DE102021116537A1 - Radar proximity sensor - Google Patents

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DE102021116537A1
DE102021116537A1 DE102021116537.7A DE102021116537A DE102021116537A1 DE 102021116537 A1 DE102021116537 A1 DE 102021116537A1 DE 102021116537 A DE102021116537 A DE 102021116537A DE 102021116537 A1 DE102021116537 A1 DE 102021116537A1
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DE102021116537.7A
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Inventor
Gerold Dillmann
Stefan Zechner
Andreas Haage
Gregor Lohmüller
Michael Hamma
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IFM Electronic GmbH
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IFM Electronic GmbH
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    • G01S7/027—Constructional details of housings, e.g. form, type, material or ruggedness

Abstract

Bei einem Radar-Näherungssensor zur Überwachung eines Detektionsbereichs mit einer Sende-/Empfangsantenne Tx/Rx, die im Innenbereich eines Gehäuses G angeordnet ist, und mit einem Steckeranschluss SA zur Verbindung mit einer externen Einheit, wobei der Steckeranschluss SA mehrere Pins aufweist, wobei ein Pin zur Ausgabe eines Schaltsignals dient, ist der Deckel D des Gehäuses G zum Außenbereich hin flach und zum Innenbereich hin als Fresnel-Linse FL ausgebildet.In a radar proximity sensor for monitoring a detection area with a transmitting / receiving antenna Tx / Rx, which is arranged in the interior of a housing G, and with a plug connection SA for connection to an external unit, the plug connection SA having a plurality of pins, with a Pin is used to output a switching signal, the cover D of the housing G is flat towards the outside and designed as a Fresnel lens FL towards the inside.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radar-Näherungssensor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a radar proximity sensor according to the preamble of claim 1.

In vielen Anwendungen von Radarsensoren, in denen kein Bereich überwacht werden, sondern nur der Abstand und die Geschwindigkeit eines bestimmten Objekts detektiert werden soll, ist es erforderlich, eine Fokussierung des Radarsignals zu erreichen, um störende Reflexionen und Nebenziele zu eliminieren.In many applications of radar sensors in which no area is to be monitored, but only the distance and speed of a specific object is to be detected, it is necessary to focus the radar signal in order to eliminate disruptive reflections and secondary targets.

Solche Radarsensoren werden auch als Radar-Näherungssensoren bezeichnet.Such radar sensors are also referred to as radar proximity sensors.

Diese Eliminierung kann in bestimmten Grenzen einerseits durch eine komplizierte Antennengeometrie erreicht werden, einfacher jedoch durch ein optische Linse, die in Material und Geometrie die Hochfrequenz des Signals berücksichtigt. Ein Lösung mit einer einfachen sphärischen Linse ist z. B. im auf dem Markt erhältlichen iSYS6030 - Radarmodul realisiert, das eine 3db - Strahlbreite von 6° erreicht. Simulationen haben ergeben, dass mit einer asphärischen Linse nochmal ungefähr eine Halbierung des Radarspots erreicht werden kann.Within certain limits, this elimination can be achieved on the one hand by a complicated antenna geometry, but more simply by an optical lens that takes into account the high frequency of the signal in terms of material and geometry. A solution with a simple spherical lens is e.g. B. realized in the iSYS6030 radar module available on the market, which achieves a 3db beam width of 6°. Simulations have shown that the radar spot can be roughly halved again with an aspherical lens.

Beide Linsen haben jedoch eine große Bauhöhe und sind durch ihre Materialanhäufung kunststoffspritztechnisch schwer herzustellen.However, both lenses have a large overall height and are difficult to produce using plastic injection molding technology due to the accumulation of material.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Radar-Näherungssensor anzugeben, der einfach aufgebaut ist und der eine geringe Bauhöhe aufweist.The object of the invention is to provide a radar proximity sensor that is simple in design and has a low overall height.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Merkmale.This problem is solved by the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteranspüchen angegeben.Advantageous further developments are specified in the subclaims.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, den Gehäuseteil, der die Antenne überdeckt (Radom), d.h. den Deckel des Gehäuses, als Fresnel-Linse auszubilden, wobei die Fresnel-Struktur auf der Innenseite des Radoms vorgesehen ist.The essential idea of the invention is to design the housing part that covers the antenna (radome), i.e. the cover of the housing, as a Fresnel lens, with the Fresnel structure being provided on the inside of the radome.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the drawing.

Es zeigen:

  • 1 schematische Darstellung eines Radar-Näherungssensors
  • 2 Explosionszeichnung eines Gehäuse eines Radar-Näherungssensors
  • 3 Innenansicht eines Deckels (Radoms)
  • 4a Schrägansicht auf einen Deckel D mit dem dahinter angeordneten Radar-Frontend
  • 4b Deckel D mit dem dahinter angeordneten Frontend im Schnitt
  • 5 Strahlengang von der Sende-/Empfangsantenne in den Außenraum
Show it:
  • 1 schematic representation of a radar proximity sensor
  • 2 Exploded view of a radar proximity sensor housing
  • 3 Inside view of a cover (radome)
  • 4a Oblique view of a cover D with the radar front end arranged behind it
  • 4b Cover D with the front end arranged behind it in section
  • 5 Beam path from the transmitting/receiving antenna to the outside

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Radar-Näherungssensors RNS Der Radarstrahl geht z. B. durch eine Kunststoffscheibe KS zu einem Objekt O. Die Reichweite der Radarkeule RK beträgt bis zu 40 m. 1 shows a schematic representation of a radar proximity sensor RNS. B. through a plastic pane KS to an object O. The range of the radar lobe RK is up to 40 m.

2 zeigt eine Explosionszeichnung mit einem Gehäuse eines erfindungsgemäßen Radar-Näherungssensors, mit einem M12-Steckeranschluss SA, mit einem Deckel D und dem dahinterliegenden Frontend FE (HF-Platine) sowie dem Gehäuserahmen GR und dem Gehäuseboden GB.Neben dem Frontend FE sind noch weitere Platinen für die Signalverarbeitung im Innenraum des Gehäuses G vorgesehen. 2 shows an exploded drawing with a housing of a radar proximity sensor according to the invention, with an M12 connector SA, with a cover D and the front end FE (HF circuit board) behind it, as well as the housing frame GR and the housing base GB. Next to the front end FE there are other circuit boards provided for signal processing in the interior of the housing G.

3 zeigt den Deckel D mit der Innenseite der Deckelwand eines erfindungsgemäßen Radar-Näherungssensors in Aufsicht und im Schnitt. 3 shows the cover D with the inside of the cover wall of a radar proximity sensor according to the invention in a top view and in section.

Die Fresnel-Linse FL weist eine Fresnel-Struktur mit planparallelen Stufen in Vielfachen der halben Wellenlänge der Radarfrequenz im Linsenmaterial zur Realisierung einer Diffraktion (Beugung der Radarwellen, Phasenangleichung, um eine Auslöschung von Reflexionen an den Grenzflächen zur Minimierung von stehenden Wellen zwischen Antennenstruktur und Linse zu erreichen) auf.The Fresnel lens FL has a Fresnel structure with plane-parallel steps in multiples of half the wavelength of the radar frequency in the lens material to implement diffraction (diffraction of the radar waves, phase alignment, in order to cancel reflections at the interfaces to minimize standing waves between the antenna structure and the lens to reach) on.

4a zeigt den Deckel D des Gehäuses G des Radarsensors, der da er die Radarantennen überdeckt auch als Radom bezeichnet wird, mit dem dahinterliegenden Frontend FE in Schrägansicht. Auf der Frontend-Platine FE befinden sich die Sende- Tx und die Empfangsantenne Rx. 4a shows the cover D of the housing G of the radar sensor, which is also referred to as a radome because it covers the radar antennas, with the front end FE behind it in an oblique view. The transmitting Tx and the receiving antenna Rx are located on the front-end circuit board FE.

4b zeigt den Deckel D des Gehäuses G des Radarsensors mit dem dahinterliegenden Frontend FE gemäß 4 im Schnitt. 4b shows the cover D of the housing G of the radar sensor with the front end FE behind it according to FIG 4 on average.

5 zeigt den Strahlengang von der Sende-/Empfangsantenne Tx/Rx über die Fresnel-Linse FL in den Außenbereich. Die Sende-/Empfangsantenne Tx/Rx ist im Fokus der Fresnel-Linse FL angeordnet. 5 shows the beam path from the transmit/receive antenna Tx/Rx via the Fresnel lens FL to the outside area. The transmit/receive antenna Tx/Rx is arranged in the focus of the Fresnel lens FL.

Die Erfindung bietet folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

  1. 1) Die Herstellung des Radar-Näherungssensors insbesondere des Deckels (Radom) D kann in einem Arbeitsgang erfolgen. Die Linse ist kein separat herzustellendes und zu montierendes Bauteil, dadurch entfallen auch abzudichtenden Gehäusedurchbrüche.
  2. 2) Die Fresnel-Linse ist innen liegend angeordnet und somit vor Beschädigungen und Verschmutzung geschützt.
  3. 3) Durch die beim Fresnel-Linsentyp geringere Bauhöhe gegenüber sphärischen oder asphärischen Linsen wird die Bauhöhe des Radar-Näherungssensors reduziert.
  4. 4) Der Radar-Deckel D kann wegen der geringeren Materialstärken gegenüber herkömmlichen Linsentypen in einem Kunststoffspritzprozess hergestellt werden. Einfallstellen entfallen.
The invention offers the following advantages over the prior art:
  1. 1) The production of the radar proximity sensor, in particular the cover (radome) D, can be carried out in one operation. The lens is not to be manufactured and assembled separately ing component, which means there are no openings in the housing that need to be sealed.
  2. 2) The Fresnel lens is located on the inside and is therefore protected from damage and dirt.
  3. 3) Due to the lower overall height of the Fresnel lens type compared to spherical or aspherical lenses, the overall height of the radar proximity sensor is reduced.
  4. 4) Due to the lower material thickness compared to conventional lens types, the radar cover D can be manufactured in a plastic injection molding process. Sink marks are eliminated.

Claims (9)

Radar-Näherungssensor zur Überwachung eines Detektionsbereichs mit einer Sende-/Empfangsantenne Tx/Rx, die im Innenbereich eines Gehäuses G angeordnet ist, und mit einem Steckeranschluss SA zur Verbindung mit einer externen Einheit, wobei der Steckeranschluss SA mehrere Pins aufweist, wobei ein Pin zur Ausgabe eines Schaltsignals dient, wobei das Schaltsignal der externen Einheit anzeigt, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel D des Gehäuses G zum Außenbereich hin flach und zum Innenbereich hin als Fresnel-Linse FL ausgebildet ist.Radar proximity sensor for monitoring a detection area with a transmitting/receiving antenna Tx/Rx, which is arranged in the interior of a housing G, and with a plug connection SA for connection to an external unit, the plug connection SA having a plurality of pins, one pin for Is used to output a switching signal, the switching signal of the external unit indicating whether an object is in the monitored area, characterized in that the cover D of the housing G is flat on the outside and designed as a Fresnel lens FL on the inside. Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse FL eine Fresnel-Struktur mit planparallelen Stufen in Vielfachen der halben Wellenlänge der Radarfrequenz im Linsenmaterial aufweistRadar proximity sensor claim 1 , characterized in that the Fresnel lens FL has a Fresnel structure with plane-parallel steps in multiples of half the wavelength of the radar frequency in the lens material Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse FL eine Fresnel-Struktur mit asphärischen Segmenten aufweistRadar proximity sensor claim 1 , characterized in that the Fresnel lens FL has a Fresnel structure with aspherical segments Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse FL eine Fresnel-Struktur mit sphärischen Segmenten aufweist.Radar proximity sensor claim 1 , characterized in that the Fresnel lens FL has a Fresnel structure with spherical segments. Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Hohlleiter (z.B. als Hornstrahler) ausgebildet ist.Radar proximity sensor claim 1 , characterized in that the antenna is designed as a waveguide (eg as a horn radiator). Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Patchantenne Tx/Rx ausgebildet ist.Radar proximity sensor claim 1 , characterized in that the antenna is designed as a patch antenna Tx/Rx. Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne mehrere Patchantennen Tx und/oder Rx aufweist.Radar proximity sensor claim 1 , characterized in that the antenna has a plurality of patch antennas Tx and/or Rx. Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse G ein Kabelanschluss oder ein Steckeranschluss SA vorgesehen ist.Radar proximity sensor claim 1 , characterized in that the housing G is provided with a cable connection or a plug connection SA. Radar-Näherungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel D einstückig als Kunststoffspritzteil ausgebildet ist.Radar proximity sensor claim 1 , characterized in that the cover D is designed in one piece as a plastic injection molded part.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69717877T2 (en) 1996-02-12 2003-11-13 Boeing North American Inc Durable, lightweight radar lens antenna
US20190288383A1 (en) 2018-03-13 2019-09-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Antenna device

Patent Citations (2)

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