarsignals hervorzurufen, einen erwünschten Frequenzanteil hingegen nahezu unverändert zu lassen oder konstruktiv zu überlagern. Eine Breite der Vertiefungen 440 oder Erhöhungen 450 kann etwa mithilfe von Simulationen einer Wellenausbreitung des Radarsignals für eine Form der Linsenantenne 300 und der Interferenzfilterstruktur 310 sowie für eine Wellenlänge des unerwünschten Frequenzanteils ermittelt werden. Die Linsenantenne 300 kann etwa die Linsenantenne 110 der Radarvorrichtung 100 ersetzen. Auf diesen Fall beziehen sich nachfolgende Simulationen und Messungen. Die Linsenantenne 300 kann aber auch mit beliebigen anderen Empfänger- und/oder Sendersystemen, die eine Linsenantenne und eine Filterstruktur erfordern, kombiniert werden. Beispielsweise kann die Linsenantenne 300 für eine Empfängerschaltung eingesetzt werden, die ein Signal im Terahertzbereich oder elektromagnetische Signale in anderen Frequenzbereichen empfängt. Genauso kann die Linsenantenne 300 für eine Senderschaltung oder eine Transceiver-Schaltung eingesetzt werden, die in anderen als die hier erwähnten Frequenzbereichen betrieben wird. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Interferenzfilterstruktur der Linsenantenne 300 andere Formen aufweisen, die dem besagten Interferenzprinzip folgen. Beispielweise kann die Interferenzfilterstruktur entlang der Achse 430 Materialschichten unterschiedlicher Permittivität aufweisen und damit ähnlich einem Bragg-Filter den unerwünschten Frequenzanteil durch destruktive Interferenz auslöschen. 4a and 4b show an exploded view of the lens antenna 300 according to the invention in two further embodiments. The ovoid lens antenna 300 is shown in two parts, a top part 410 and a bottom part 420, to reveal the interference filter structures 310a and 310b integral with the part 420, respectively. The interference filter structures 310a and 310b run along an ellipsoidal surface around a feed point of a radar signal. The feed point may be located on an on-chip antenna (not shown), such as on-chip antenna 126, of a radar device, such as radar device 100, for example. The feed point can be on an axis 430 of the lens antenna 300 . If one assumes that wave fronts of the radar signal propagate approximately spherically from the feed point, the wave fronts can impinge on the interference filter structure 310a or 310b in phase. The ellipsoidal surface can thus be formed approximately as a sphere. In the 4a The interference filter structure 310a shown has (at least) three slot-shaped, “linear” depressions 440 on the ellipsoid surface and (at least) three elevations 450 corresponding thereto. The indentations 440 may run along meridians on the ellipsoidal surface. The poles associated with the meridians may be located outside the lens antenna 300 (when lengthened) the indentations 332a would converge. The depressions 440 can be mirror-symmetrical to a plane, the plane being spanned by an axis 460 and the axis 430 . In other exemplary embodiments, the interference filter structure 310a can include more or fewer depressions 440 and elevations 450 than are illustrated here. In the 4b The interference filter structure 310b shown has three annular (“circular”) depressions 440 that are rotationally symmetrical to the axis 430 on the ellipsoid surface and four elevations 450 that correspond thereto. The lower part 420 of the lens antenna 300 can have fastening pins 470 (here four fastening pins) with which the lower part 420 can be positively connected to the upper part 410 . The depressions 440 can be filled with air or another fluid. A depth of the depressions 440 can be calculated according to Equation 1 in order to cause destructive interference at an undesired frequency component of the radar signal according to a principle similar to the filter plate 200, while leaving a desired frequency component almost unchanged or superimposing it constructively. A width of the depressions 440 or elevations 450 can be determined, for example, using simulations of a wave propagation of the radar signal for a shape of the lens antenna 300 and the interference filter structure 310 and for a wavelength of the undesired frequency component. The lens antenna 300 can replace the lens antenna 110 of the radar device 100, for example. The following simulations and measurements refer to this case. However, the lens antenna 300 can also be combined with any other receiver and/or transmitter systems that require a lens antenna and a filter structure. For example, the lens antenna 300 can be used for a receiver circuit that receives a signal in the terahertz range or electromagnetic signals in other frequency ranges. Likewise, the lens antenna 300 can be used for a transmitter circuit or a transceiver circuit that is operated in frequency ranges other than those mentioned here. In other embodiments, the interference filter structure of the lens antenna 300 can have other forms that follow said interference principle. For example, the interference filter structure can have material layers of different permittivity along the axis 430 and thus, similar to a Bragg filter, eliminate the unwanted frequency component through destructive interference.

Während die konventionelle Linsenantenne 110 aus einem massiven PTFE-Körper gefräst sein kann, kann die Linsenantenne 300 mit den integrierten Interferenzfilterstrukturen 310a, 310b zu komplex für ein mechanisches Fertigungsverfahren sein. Daher kann es von Vorteil sein, die Interferenzfilterstrukturen 310a, 310b mittels additiver Fertigungsverfahren, etwa Stereolithografie oder Selektivem Lasersintern, herzustellen.While the conventional lens antenna 110 may be machined from a solid PTFE body, the lens antenna 300 with the integrated interference filter structures 310a, 310b may be too complex for a mechanical manufacturing process. It can therefore be advantageous to produce the interference filter structures 310a, 310b using additive manufacturing methods, such as stereolithography or selective laser sintering.

Additive Fertigungsverfahren sind eine Umschreibung für Fertigungsverfahren, bei dem ein Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut wird. Im Gegensatz zu den konventionellen Fertigungsverfahren, bei denen das Werkstück durch selektives Entfernen von Material aus einem Rohling gefertigt wird, wird bei additiven Fertigungsverfahren Material selektiv hinzugefügt. Dies kann die Herstellung sehr komplexer Formen ermöglichen.Additive manufacturing processes are a description of manufacturing processes in which a workpiece is built up layer by layer. In contrast to conventional manufacturing processes, in which the workpiece is manufactured by selectively removing material from a blank, additive manufacturing processes add material selectively. This can enable the production of very complex shapes.

Bei der Stereolithografie (SLA) kommt ein UV-Licht-empfindliches Flüssigharz als Basismaterial zum Einsatz. Ein UV-Laser mit einer spiegelbasierten Abtasteinheit bearbeitet das Basismaterial mittels selektiver Photopolymerisation. Der UV-Laser tastet eine Oberfläche des Werkstücks entlang eines Pfades auf einer Plattform ab. Der Pfad wird mit einer Slicer-Software vorgegeben. Sobald ein Laserstrahl des UV-Lasers auf das Flüssigharz trifft, erstarrt es sofort. Wenn eine Schicht des Werkstücks vollständig polymerisiert ist, wird sie aus dem Flüssigharz herausgenommen. Nach einem vollständigen Fertigen aller Schichten des Werkstücks wird es in eine UV-Kammer gelegt, um es auszuhärten. In Geometrien des Werkstücks, die sich von einem Grundkörper des Werkstücks weg erstrecken, also in überhängenden Komponenten des Werkstücks, treten während der Polymerisation Spannungen auf. Damit die Spannungen keine Verformungen und Bröckelungen in dem erstarrten Harz hervorrufen, werden Stützstrukturen verwendet, die in einem Nachbearbeitungsschritt wieder entfernt werden.In stereolithography (SLA), a UV light-sensitive liquid resin is used as the base material. A UV laser with a mirror-based scanning unit processes the base material using selective photopolymerization. The UV laser scans a surface of the workpiece along a path on a platform. The path is specified using slicer software. As soon as a laser beam from the UV laser hits the liquid resin, it solidifies immediately. When a layer of the workpiece is fully polymerized, it is taken out of the liquid resin. After all layers of the workpiece are fully fabricated, it is placed in a UV chamber to cure it. In geometries of the workpiece that extend away from a base body of the workpiece, ie in overhanging components of the workpiece, stresses occur during the polymerization. So that the stresses do not cause deformations and crumbling in the solidified resin, support structures are used, which are removed again in a post-processing step.

Beim Selektiven Lasersintern (SLS) wird im Gegensatz zur SLA ein Polymerpulver mithilfe eines Blade Coaters über eine Plattform verteilt. Eine Infrarot-Wärmelampe erwärmt das Pulver bis knapp unterhalb der Schmelztemperatur. Ein Kohlendioxidlaser verschmilzt Partikel des Pulvers, indem er sie selektiv über den Schmelzpunkt erhitzt. Ein Prozessschritt wird durch Absenken der Plattform um eine Schicht abgeschlossen. Dann kommt ein nächster Prozessschritt und der Prozesszyklus wiederholt sich, bis alle Schichten des Werkstücks aufgebaut sind. Das fertige Werkstück wird entnommen und von unbearbeitetem Pulver gereinigt. SLS kann den Vorteil haben, dass das Werkstück in das unbearbeitete Pulver eingearbeitet wird und folglich keine Stützstrukturen für überhängende Komponenten des Werkstücks erforderlich sind.In contrast to SLA, in selective laser sintering (SLS) a polymer powder is distributed over a platform using a blade coater. An infrared heat lamp heats the powder to just below the melting point. A carbon dioxide laser fuses particles of the powder by selectively heating them above the melting point. A process step is completed by lowering the platform by one layer. Then comes a next process step and the process cycle repeats itself until all layers of the workpiece have been built up. The finished workpiece is removed and cleaned of unprocessed powder. SLS can have the advantage of incorporating the workpiece into the raw powder and consequently eliminating the need for support structures for overhanging components of the workpiece.

Diese zwei additiven Fertigungsverfahren können verwendet werden, um die Linsenantenne 300 mit integrierter Interferenzfilterstruktur 310a, 310b zu fertigen. Zunächst können elektromagnetische Eigenschaften der jeweiligen Materialien der additiven Fertigungsverfahren bestimmt werden. Um Materialparameter zu bestimmen, kann etwa eine MCK-Messvorrichtung der Firma Swissto12 SA verwendet werden. Eine messtechnische Auswertung kann auf einer quasi-geführten Freiraumwellenmethode basieren. Der dementsprechende Messaufbau umfasst zwei Hohlleiter und einen flachen Prüfling aus dem jeweiligen Material. Eine Riffelung an Innenwänden der Hohlleiter kann eine ebene Wellenfront erzeugen, so dass eine ausgekoppelte Welle am Ende des Hohlleiters die gesamte Oberfläche des Prüflings phasengleich abdeckt. Der Prüfling kann dabei eine gesamte Apertur des Hohlleiters abdecken. Eine Dielektrizitätskonstante und ein dielektrischer Verlust der Prüflinge können anhand von gemessenen Streuparametern mit einem Kurvenanpassungsalgorithmus bestimmt werden. Die Dielektrizitätskonstante kann für eine gegebene Probendicke des Prüflings so lange variiert werden, bis Transmissions- und Reflexionskurven möglichst übereinstimmen. Da die Materialien nicht magnetisch sind, kann eine Permeabilität der Materialien als 1 angenommen werden. Für SLA und SLS können Standardmaterialien wie klares Harz „FLGPCL03“ beziehungsweise „PA2200“ (PA12) verwendet werden. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Linsenantenne 300 aus einem anderen Material als die hier angeführten Materialien gefertigt. Die Linsenantenne 300 kann auch aus Teflon gefertigt werden und mit eine herkömmlichen Fertigungsverfahren bearbeitet werden, um die Interferenzfilterstruktur, etwa Interferenzfilterstruktur 310a oder 310b, in die Linsenantenne 300 zu integrieren.These two additive manufacturing methods can be used to manufacture the lens antenna 300 with an integrated interference filter structure 310a, 310b. First, electromagnetic properties of the respective materials of the additive manufacturing process can be determined. An MCK measuring device from Swissto12 SA can be used to determine material parameters. A metrological evaluation can be based on a quasi-guided free space wave method. The corresponding measurement setup includes two waveguides and a flat test piece made of the respective material. A corrugation on the inner walls of the waveguide can generate a flat wave front, so that a decoupled wave at the end of the waveguide covers the entire surface of the test object in phase. The test object can cover an entire aperture of the waveguide. A dielectric constant and a dielectric loss of the specimens can be determined from measured scattering parameters using a curve fitting algorithm. The dielectric constant can be varied for a given sample thickness of the test object until the transmission and reflection curves match as closely as possible. Since the materials are not magnetic, a permeability of the materials can be assumed to be 1. Standard materials such as clear resin "FLGPCL03" and "PA2200" (PA12) respectively can be used for SLA and SLS. In other embodiments, the lens antenna 300 is made of a different material than the materials listed here. The lens antenna 300 can also be made of Teflon and processed using a conventional manufacturing process to integrate the interference filter structure, such as interference filter structure 310a or 310b, into the lens antenna 300.

5a und 5b zeigen dielektrische Eigenschaften eines Prüflings aus FLGPCL03. 5c und 5d zeigen dielektrische Eigenschaften eines Prüflings aus PA2200. 5a und 5c zeigen dabei einen Verlauf einer Permittivität über die untersuchten Frequenzen und 5b und 5d zeigen einen Verlauf eines Verlustfaktors über die untersuchten Frequenzen des jeweiligen Materials. Dafür wurde jeweils ein quadratischer Prüfling mit FLGPCL03 beziehungsweise PA2200 der Größe 40x40x4 mm3 (Kubikmillimeter) mittels SLA und SLS gedruckt, um die dielektrischen Parameter der Prüflinge zu extrahieren. Messungen der dielektrischen Parameter wurden im V-Band durchgeführt, da eine Messeinrichtung für das Y-Band nicht zur Verfügung stand. Für eine weitere Auswertung wurden Werte für die dielektrischen Parameter aus den Messungen im V-Band auch im Y-Band verwendet. 5a and 5b show dielectric properties of a test piece made of FLGPCL03. 5c and 5d show the dielectric properties of a test specimen made of PA2200. 5a and 5c show a course of a permittivity over the examined frequencies and 5b and 5d show the course of a loss factor over the examined frequencies of the respective material. For this purpose, a square test piece with FLGPCL03 or PA2200 of size 40x40x4 mm 3 (cubic millimeters) was printed using SLA and SLS in order to extract the dielectric parameters of the test pieces. Measurements of the dielectric parameters were carried out in the V-band since a measuring device for the Y-band was not available. For a further evaluation, values for the dielectric parameters from the measurements in the V-band were also used in the Y-band.

6a und 6b zeigen Simulationsergebnisse eines Richtfaktors über verschiedene Abstrahlwinkel eines unerwünschten Frequenzanteils mit einer fundamentalen Frequenz von 112 GHz. Es werden die Simulationsergebnisse jeweils für beide, oben beschriebene Ausführungsformen der Linsenantenne 300 mit Interferenzfilterstruktur 310a und 310b aus PA2200 beziehungsweise FLGPCL03 dargestellt. Als Vergleich wird jeweils eine herkömmliche Referenzlinse 610 beziehungsweise 620 ohne Interferenzfilterstruktur aus dem jeweiligen Material herangezogen. Die Referenzlinsen 610 und 620 können einen simulierten Richtfaktor von 31 dBi (Dezibel bezogen auf einen Isotropstrahler) für beide Materialien aufweisen. Bei den Simulationen des Richtfaktors wurde nicht der Wirkungsgrad der Antenne berücksichtigt, der durch die Materialverluste beeinflusst wird. In Hauptstrahlrichtung kann für beide Interferenzfilterstrukturen 310a und 310b eine erhebliche Abnahme des Richtfaktors beobachtet werden, was auf eine gute Filterwirkung hinweisen kann. Die SLSgedruckte PA2200-Version der Linsenantenne 300 kann eine simulierte Unterdrückung von etwa -33 dB (Dezibel) für die Interferenzfilterstruktur 310a und -30 dB für die Interferenzfilterstruktur 310b im Vergleich zu den Referenzlinsen 610 und 620 aufweisen. Für die SLA-gedruckte FLGPCL03-Version der Linsenantenne 300 kann sich eine simulierte Unterdrückung von -32 dB für die Interferenzfilterstruktur 310a und -21 dB für die Interferenzfilterstruktur 310b ergeben. 6a and 6b show simulation results of a directivity factor over different radiation angles of an unwanted frequency component with a fundamental frequency of 112 GHz. The simulation results are shown for each of the two above-described embodiments of lens antenna 300 with interference filter structure 310a and 310b from PA2200 and FLGPCL03, respectively. A conventional reference lens 610 or 620 without an interference filter structure made of the respective material is used as a comparison. The reference lenses 610 and 620 can have a simulated directivity of 31 dBi (decibels referenced to an isotropic radiator) for both materials. The simulations of the directivity factor did not take into account the efficiency of the antenna, which is influenced by the material losses. In the main beam direction, for both interference filter structures 310a and 310b, a significant decrease in the directional factor can be observed, which can indicate a good filter effect. The SLS-printed PA2200 version of the lens antenna 300 can have a simulated rejection of about -33 dB (decibels) for the interference filter structure 310a and -30 dB for the interference filter structure 310b compared to the reference lenses 610 and 620. For the SLA-printed FLGPCL03 version of the lens antenna 300, a simulated rejection of -32 dB for the interference filter structure 310a and -21 dB for the interference filter structure 310b can result.

In Hauptstrahlrichtung (bei 0°) schneidet in diesem Beispiel die Interferenzfilterstruktur 310a am besten ab, allerdings treten außerhalb der Hauptstrahlrichtung größere Nebenkeulen auf als bei der Interferenzfilterstruktur 310b. In diesem Beispiel liegt aber für PA2200 der Richtfaktor in den Nebenkeulen mit -5 dB bei Interferenzfilterstruktur 310a und mit -15 dB bei Interferenzfilterstruktur 310b unter dem Hauptkeulenrichtfaktor der Referenzantenne 610. In diesem Beispiel liegt für FLGPCL03 der Richtfaktor in den Nebenkeulen mit -5 dB bei Interferenzfilterstruktur 310a und -12 dB bei Interferenzfilterstruktur 310b ebenfalls unter dem Hauptkeulenrichtfaktor der Referenzantenne 620.In the main beam direction (at 0°), the interference filter structure 310a performs best in this example, although larger side lobes occur outside of the main beam direction than with the interference filter structure 310b. In this example, however, the directivity factor in the side lobes for PA2200 is -5 dB for interference filter structure 310a and -15 dB for interference filter structure 310b below the main lobe directivity factor of reference antenna 610. In this example, for FLGPCL03 the directivity factor in the side lobes is -5 dB Interference filter structure 310a and -12 dB with interference filter structure 310b also below the main lobe directivity factor of the reference antenna 620.

Um den oben beschriebenen Ansatz zu validieren, wurden Radarmessungen mit einem festen Reflektor als Ziel durchgeführt. Im Folgenden wird die Radarmessung beschrieben, was Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht auf die angegebenen Werte für eine Länge der Antenne oder Verluste beschränken soll. Der Reflektor wurde in 0,6 m (Meter) Abstand vor dem Radar-Transceiver 120 platziert. 7a-c zeigen einen Spannungspegel (in dBV; Dezibel bezogen auf 1 Volt) eines empfangenen Radarsignals über verschiedene Entfernungen (auf der horizontalen Achse; in Meter) für eine PTFE-Referenzantenne ( 7a), für die Linsenantenne 300 aus PA2200 mit Interferenzfilterstruktur 310a und 310b (7b) beziehungsweise für die Linsenantenne 300 aus FLGPCL03 mit Interferenzfilterstruktur 310a und 310b (7c). Wie in 7a gezeigt, tritt bei den Messungen mit der PTFE-Referenzantenne das Falschziel 710 im halben Abstand von 0,3 m auf. Mehrfachreflexionen 720 innerhalb der Referenzantenne zeigen sich als Peaks hinter dem echten Ziel 730 und im Nahbereich. In 7b und 7c erscheint bei den Messungen mit den beiden Ausführungsformen 310a und 310b der Linsenantenne 300 kein Falschziel 710 im halben Abstand, das heißt, es wurde erfolgreich herausgefiltert. Die Amplitude des Zielpeaks 730 fällt deutlich geringer aus, was hauptsächlich auf dielektrische Verluste im Material zurückgeführt werden kann. Eine geometrische Länge der Referenzantenne kann 41 mm (Millimeter) betragen. Eine geometrische Länge der Linsenantenne 300 aus PA2200 kann 38 mm und die der Linsenantenne aus FLGPCL03 36 mm betragen. Daraus kann sich ein Verlust bei einen Radarbetrieb, bei dem das Radarsignal die jeweilige Antenne zweimal passieren muss, von -0,3 dB für der Referenzantenne, von -19 dB für die PA2200-Version der Linsenantenne 300 und von -33 dB für die FLGPCL03-Version der Linsenantenne 300 ergeben. Innerhalb des Linsenmaterials können sich aufgrund der Interferenzfilterstruktur 310a und 310b zusätzliche dielektrische Verluste von -7 dB für die Interferenzfilterstruktur 310a und -14 dB für die Interferenzfilterstruktur 310b ergeben, jeweils in der PA2200-Version. Die zusätzlichen Verluste können -11 dB für die Interferenzfilterstruktur 310a und -12 dB für die Interferenzfilterstruktur 310b ergeben, jeweils in der FLGPCL03-Version. Die Verluste für die Interferenzfilterstruktur 310b sind in diesem Beispiel etwas höher als die für die Interferenzfilterstruktur 310a. Dies kann auf einen Fertigungsprozess zurückzuführen sein, da die Linsenantenne 300 mit Interferenzfilterstruktur 310a etwa in einem Stück gedruckt werden kann, während es für die Linsenantenne 300 mit Interferenzfilterstruktur 310b notwendig sein kann, sie in zwei Teilen (310, 320) zu drucken, um unbearbeitetes Pulver aus den Vertiefungen 332b zu entfernen. Das unbearbeitete Pulver kann in diesem Fall ansonsten bei einem einstückigen Druck im Inneren der Linsenantenne 300 eingeschlossen sein. Die beide Teile 310 und 320 können anschließend zusammengesetzt werden, wodurch ein kleiner Luftspalt zwischen ihnen entstehen kann, der weitere Verluste verursacht.To validate the approach described above, radar measurements were performed with a fixed reflector as the target. The radar measurement is described below, which is not intended to limit exemplary embodiments of the present invention to the specified values for a length of the antenna or losses. The reflector was placed in front of the radar transceiver 120 at a distance of 0.6 m (meters). 7a-c show a voltage level (in dBV; decibels referenced to 1 volt) of a received radar signal over various distances (on the horizontal axis; in meters) for a PTFE reference antenna ( 7a) , for the lens antenna 300 made of PA2200 with interference filter structure 310a and 310b ( 7b) or for the lens antenna 300 from FLGPCL03 with interference filter structure 310a and 310b ( 7c ). As in 7a shown, the false target 710 occurs in the measurements with the PTFE reference antenna at half the distance of 0.3 m. Multiple reflections 720 within the reference antenna show up as peaks behind the true target 730 and at close range. In 7b and 7c no false target 710 appears at half the distance in the measurements with the two embodiments 310a and 310b of the lens antenna 300, that is to say it was successfully filtered out. The amplitude of the target peak 730 is significantly lower, which can mainly be attributed to dielectric losses in the material. A geometric length of the reference antenna can be 41 mm (millimeters). A geometric length of the lens antenna 300 made of PA2200 can be 38 mm and that of the lens antenna made of FLGPCL03 can be 36 mm. This can result in a loss of -0.3 dB for the reference antenna, -19 dB for the PA2200 version of the lens antenna 300 and -33 dB for the FLGPCL03 in radar operation where the radar signal has to pass the respective antenna twice -Version of the lens antenna 300 yield. Due to the interference filter structure 310a and 310b, additional dielectric losses of -7 dB for the interference filter structure 310a and -14 dB for the interference filter structure 310b can result within the lens material, each in the PA2200 version. The additional losses can result in -11 dB for the interference filter structure 310a and -12 dB for the interference filter structure 310b, both in the FLGPCL03 version. In this example, the losses for the interference filter structure 310b are slightly higher than those for the interference filter structure 310a. This may be due to a manufacturing process, as the lens antenna 300 with interference filter structure 310a can be printed approximately in one piece, while the lens antenna 300 with interference filter structure 310b may need to be printed in two parts (310, 320) to obtain unprocessed to remove powder from the recesses 332b. In this case, the unprocessed powder may otherwise be sealed inside the lens antenna 300 at an integral pressure. The two parts 310 and 320 can then be put together, which can create a small air gap between them, causing further losses.

Je nach Konzept der Signalerzeugung können moderne Radarsensoren unter einem Durchsprechen des Grundsignals um eine fundamentale Frequenz leiden. Dies kann zu Falschzielen im Entfernungsspektrum und damit zu einer Mehrdeutigkeit bei der Zielerfassung führen. Die vorliegende Erfindung schlägt daher eine Linsenantenne mit einer in die Linsenantenne integrierten Interferenzfilterstruktur vor. Die Interferenzfilterstruktur kann unerwünschte Signalanteile herausfiltern und damit Falschziele vermeiden, was zuverlässige und robuste Messungen in industriellen Messanwendungen ermöglicht. Zwei Ausführungsbeispiele der Interferenzfilterstruktur wurden beispielhaft demonstriert. Bei der Wahl der Interferenzfilterstruktur kann es notwendig sein, einen Kompromiss zwischen Durchlassunterdrückung und Höhe der Nebenkeulen zu finden. Außerdem wurde vorgeschlagen, die gezeigten Interferenzfilterstrukturen mittels additiver Fertigungsverfahren zu drucken. In den beschriebenen Messungen zeigte sich, dass Polyamid für den SLS-Druck die bessere Wahl bezüglich dielektrischer Verluste im Vergleich zum Photopolymer-Harz des SLA-Drucks sein kann, wobei letzteres hingegen die günstigere Wahl sein kann.Depending on the concept of signal generation, modern radar sensors can suffer from the fundamental signal leaking through at a fundamental frequency. This can lead to false targets in the range spectrum and thus to an ambiguity in target acquisition. The present invention therefore proposes a lens antenna with an interference filter structure integrated into the lens antenna. The interference filter structure can filter out unwanted signal components and thus avoid false targets, which enables reliable and robust measurements in industrial measurement applications. Two embodiments of the interference filter structure have been demonstrated by way of example. When choosing the interference filter structure, it may be necessary to find a compromise between transmission rejection and sidelobe levels. It was also proposed to print the interference filter structures shown using additive manufacturing processes. The measurements described showed that polyamide for SLS printing can be the better choice in terms of dielectric losses compared to the photopolymer resin of SLA printing, whereas the latter can be the cheaper choice.

Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.The aspects and features described together with one or more of the previously detailed examples and figures can also be combined with one or more of the other examples to replace a same feature of the other example or to add the feature to the other example to introduce

Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.The following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, with each claim being able to stand on its own as a separate example. It should also be noted that although a dependent claim in the claims refers to a particular combination with one or more other claims, other examples may also include a combination of the dependent claim with the subject-matter of any other dependent or independent claim. Such combinations are hereby explicitly proposed, unless it is stated in individual cases that a specific combination is not intended. Furthermore, features of a claim are also intended to be included for any other independent claim, even if that claim is not directly defined as dependent on that other independent claim.

Claims (20)

Linsenantenne (300), umfassend eine in die Linsenantenne (300) integrierte Interferenzfilterstruktur (310).Lens antenna (300), comprising an interference filter structure (310) integrated into the lens antenna (300). Linsenantenne (300) gemäß Anspruch 1, wobei die Interferenzfilterstruktur (310) Materialabschnitte unterschiedlicher Permittivität umfasst.Lens antenna (300) according to claim 1 , wherein the interference filter structure (310) comprises material sections of different permittivity. Linsenantenne (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei erste Materialabschnitte der Interferenzfilterstruktur (310) ein erstes Dielektrikum und zweite Materialabschnitte der Interferenzfilterstruktur (310) ein zweites Dielektrikum aufweisen.Lens antenna (300) according to one of the preceding claims, wherein first material sections of the interference filter structure (310) have a first dielectric and second material sections of the interference filter structure (310) have a second dielectric. Linsenantenne (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Interferenzfilterstruktur (310) Erhöhungen (450) und fluidgefüllte Vertiefungen (440) in einem Material der Linsenantenne (300) umfasst.A lens antenna (300) according to any one of the preceding claims, wherein the interference filter structure (310) comprises ridges (450) and fluid-filled depressions (440) in a material of the lens antenna (300). Linsenantenne (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Interferenzfilterstruktur (310) entlang einer Ellipsoidoberfläche um einen Speisepunkt (320) für die Linsenantenne (300) verläuft.A lens antenna (300) as claimed in any preceding claim, wherein the interference filter structure (310) extends along an ellipsoidal surface around a feed point (320) for the lens antenna (300). Linsenantenne (300) gemäß Anspruch 5, wobei die Interferenzfilterstruktur (310) entlang der Ellipsoidoberfläche Materialabschnitte unterschiedlicher Permittivität umfasst.Lens antenna (300) according to claim 5 , wherein the interference filter structure (310) comprises material sections of different permittivity along the ellipsoid surface. Linsenantenne (300) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Interferenzfilterstruktur (310) auf der Ellipsiodoberfläche beabstandete Erhöhungen (450) umfasst.Lens antenna (300) according to any one of Claims 5 or 6 wherein the interference filter structure (310) comprises ridges (450) spaced apart on the ellipsoid surface. Linsenantenne (300) gemäß Anspruch 7, wobei die Erhöhungen (450) zumindest teilweise ringförmig ausgebildet sind.Lens antenna (300) according to claim 7 , wherein the elevations (450) are at least partially ring-shaped. Linsenantenne (300) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Erhöhungen (450) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.Lens antenna (300) according to claim 7 or 8th , wherein the elevations (450) are rotationally symmetrical. Linsenantenne (300) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Erhöhungen (450) spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.Lens antenna (300) according to claim 7 or 8th , wherein the elevations (450) are mirror-symmetrical. Linsenantenne (300) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei eine Höhe der Erhöhungen (450) c 0 2 × f × ( ε r ,1 ε r ,2 )
Figure DE102021111253A1_0003
entspricht, wobei c0 der Lichtgeschwindigkeit, f einer Frequenz eines unerwünschten Frequenzanteils, εr,1 einer Permittivität eines Materials der Erhöhungen (450) und εr,2 einer Permittivität eines Materials von zu den Erhöhungen (450) korrespondierenden Zwischenräumen (440) entsprechen.
Lens antenna (300) according to any one of Claims 4 until 10 , where an amount of increases (450) c 0 2 × f × ( e right ,1 e right ,2 )
Figure DE102021111253A1_0003
where c 0 corresponds to the speed of light, f to a frequency of an undesired frequency component, ε r,1 to a permittivity of a material of the ridges (450) and ε r,2 to a permittivity of a material of the ridges (450) corresponding spaces (440). .
Linsenantenne (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenantenne (300) und/oder die Interferenzfilterstruktur (310) Teflon, Harz und/oder ein Polymer aufweisen.A lens antenna (300) as claimed in any preceding claim, wherein the lens antenna (300) and/or the interference filter structure (310) comprises teflon, resin and/or a polymer. Linsenantenne (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Interferenzfilterstruktur (310) ausgebildet ist, einen unerwünschten Frequenzanteil eines Signals im Radio- und/oder Terahertzbereich zu dämpfen.Lens antenna (300) according to one of the preceding claims, wherein the interference filter structure (310) is designed to attenuate an unwanted frequency component of a signal in the radio and/or terahertz range. Linsenantenne (300) gemäß Anspruch 13, wobei der unerwünschte Frequenzanteil eine fundamentale Frequenz eines Oszillators umfasst, wobei der Oszillator Teil einer Transceiver-Schaltung (124) ist, die das Signal für die Linsenantenne (300) bereitstellt.Lens antenna (300) according to Claim 13 , wherein the unwanted frequency component comprises a fundamental frequency of an oscillator, the oscillator being part of a transceiver circuit (124) which provides the signal for the lens antenna (300). Linsenantenne (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen ersten Teil (420) und einen vom ersten Teil (420) abnehmbaren zweiten Teil (410), wobei die Interferenzfilterstruktur (310) mit dem ersten Teil (420) einstückig ausgebildet ist und in einem zusammengesetzten Zustand von dem ersten und zweiten Teil (410, 420) umschlossen wird.A lens antenna (300) according to any one of the preceding claims, further comprising a first part (420) and a second part (410) detachable from the first part (420), the interference filter structure (310) being integrally formed with the first part (420) and in an assembled state, is enclosed by the first and second parts (410, 420). Linsenantenne (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Interferenzfilterstruktur (310) in einer radialen Richtung (330) ausgehend von einem Speisepunkt (320) für die Linsenantenne (300) verschiedene dielektrische Materialschichten umfasst.Lens antenna (300) according to any one of Claims 1 until 3 , wherein the interference filter structure (310) in a radial direction (330) starting from a feed point (320) for the lens antenna (300) comprises various dielectric material layers. Vorrichtung für Radarmessungen, umfassend eine Transceiver-Schaltung (124) für ein Radarsignal, wobei die Transceiver-Schaltung (124) einen Frequenzvervielfacher umfasst, der ausgebildet ist, um aus einer fundamentalen Frequenz eine Mittenfrequenz des Radarsignals zu generieren, eine mit der Transceiver-Schaltung (124) gekoppelte Linsenantenne (300), wobei die Linsenantenne (300) eine in die Linsenantenne (300) integrierte Interferenzfilterstruktur (310) umfasst, die ausgebildet ist, Signalanteile des Radarsignals um die fundamentale Frequenz abzuschwächen.Apparatus for radar measurements, comprising a transceiver circuit (124) for a radar signal, the transceiver circuit (124) comprising a frequency multiplier which is designed to generate a center frequency of the radar signal from a fundamental frequency, a lens antenna (300) coupled to the transceiver circuit (124), the lens antenna (300) comprising an interference filter structure (310) integrated into the lens antenna (300) and designed to attenuate signal components of the radar signal around the fundamental frequency. Verfahren zur Herstellung einer Linsenantenne (300), umfassend Einformen einer Interferenzfilterstruktur (310) in eine Linsenantenne (300).A method of manufacturing a lens antenna (300) comprising molding an interference filter structure (310) into a lens antenna (300). Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Einformen ein Anwenden eines additiven Fertigungsverfahren umfasst.procedure according to Claim 18 , wherein the molding includes applying an additive manufacturing process. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das additive Fertigungsverfahren Stereolithografie und/oder selektives Lasersintern umfasst.procedure according to claim 19 , wherein the additive manufacturing process comprises stereolithography and/or selective laser sintering.
DE102021111253.2A 2021-04-30 2021-04-30 Lens antenna with integrated interference filter structure Pending DE102021111253A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021111253.2A DE102021111253A1 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Lens antenna with integrated interference filter structure
EP22169683.4A EP4084224A1 (en) 2021-04-30 2022-04-25 Lens antenna with integrated interference filter structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021111253.2A DE102021111253A1 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Lens antenna with integrated interference filter structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021111253A1 true DE102021111253A1 (en) 2022-11-03

Family

ID=81386810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021111253.2A Pending DE102021111253A1 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Lens antenna with integrated interference filter structure

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4084224A1 (en)
DE (1) DE102021111253A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10033259A1 (en) 2000-07-10 2002-02-14 Univ Braunschweig Tech Optical component
DE10151501A1 (en) 2000-10-18 2002-08-01 Murata Manufacturing Co Multi-layer dielectric molding and lens antenna using the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG156528A1 (en) * 2002-08-20 2009-11-26 Aerosat Corp Communication system with broadband antenna
WO2005034291A1 (en) * 2003-10-03 2005-04-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dielectric lens, dielectric lens device, design method for dielectric lens, production method for dielectric lens and transmission/reception device
DE102004037907A1 (en) * 2004-08-05 2006-03-16 Robert Bosch Gmbh Radar sensor for motor vehicles
DE102012003948B4 (en) * 2012-03-01 2014-04-17 Krohne Messtechnik Gmbh According to the radar principle working level measuring system
CN110824592B (en) * 2018-08-07 2021-12-21 京东方科技集团股份有限公司 Lens assembly, terahertz wave tomography system, terahertz wave tomography method and filter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10033259A1 (en) 2000-07-10 2002-02-14 Univ Braunschweig Tech Optical component
DE10151501A1 (en) 2000-10-18 2002-08-01 Murata Manufacturing Co Multi-layer dielectric molding and lens antenna using the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
THOMAS, S. u.a.: A SiGe-Based 240-GHz FMCW Radar System for High-Resolution Measurements. In: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 67, No. 11, November 2019, S. 4599-4609

Also Published As

Publication number Publication date
EP4084224A1 (en) 2022-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2901110B1 (en) Fill level measurement device
DE112004001821T5 (en) Dielectric lens, dielectric lens device, dielectric lens design method, manufacturing method, and transmission lens of a dielectric lens
EP3105554B1 (en) Determining a topology of the surface of a material filled into a container
DE112009001121T5 (en) A method of measuring a radiated power, a coupler for measuring a radiated power, and a device for measuring a radiated power
DE60114825T2 (en) Antenna with thread-like conductive structures
DE60214755T2 (en) Horn antenna for a level measuring device
DE112015005575T5 (en) MICROWAVE ANTENNA DEVICE, UNIT AND MANUFACTURING METHOD
EP2631993A1 (en) Dielectric antenna and fill level measuring device operating according to the radar principle
DE10040943A1 (en) Device for determining the level of a product in a container
DE10023497A1 (en) Microwave-type level gauge for industrial applications, is equipped with a plate for positioning the microwave generator
EP3017280B1 (en) Antenna assembly for a fill-level measuring device
EP3492881A1 (en) Printed circuit board for use in a radar fill level measuring device with hollow wire coupling
DE112007001465T5 (en) Method and device for high-frequency radiation measurement
DE102017114686A1 (en) Electronic component for sending and receiving radar signals
DE102017112894A1 (en) High-frequency component, in particular for radar applications
EP2683022B1 (en) Gas tight wave guide coupling, high frequency module, filling level radar and use
DE10051297A1 (en) Microwave level measurement device has microwave generator, transmit and receive antennas, reception and evaluation circuit that determines level from transition time of microwaves
WO2014090565A1 (en) Fill state measuring device
DE102021111253A1 (en) Lens antenna with integrated interference filter structure
EP3450931B1 (en) Hollow line coupling for a fill level radar
EP3165883B1 (en) Fill level radar sensor with shielding
EP3256824B1 (en) Device having two coupling elements for determining and monitoring a fill level
EP3955376A1 (en) Waveguide coupling device for a radar sensor
DE102009055345A1 (en) antenna
DE69907948T2 (en) DIELECTRIC LAMINATED REFLECTOR FOR PARABOLA

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication