DE10205379A1

DE10205379A1 - Vorrichtung zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung

Info

Publication number: DE10205379A1
Application number: DE10205379A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Miosga; Armin Himmelstoss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-02-09
Filing date: 2002-02-09
Publication date: 2003-08-21
Also published as: JP4118815B2; US20050128144A1; DE50210003D1; EP1476921B1; JP2005517335A; US7259723B2; EP1476921A1; WO2003067709A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung, die zum Senden und zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung getrennte Antennen aufweist und bei der die Antennenkeulen der Sende- und Empfangsantennen mittels eines gemeinsamen fokussierenden Mittels fokussiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung, die zum Senden und zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung getrennte Antennen aufweist und bei der die Antennenkeulen der Sende- und Empfangsantennen mittels eines gemeinsamen fokussierenden Mittels fokussiert werden.

Stand der Technik

Aus der DE 197 19 764 A1 ist ein Kraftfahrzeugradarsensor bekannt, der eine Antennenanordnung aufweist, die aus einem fokussierenden Mittel und mindestens zwei ersten Antennenfeeds besteht, die entlang einer ersten Geraden angeordnet sind und eine erste Reihe von Antennenfeeds bilden, bei dem mindestens ein weiteres Antennenfeed vorhanden ist, das so angeordnet ist, dass entlang einer weiteren Geraden mindestens eine weitere Reihe von Antennenfeeds gebildet wird, wobei diese weitere Reihe durch eine Drehung um einen angenommenen Drehpunkt M kongruent auf die erste Reihe abbildbar ist. Dieses System sieht mehrere monostatische Antennenfeeds vor, die jeweils sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet werden.
Die DE 197 31 085 A1 offenbart eine Einrichtung zum Senden und Empfangen von Radarwellen, insbesondere für einen Abstandsensor. Dabei ist mindestens ein Antennenelement vorgesehen, dem zu sendende Signale zuführbar und empfangene Signale entnehmbar sind, wobei die Antennenelemente zum Senden von zirkular polarisierten Radarwellen ausgebildet sind. Die zu sendenden Signale werden mindestens an einer Seite des Antennenelements so zugeführt, dass sie in einer ersten Polarisationsebene abgestrahlt werden. Die empfangenen Signale werden vom Antennenelement an einer zweiten Polarisationsebene abgegriffen, die zur ersten Polarisationsebene orthogonal steht. Auch bei diesem System handelt es sich um ein monostatisches Sende- und Empfangssystem.

Kern und Vorteile der Erfindung

Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung bereit zu stellen, insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeugradarsystem, bei dem ein möglichst großer Teil der Oszillatorleistung als Sendeleistung ausgestrahlt werden kann und bei dem eine hohe Trennschärfe bezüglich der detektierten Objekte erreicht wird und diese Bedingungen dennoch mittels eines kompakten Aufbaus mit einfachen Strukturen erreicht werden kann. Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem gemeinsamen fokussierenden Mittel, dass die Antennenkeulen der Sende- und Empfangsantennen fokussiert, um eine dielektrische Linse. Eine derartige dielektrische Linse ist kostengünstig und kompakt herstellbar und zeichnet sich durch ausgezeichnete Strahlbündelungsqualität aus.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Antennen als Patchantennen ausgeführt sind. Patchantennen sind sehr klein und kostengünstig zu realisieren und besitzen eine gute Richtcharakteristik.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass jeder Sendeantenne mindestens zwei Empfangsantennen zugeordnet sind. Hierdurch läßt sich ein Sende- und Empfangssystem aufbauen, das zum einen über sehr einfache Leitungsstrukturen verfügt und zum anderen die Möglichkeit bietet, eine Winkelauflösung in azimutaler Richtung durchführen zu können.

Besonders vorteilhaft ist es, dass jede Empfangsantenne mit einem separatem Mischer verbunden ist, dem ein Sendesignal zugeführt wird, das mittels eines Leitungskopplers aus der Sendeantennenzuleitung ausgekoppelt wird. Mischer und Leitungskoppler lassen sich durch diese Ausführung besonders kostengünstig und einfach realisieren, wodurch dennoch eine hohe Signalqualität erreicht wird.

Vorteilhafterweise sind die Empfangsantennen im Wesentlichen auf einer ersten Geraden angeordnet. Durch diese Anordnung der Empfangsantennen ist es möglich, insbesondere bei einer derartigen Montage des Radarsystems, das diese erste Gerade horizontal angeordnet ist, eine azimutale Winkelauswertung ermöglicht wird. Insbesondere bei der Verwendung dieser Vorrichtung in einem Kraftfahrzeugradar ist es von besonderem Interesse, den mittels der elektromagnetischen Strahlung erkannten Objekten einen Azimutwinkel zuordnen zu können. Bei dieser Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es eher von untergeordneter Bedeutung, den erkannten Objekten einen Elevationswinkel zuzuordnen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Sendeantennen im Wesentlichen auf einer zweiten Gerade angeordnet sind, die parallel zu der ersten Geraden ist, auf der die Empfangsantennen angeordnet sind. Insbesondere bei einer symmetrischen Sendeantennenzuleitungsstruktur strahlen die Sendeantennen die Sendeleistung zu gleichen Zeitpunkten ab. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeugradar ist es von besonderer Bedeutung, den erkannten Radarobjekten einen Azimutwinkel zuzuordnen. Durch diese Anordnung der Sendeantennen ergibt sich ein Erfassungsbereich, der in horizontaler Ausdehnung größer ist, als in vertikaler.

Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die erste Gerade, auf der die Empfangsantennen angeordnet sind, und die zweite Gerade, auf der die Sendeantennen angeordnet sind, nicht identisch sind. Durch diese Verschiebung der Geraden, auf der die Sendeantennen angeordnet sind, erreicht man, dass Sende- und Empfangsantennen möglichst weit auseinander liegen, wodurch ein direktes Übersprechen von der Sendeantenne auf die Empfangsantenne vermieden werden kann. Gleichzeitig kann man den Abstand zwischen den einzelnen Empfangsantennen möglichst groß gestalten, so dass eine zuverlässige Phasenauswertung durchgeführt werden kann.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass zwei Sendeantennen und vier Empfangsantennen vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, die Zuleitung vom Oszillator zu den Sendeantennen so zu gestalten, dass die Sendeleistung mittels eines einfach herstellbaren und gut beherrschbaren 3 dB-Leistungsteilers beiden Sendeantennen jeweils die gleiche Sendeleistung zugeführt werden kann. Um eine zuverlässige Phasenauswertung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung durchführen zu können ist es wünschenswert, mehr als drei Empfangsantennen vorzusehen. Durch den symmetrischen Aufbau der Sendeantennen ist es weiterhin wünschenswert, eine geradzahlige Anzahl an Empfangsantennen vorzusehen. Diese beiden Bedingungen werden mittels vier Empfangsantennen optimal erreicht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass ein erster Teil der Sendeantennen auf einer zweiten Geraden und ein zweiter Teil der Sendeantennen auf einer dritten Geraden angeordnet sind, wobei die zweite Gerade und die dritte Gerade parallel zu der ersten Geraden, auf der die Empfangsantennen angeordnet sind, angeordnet sind und die zweite Gerade und die dritte Gerade in gleichem Abstand beiderseites der ersten Geraden angeordnet sind. Durch die symmetrische Anordnung der Sendeantennen in Bezug auf die Empfangsantennen ergibt sich ein gemeinsames Richtdiagramm für die Sende- und Empfangsantennen, das auch in vertikaler Richtung, also senkrecht zu den Geraden, auf denen die Antennen angeordnet sind, symmetrisch ist. Hierdurch wird ein "Schielen" der Antennen in vertikaler Richtung vermieden, da die "Schielfehler" der Sendeantennen auf der zweiten Geraden und der Sendeantennen auf der dritten Geraden, der bezüglich der versetzten Empfangsantennen entsteht, gegenseitig aufgehoben wird.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.

Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 eine weitere schematische Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist die Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Zu erkennen ist das fokussierende Mittel 1, das in diesem Ausführungsbeispiel als dielektrische Linse ausgeführt ist und kreisförmig dargestellt ist. Hinter diesem fokussierenden Mittel verbirgt sich die weitere Sende- und Empfangsanordnung, die im Wesentlichen aus Antennen, Leitungen und Mischern besteht. Ein Oszillator 2 erzeugt elektrische Signale, die über die Sendeantennen 4 ausgestrahlt werden. Dieser Oszillator 2 kann in verschiedenen Varianten ausgeführt sein. So ist es denkbar, dass dieser Oszillator 2 beispielsweise ein Pulssignal erzeugt oder ein Dauerstrichsignal oder aber vorteilhafterweise ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal erzeugt. Auch Kombinationen verschiedener Modulationsarten sind hierbei denkbar. Das Ausgangssignal des Oszillators 2 wird in einem Leistungsteiler 3 auf mehrere Sendezuleitungen aufgeteilt. Hierbei ist es wünschenswert, dass den verschiedenen Sendezuleitungen möglichst die gleiche Signalamplitude zugeführt wird, so dass die einzelnen Antennen 4 auch möglichst mit den gleichen Signalleistungen abstrahlen. Die Ausgänge des Leistungsteilers 3, der in diesem Beispiel als 3 dB-Leistungsteiler ausgeführt ist, werden über Sendeantennenzuleitungen an die Sendeantennen 4 geleitet. Diese Sendeantennen liegen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer gemeinsamen Geraden 9, die in Fig. 1 als zweifach punktierte Linie ausgeführt ist. Auf einer weiteren Gerade 8, die in Fig. 1 als einfach punktierte Linie ausgeführt ist und die parallel zur Geraden 9 angeordnet ist, sind die Empfangsantennen 5 angeordnet. Vorteilhafterweise sind Sendeantennen 4 und Empfangsantennen 5 als Patchantennen ausgeführt. Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Anordnung der Sendeantennen 4 und der Empfangsantennen 5 auf zwei voneinander verschiedenen Geraden 8, 9 wodurch sich eine besondere Platzersparnis ergibt. Die elektromagnetische Strahlung, die von den Empfangsantennen 5 empfangen wird, werden am Antennenausgang jeweils auf einen Mischer 6 ausgegeben. Dieser Mischer 6 ist vorteilhafterweise in Mikrostreifenleitertechnik ausgeführt, wodurch dieser besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Die Empfangsmischer 6 erhalten weiterhin ein Eingangssignal, das im Wesentlichen dem Sendesignal, das den Sendeantennen 4 zugeführt wird, entspricht. Hierzu sind an der Sendeantennenzuleitung Leitungskoppler 7 angeordnet, die einen Teil der Sendeleistung auskoppeln und dem Empfangsmischer 6 zuführen. In den Empfangsmischern 6 wird das Sendesignal, das im Wesentlichen dem Ausgangssignal des Oszillators 2 entspricht, mit dem Ausgangssignal der Empfangsantennen 5 gemischt wodurch ein Zwischenfrequenzsignal erzeugt wird. Dieses Zwischenfrequenzsignal wird am Ausgang des Empfangsmischers 6 entnommen und zur weiteren Verarbeitung einer Signalverarbeitungseinrichtung 14 zugeführt, die in den Figuren nicht dargestellt ist.
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese Seitenansicht stellt den gleichen Gegenstand aus anderer Perspektive dar, der in Fig. 1 beschrieben wurde. In Fig. 2 ist wiederum das fokussierende Mittel 1 erkennbar, das in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als dielektrische Linse ausgeführt ist. Die Symmetrieachse des fokussierenden Mittels 1, die gleichzeitig die optische Achse des fokussierenden Mittels 1 bildet, ist mittels der Geraden 10 dargestellt. Hinter dem fokussierenden Mittel 1 ist im Abstand von etwa der Brennweite des fokussierenden Mittels 1 ein Antennenträger 11 angeordnet. Dieser Antennenträger ist vorteilhafterweise eine Leiterplatte, der neben den Sende- und Empfangsantennen 4, 5 weitere Schaltungselemente trägt, wie beispielsweise die Mischer 6, die Leitungskoppler 7, den Leistungsteiler 3 sowie die Antennenzuleitungen. Aus Vereinfachungsgründen wurde in Fig. 2 auf dem Antennenträger 11 lediglich die Sendeantenne 4 und die Empfangsantenne 5 dargestellt. Weiterhin sind in Fig. 2 die beiden Geraden 8, 9 erkennbar, entlang denen die Empfangsantennen 5 bzw. die Sendeantennen 4 angeordnet sind.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Empfangsantennen 5 im wesentlichen auf einer gemeinsamen ersten Geraden 8 angeordnet sind. Da in der Ausführungsform nach Fig. 1 das Richtdiagramm der Sendeantennen 4 und das der Empfangsantennen 5 in vertikaler Richtung nicht exakt aufeinander ausgerichtet sind, bedingt durch die Verschiebung der ersten und der zweiten Geraden 8, 9 kommt es zu einem Schielen der Antennenanordnung, da die Hauptstrahlungsrichtungen der Sende- und Empfangscharakteristiken leicht verschoben sind. Da mittels der vorliegenden Erfindung im wesentlichen horizontale Winkelauflösungen gemessen werden sollen ist dies jedoch von untergeordneter Bedeutung. Durch die Anordnung nach Fig. 3 wird auch dieses Schielen verhindert. Hierzu sind im wesentlichen auf der ersten Geraden 8 die Empfangsantennen angeordnet. In etwa auf einer zweiten Geraden 9, die in Fig. 3 als zweifach punktierte Linie dargestellt ist und die parallel zur ersten, einfach punktierten Geraden 8 verläuft befindet sich ein erster Teil der Sendeantennen 4. Ein zweiter Teil der Sendeantennen 4 befindet sich im wesentlichen auf einer dritten Geraden 12, die in Fig. 3 als dreifach punktierte Linie dargestellt ist. Diese dritte Gerade 12 ist ebenfalls parallel zur ersten Geraden 8 ausgerichtet und befindet sich im gleichen Abstand 13 zur ersten Geraden 8, wie die zweite Gerade 9 zur ersten Geraden 8. Hierdurch schielt der erste Teil der Sendeantennen 4 auf der zweiten Geraden 8 in genau die entgegensetzte Richtung wie der zweite Teil der Sendeantennen 4 auf der dritten Geraden 12. Die gemeinsame Richtcharakteristik aller Sendeantennen 4 ist demnach exakt mit der Richtcharakteristik der Empfangsantennen ausgerichtet, da die beiden Teilfehler, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, nivelliert werden die Schielfehler des ersten und zweiten Teils der Sendeantennen 4 sich gegenseitig aufheben. Die Zuleitungen der Antennen 4 und 5, die Mischer 6 sowie die Leitungskoppler 7 und Leistungsteiler 3 sind selbverständlich auch in dieser Ausführungsvariante in analoger Weise wie in Fig. 1 vorgesehen, jedoch wurde auf deren Darstellung in Fig. 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die das fokussierende Mittel 1 sowie die dargestellte Antennenanordnung, die vorteilhafterweise auf einem Antennenträger oder einer Leiterplatte 11 aufgebracht ist, umfaßt, ist vorteilhafterweise in einem Gehäuse untergebracht das die Vorrichtungseinzelteile gleichzeitig fixiert. Weiterhin ist in diesem Gehäuse eine Vorrichtung zur Signalverarbeitung 14vorgesehen, die die Zwischenfrequenzsignale der Ausgänge der Mischer 6 weiterverarbeitet und beispielsweise zum Betrieb einer adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregelung in einem Kraftfahrzeug verwendet.

Claims

1. Vorrichtung zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet,
dass zum Senden und zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung getrennte Antennen (4, 5) vorgesehen sind und
dass die Antennenkeulen der Sende- und Empfangsantennen (4, 5) mittels eines gemeinsamen fokussierenden Mittels (1) fokussiert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame fokussierende Mittel (1) eine dielektrische Linse ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (4, 5) als Patchantennen ausgeführt sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sendeantenne (4) mindestens zwei Empfangsantennen (5) zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Empfangsantenne (5) mit einem separaten Mischer (6) verbunden ist, dem ein Sendesignal zugeführt wird, das mittels eines Leitungskopplers (7) aus der Sendeantennenzuleitung ausgekoppelt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantennen (5) im wesentlichen auf einer ersten Geraden (8) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeantennen (4) im wesentlichen auf einer zweiten Geraden (9) angeordnet sind, die parallel zu der ersten Geraden (8) ist, auf der die Empfangsantennen (5) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gerade (8), auf der die Empfangsantennen (5) angeordnet sind, und die zweite Gerade (9), auf der die Sendeantennen (9) angeordnet sind, nicht identisch sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Sendeantennen (4) auf einer zweiten Geraden (9) und ein zweiter Teil der Sendeantennen (4) auf einer dritten Geraden (12) angeordnet sind, wobei die zweite Gerade (9) und die dritte Gerade (12) parallel zu der ersten Geraden (8), auf der die Empfangsantennen (5) angeordnet sind, angeordnet sind und die zweite Gerade (9) und die dritte Gerade (12) im gleichen Abstand (13) beiderseites der ersten Geraden (8) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 2 Sendeantennen (4) und 4 Empfangsantennen (5) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem Radarsensor zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.