DE19736089C1 - Metallplattenlinse - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metallplattenlinse
zur Fokussierung oder Streuung elektromagnetischer Wellen.
Solche Metallplattenlinsen sind im Stand der Technik an sich
bekannt. Als Beispiel für eine Beschreibung von Metall
plattenlinsen sei hier das Buch "Antennas" von John D.
Kraus, 2. Ausgabe, erschienen im McGraw-Hill Verlag, Seite
673 bis 684 genannt. Der den Metallplattenlinsen zugrunde
liegende Gedanke besteht darin, daß durch hohlleiterartige
Kanäle, die durch einzelne Metallplatten gebildet werden,
eine Laufzeit der elektromagnetischen Wellen beeinflußt
wird. Innerhalb der Hohlleiterkanäle pflanzt sich die
elektromagnetische Welle langsamer fort als außerhalb.
Dieses Verhalten entspricht dem einer elektromagnetischen
Welle, die sich in einem Dielektrikum ausbreitet. Auch dabei
ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb des Dielektri
kums geringer als außerhalb des Dielektrikums. Aufgrund
dieser Analogie werden Metallplattenlinsen auch als Linsen
aus einem "künstlichen dielektrischen Material" bezeichnet.
Eine charakterisierende Bezeichnung für eine Linse aus einem
"echten" dielektrische Material lautet Vollkörperlinse. Hin
sichtlich der Formgebung von Metallplattenlinsen, beispiels
weise konkav oder konvex, gelten vergleichbare Gesetze wie
bei Vollkörperlinsen. Im Gegensatz zu diesen bieten Metall
plattenlinsen jedoch noch zahlreiche weitere Gestaltungs
möglichkeiten. So kann die Wirkung einer beispielsweise
konkaven Linse auch mit einer Metallplattenlinse erreicht
werden, die zwei zueinander parallele, ebene Oberflächen
besitzt, indem die Abstände der einzelnen Metallplatten
zueinander variiert werden. Auch die Ausrichtung der einzel
nen Metallplatten im Bezug auf die E- oder H-Komponente der
beeinflußten elektromagnetischen Wellen bietet einen Frei
heitsgrad bei der Gestaltung von Metallplattenlinsen. Für
eine weitergehende Erläuterung hinsichtlich der Funktions
weise und Dimensionierung von Metallplattenlinsen sei noch
mals auf das Buch von Kraus verwiesen.
Antennenanordnungen unter Verwendung von Linsen als fokus
sierendem Element werden seit einiger Zeit bevorzugt bei
Kraftfahrzeug-Radarsystemen verwendet. Ein solches Kraft
fahrzeug-Radarsystem mit einer Linsenantenne ist beispiels
weise in der EP 0 498 524 A2 beschrieben. Für diese Anwen
dung wurden jedoch bisher ausschließlich Vollkörperlinsen
verwendet. Ein Problem, das sich aus den besonderen Einsatz
bedingungen beispielsweise im Rahmen einer Abstandswarnung
oder automatischen Abstandsregelung eines solchen Radar
systems an einem Kraftfahrzeug ergibt, stellt die Ablagerung
von Belägen, insbesondere von Schnee oder Schneematsch auf
der Linse dar. Durch solche Beläge werden durch die Linse
hindurchtretende elektromagnetische Wellen wesentlich ge
dämpft, was letztendlich sogar zum Totalausfall des Radar
systems führen kann.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 196 44 164.1-35 ist ein Kraftfahrzeug-Radarsystem
beschrieben, bei dem eine dielektrische Antennenlinse eine
Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen aufweist. Neben
anderen, auch kombiniert miteinander nutzbaren Verwendungen
wird hier vorgeschlagen, die Antennenlinse mittels eines
Heizstromes, der durch die elektrisch leitfähigen Bahnen
fließt, zu beheizen. Mit einer solchen Anordnung kann ver
hindert werden, daß sich Beläge wie Schnee oder Schneematsch
auf der Antennenlinse ablagern. Es hat sich nun gezeigt, daß
es herstellungstechnisch relativ aufwendig ist, eine Voll
körperlinse, deren Hauptfunktion in der Fokussierung oder
Streuung elektromagnetischer Wellen besteht, derart mit
einer Anordnung elektrisch leitfähiger Bahnen zu versehen,
daß einerseits die gewünschte fokussierende Wirkung auf die
elektromagnetischen Wellen nicht beeinträchtigt wird und
andererseits eine ausreichende Heizleistung erreicht wird.
Auch ist das Herstellungsverfahren, insbesondere ein Ein
bringen der elektrisch leitfähigen Bahnen in eine dielek
trische Linse aufwendig und damit ein nicht zu vernach
lässigender Kostenfaktor.
Aus der DE-OS 25 51 366 ist ein Radom bekannt, bei dem zur
Beheizung und damit als Schutz vor Vereisungsgefahr minde
stens ein elektrisches Heizelement vorgesehen ist, welches
möglichst dicht unter der äußeren Radomoberfläche im Radom
material selbst eingebettet ist. Da das Radom jedoch defini
tionsgemäß keine fokussierende Wirkung auf hindurchtretende
elektromagnetische Wellen besitzt, sind die Anforderungen an
den Herstellungsvorgang und an die Dimensionierung der Heiz
leiter wesentlich geringer als bei einer beheizbaren Linse.
Die Verwendung eines solchen Radoms zusätzlich zu einer
fokussierenden Linse bedeutet jedoch ein zusätzliches Bau
element, was aus diesem Grund die Herstellungskosten und den
Herstellungsaufwand eines Kraftfahrzeug-Radarsystems erhöhen
würde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hinsichtlich
der oben genannten Schwierigkeiten verbesserte Antennenlinse
anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine
Metallplattenlinse gelöst, bei der wenigstens eine der
Metallplatten eine Kontaktierung aufweist, mittels der ihr
ein Heizstrom zuführbar ist. Vorzugsweise ist die genannte
Metallplatte mit weiteren Metallplatten der Linse elektrisch
leitfähig verbunden, so daß ein zugeführter Heizstrom auch
die weiteren Metallplatten durchfließt. Die genannte Metall
platte und die weiteren Metallplatten können seriell,
parallel oder besonders vorteilhafterweise auch in einer
schaltbaren Kombination miteinander verbunden sein.
Die erfindungsgemäße Linse wird bevorzugt bei einem Kraft
fahrzeug-Radarsystem eingesetzt, jedoch ist ihre Anwendung
keineswegs allein hierauf beschränkt. Soll die Antennenlinse
gleichzeitig auch zur witterungsfesten Abdeckung des eigent
lichen Kraftfahrzeug-Radarsystems dienen, ist der Raum
zwischen den Metallplatten der Metallplattenlinse vorteil
hafterweise mit einem festen oder geschäumten Dielektrikum
gefüllt. Herstellungstechnisch kann dies entweder durch ein
Umspritzen eines bereits dimensionierten Metallplattenpake
tes oder durch ein Zusammenkleben von metallisierten Kunst
stoffplatten geeigneter Dicke erreicht werden.
Zur Erhöhung der Heizleistung weisen die Metallplatten,
denen ein Heizstrom zuführbar ist, vorteilhafterweise wenig
stens teilweise einen Bereich auf, der einen gegenüber
Kupfer erhöhten spezifischen ohmschen Widerstand besitzt.
Dieser erhöhte spezifische ohmsche Widerstand erhöht die
Verlustleistung, was sich in einer höheren Heizleistung und
damit in einer stärkeren Erwärmung der Antennenlinse aus
wirkt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist
die Metallplattenlinse sogenannte Fresnelstufen auf. Diese
sind im Stand der Technik zur Einsparung von Material und
damit zur Verringerung des Gewichts der Antennenlinse be
kannt. Sie besitzen hier jedoch den weiteren Vorteil, daß
die der Linse zugeführte Heizleistung sich homogener auf der
gesamten Metallplattenlinse verteilt und somit nicht einzel
ne überhitzte Bereiche und andererseits weniger aufgeheizte
Bereiche nebeneinander existieren.
Vorteil der erfindungsgemäßen Antennenlinse ist, daß das
Einbringen von beheizbaren Leiterstrukturen in die Antennen
linse wesentlich einfacher zu realisieren ist als bei einer
Vollkörperlinse. Außerdem entfällt das Problem, die "stören
den Heizleiter" bei der Dimensionierung der Antennenlinse zu
berücksichtigen. Ganz im Gegenteil wird bei der erfindungs
gemäßen Linse die fokussierende Wirkung durch die beheiz
baren Elemente in keiner Weise beeinflußt. Weiterhin sind
die Heizleiter bei der erfindungsgemäßen Linse wesentlich
robuster und bauartbedingt prinzipiell im Innern der Linse
angeordnet. Sie sind damit sehr gut gegen Beschädigungen
beispielsweise durch Steinschlag geschützt. Ebenfalls
bauartbedingt sind die beheizbaren Elemente bei der Metall
plattenlinse wesentlich größer als bei einer Vollkörperlinse
gemäß der DE 196 44 164.1-35, was eine sehr gute Wärmever
teilung zur Folge hat.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
einer Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Linse,
Fig. 2 eine Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Linse und
Fig. 3 eine bekannte Darstellung zur Erläuterung von
Fresnelstufen.
Fig. 1 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Linse in
Form einer Metallplattenlinse. Zu erkennen ist eine erste
Metallplatte 1 sowie weitere Metallplatten 3, die in
definierten Abständen zueinander parallel angeordnet sind.
Die Größe und auch die Form der einzelnen Metallplatten 1, 3
variiert, wobei sich hier insgesamt eine konkave Linsenform
einstellt. Wie durch eine Punktquelle 8 angedeutet, entfal
tet die erfindungsgemäße Linse ihre fokussierende Wirkung
nur bei elektromagnetischen Wellen, deren elektrische Feld
stärkekomponente parallel zur Ausrichtung der Metallplatten
1, 3 steht. Mit 2 ist eine Kontaktierung angedeutet, mittels
der der Metallplatte 1 ein Heizstrom zuführbar ist. Über
Verbindungen 5 ist die Metallplatte 1 mit den weiteren
Metallplatten 3 elektrisch leitfähig verbunden. Die Verbin
dung der einzelnen Metallplatten untereinander ist in diesem
Ausführungsbeispiel seriell, das heißt ein über die Kontak
tierung 2 zugeführter Heizstrom durchfließt die einzelnen
Metallplatten seriell nacheinander. Mit 4 ist der Zwischen
raum zwischen den einzelnen Metallplatten 1, 3 bezeichnet,
der gemäß einer bevorzugten Ausführung der Antennenlinse mit
einem festen oder geschäumten Dielektrikum gefüllt ist.
Dadurch schützt eine solche Antennenlinse ein dahinterlie
gendes Radarsystem auch vor Witterungseinflüssen und dem
Eindringen von Feuchtigkeit. Mit 6 ist bei der Metallplatte
1 beispielhaft ein Bereich angedeutet, der einen erhöhten
spezifischen Widerstand besitzt, so daß hier eine höhere
Verlustleistung und dementsprechend eine höhere Erwärmung
dieses Metallplattenbereiches erreicht wird.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin
dungsgemäßen Antennenlinse. Im Unterschied zu Fig. 1 sind
die einzelnen Metallplatten 1 und 3 in diesem Ausführungs
beispiel in einer schaltbaren Kombination leitfähig mit
einander verbunden. Über Schalter 7 sind die einzelnen
Metallplatten entweder seriell oder parallel zueinander
elektrisch leitfähig verbindbar.
Fig. 3 zeigt eine beispielsweise aus dem oben genannten
Buch von Kraus bekannte Abbildung einer konkav-planen
Antennenlinse mit Fresnelstufen 9. Mit 2 ist die bereits
erwähnte Kontaktierung ergänzt. Die mit den Fresnelstufen
verbundene Materialeinsparung führt zu einer annähernd
konstanten Metallplattenfläche, was in Verbindung mit der
genannten Erfindung den Vorteil aufweist, daß sich die
Heizleistung auf den Metallplatten besonders homogen ver
teilt.
Claims (7)
1. Metallplattenlinse zur Fokussierung oder Streuung
elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eine der Metallplatten (1) eine Kontaktierung
(2) aufweist, mittels der der genannten Metallplatte ein
Heizstrom zuführbar ist.
2. Metallplattenlinse nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die genannte Metallplatte mit weiteren
Metallplatten (3) der Linse elektrisch leitfähig
verbunden ist (5), so daß ein zugeführter Heizstrom auch
die weiteren Metallplatten durchfließt.
3. Metallplattenlinse nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die genannte Metallplatte und die weiteren
Metallplatten seriell, parallel und/oder in einer
schaltbaren Kombination (7) miteinander verbunden sind.
4. Metallplattenlinse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Raum (4) zwischen den Metall
platten mit einem festen oder geschäumten Dielektrikum
gefüllt ist.
5. Metallplattenlinse nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Linse Fresnelstufen (9)
aufweist.
6. Metallplattenlinse nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Metallplatten
wenigstens teilweise einen Bereich (6) aufweisen, der
einen gegenüber Kupfer erhöhten spezifischen ohmschen
Widerstand besitzt.
7. Metallplattenliste nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Antennenliste für ein
Kraftfahrzeug-Radarsystem verwendet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19736089A DE19736089C1 (de) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | Metallplattenlinse |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DE19736089C1 true DE19736089C1 (de) | 1998-12-24 |
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---|---|
DE (1) | DE19736089C1 (de) |
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1997
- 1997-08-20 DE DE19736089A patent/DE19736089C1/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
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