DE19952516A1 - Sequentielle Erzeugung von mehreren Antennenkeulen (Abtastung) - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neuartige Antennenanordnung sowie ein Verfahren zum sequentiellen Ausleuchten unterschiedlicher Raumrichtungen. Dazu wird eine Antennenanordnung mit einem polarisationsselektiven Antennenelement versehen, welches für zwei zueinander orthogonale Polarisationen unterschiedliche Antennendiagramme aufweist. Dabei kann die Ausleuchtung der unterschiedlichen Raumbereiche entweder durch Rotation des polarisationsselektiven Elements erfolgen. Andererseits ist es aber auch denkbar, die Funktionalität der Antennenanordnung zu erweitern, indem ein Speiseelement eingesetzt wird, welches in der Lage ist, zwei zueinander orthogonale Polarisationen auszusenden bzw. zu empfangen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Radarsensoren besteht häufig die Forderung nach räumli­ cher Abtastung des interessierenden Raumbereichs durch die Antenne. Mechanische Einrichtung zu diesem Zweck sind oft sehr aufwendig, wenn das gesamte Mikrowellenmodul oder auch nur die Antenne geschwenkt werden müssen. Eine elektroni­ sche Strahlschwenkung ist dagegen meist zu aufwendig und teuer. Für viele Anwendungen reicht es dagegen aus, einige wenige Richtungen nacheinander durch die Antenne abzuta­ sten.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine neuartige Anten­ nenanordnung zu finden, welche sequentiell unterschiedliche Raumrichtungen ausleuchtet.

Die Aufgabe wird durch eine Antennenanordnung gelöst, bei welcher die Ausleuchtung der unterschiedlichen Raumrichtun­ gen durch die Verwendung eines polarisationsselektiven An­ tennenelements realisiert wird.

Dabei ist es denkbar die Antennenanordnung als Reflektoran­ tenne oder als Linsenantenne auszuführen, wobei der Reflek­ tor bzw. die Linse als polarisationsselektives Element aus­ zuführen sind. Das bedeutet, daß der Reflektor bzw. die Linse so auszuführen sind, daß sie für zwei zueinander or­ thogonal polarisierte Wellen unterschiedliche Strahlungs­ diagramme aufweisen. Das Strahlungsdiagramm kann sich hier­ bei in bezug auf die Intensitätsverteilung und/oder aber vorzugsweise in bezug auf die Hauptstrahlrichtung unter­ scheiden. Es ist möglich die Polarisationsselektivität des Reflektors bzw. der Linse dadurch herbeizuführen, daß ihre Oberfläche mit Rillen versehen wird. Andererseits ist es auch denkbar, auf der Oberfläche der polarisationsselekti­ ven Elemente ein zusätzliches Gitter aufzubringen, um bei unterschiedlichen Polarisationen unterschiedliche Strah­ lungsdiagramme zu erhalten.

In besonderer Weise ist es denkbar den Reflektor planar auszuführen und hierbei dessen unterschiedliche Strah­ lungsdiagramme für unterschiedlich polarisierte, elektro­ magnetische Wellen (Polarisationsselektivität), durch un­ terschiedliche Geometrie und Anordnung von auf dem Reflek­ tor aufgebrachten Metallisierungselementen herbeizuführen (Pilz, D.; Menzel, W.: Periodic and quasi-periodic structures for antenna applications, European Microwave Conference 1999, München).

Wird nun in einer solchen Antennenanordnung das polarisa­ tionsselektive Element in 90° Schritten gedreht, so wird im allgemeinen für jeden Drehabschnitt ein anderer Raumbereich ausgeleuchtet.

Nachfolgend sei anhand von Figuren beispielhaft die Funk­ tionalität der erfindungsgemäßen Antennenanordnung be­ schrieben.

Fig. 1 zeigt beispielhaft das Strahlungsdiagramm der An­ tennenanordnung bei unterschiedlicher Rotation des polari­ sationsselektiven Antennenelements, für den Fall, daß das Strahlungsdiagramm für eine der beiden zueinander or­ thogonalen Polarisationen in der Richtung entlang der Längsachse der Antennenanordnung ausgerichtet ist. Für das in Fig. 1 dargestellte Diagramm wurde beispielhaft ange­ nommen, daß das Speiseelement eine vertikal polarisierte Welle aussendet und das Strahlungsdiagramm des polarisa­ tionsselektiven Elementes für vertikale Polarisation ent­ lang der Längsachse und für horizontale Polarisation ab­ seits der Längsachse der Antennenanordnung zeigt. In einem ersten Schritt (a) wird nun die Antennenanordnung eine Welle entlang ihrer Längsachse aussenden. Nach erfolgter, erfindungsgemäßer Drehung des polarisationsselektiven Elements um 90° um die Längsachse (Fall b)) werden die Eigenschaften der Antennenanordnung für horizontal und vertikal polarisierte Wellen vertauscht. Das heißt, die Antenne zeigt jetzt ein zur Seite gekipptes Strahlungsdia­ gramm mit vertikaler Polarisation; das zuvor entlang der Längsachse der Antennenanordnung liegende Strahlungsdia­ gramm mit vertikaler Polarisation wird nicht mehr angeregt. Bei einer weiteren Drehung um 90° (Fall c)) zeige das Strahlungsdiagramm wieder entlang der Längsachse, bei noch­ maliger Drehung um 90° (Fall d)) entsteht wieder das von der Längsachse abgelenkte Strahlungsdiagramm, diesmal jedoch zur anderen Seite geneigt. Bei einer Drehung des Reflektors entstehen also in der Horizontalen drei gegeneinander ver­ setzte Antennenkeulen.

Fig. 2 zeigt beispielhaft das Strahlungsdiagramm der An­ tennenanordnung bei unterschiedlicher Rotation des polari­ sationsselektiven Antennenelements, für den Fall, daß die Strahlungsdiagramme für keine der beiden zueinander ortho­ gonalen Polarisationen in der Richtung entlang der Längs­ achse der Antennenanordnung ausgerichtet sind. In diesem Fall entstehen bei Drehung des polarisationsselektiven Antennenelements, entsprechend der Beschreibung zu Fig. 1, für die Fälle a)-d) vier nebeneinander liegende Keulen im Strahlungsdiagramm.

Wird darüber hinaus das Speiseelement der Antennenanordnung für das Aussenden bzw. das Empfangen von zwei zueinander orthogonal polarisierten Antennen ausgelegt, so lassen sich Raumrichtungen, die in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegen, durch eine Antennenanordnung abtasten. Um dies zu erreichen ist es denkbar das Speiseelement um seine Längsachse drehbar zu lagern oder aber das Speiseelement so an die Sende-/Empfangselektronik zu koppeln, daß es in der Lage ist zwei zueinander orthogonal polarisierte Wellen auszusenden. In einer weiteren denkbaren Ausführungsform kann das Speiseelement der Antennenanordnung auch mittels der Kombination von zwei Strahlern, die zueinander ortho­ gonal polarisierte Wellen ausstrahlen, ausgeführt werden.

Beispielhaft sind in Fig. 3 die Footprints der Antennen­ keulen einer Antennenanordnung dargestellt, bei welcher das Strahlungsdiagramm des polarisationsselektiven Elements für keine der beiden zueinander orthogonalen Polarisationen in die Richtung entlang der Längsachse der Antennenanordnung zeigt und bei welcher das Speiseelement in der Lage ist sequentiell zwei zueinander orthogonal polarisierte Wellen auszusenden. Beispielhaft wurde hier von einer horizontalen und vertikalen Speisepolarisation ausgegangen. Die Foot­ prints sind in der Ebene senkrecht zur Längsachse der An­ tennenanordnung dargestellt und mit entsprechender Be­ zeichnung des Drehwinkels des polarisationsselektiven Ele­ mentes, sowie die Polarisation der ausgestrahlten Welle bezeichnet. Hierbei ist bemerkenswert, daß innerhalb der beiden zueinander senkrecht stehenden Ebenen immer eine einzige Polarisation ausgesandt wird.

Dabei ist es in einfacher Weise möglich das Diagramm der Footprints in der Ebene senkrecht zur Längsachse der An­ tennenanordnung zu drehen, indem das Speiseelement um einen frei wählbaren Winkel gedreht in der Antennenanordnung justiert wird. Fig. 4 zeigt exemplarisch diesen Fall für eine, bezogen auf die Darstellung in Fig. 3, um 45° ge­ drehten Einbau des Speiseelements.

Mit einer Antenne dieser Art in einem Kfz-Radar wäre es möglich, einerseits die Fahrbahn mit vier Antennenkeulen in der Horizontalen aufzulösen, andererseits durch die Anten­ nenkeulen mit vertikale Ablage zum Beispiel Brücken oder Schilderbrücken zu erkennen.

Auf Kosten einer Vergrößerung der Abmessung der Gesamt­ apertur der Antennenanordnung kann in einer erfindungsge­ mäßen Ausführungsform das polarisationsselektive Element auch in einzelne Segmente aufgeteilt werden, welche kreis­ förmig auf dessen Körper angeordnet werden. Dabei ist das Speiseelement der Antennenanordnung so auszurichten, daß es genau eines dieser Segmente ausleuchtet. Durch Rotation des polarisationsselektiven Elements um die Längsachse der An­ tennenanordnung wird erreicht, daß im Wechsel alle Segmente des Elements beleuchtet werden, so daß durch geeignete Wahl der den einzelnen Segmenten zugeordneten Strahlungsdiagram­ me eine Vielzahl frei wählbarer Raumbereiche ausgeleuchtet werden.

Claims (24)

1. Antennenanordnung zur sequentiellen Ausleuchtung von unterschiedlichen Raumrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleuchtung der unterschiedlichen Raumrichtungen durch die Verwendung von polarisationsselektiven Antennen­ elementen realisiert wird.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das polarisationsselektive Element ein Reflektor ist, welcher für zwei zueinander orthogonal polarisierte Wellen unterschiedliche Strahlungsdiagramme aufweist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Polarisationsselektivität des Reflektors durch ein zusätzlich aufgebrachtes Gitter herbeigeführt wird.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Polarisationsselektivität des Reflektors durch lineare Rillen in der Oberfläche des Reflektors herbeige­ führt wird.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Reflektor planar ausgeführt wird und die Pola­ risationsselektivität des Reflektors durch die Geometrie und Anordnung von auf dem Reflektor aufgebrachten Metal­ lisierungselementen herbeigeführt wird.

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor um die Längsachse der Antenne rotiert.

7. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das polarisationsselektive Element eine Linse ist, welche für zwei zueinander orthogonal polarisierte Wellen unterschiedliche Strahlungsdiagramme aufweist.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Polarisationsselektivität der Linse durch eine geschichtete Struktur herbeigeführt wird.

9. Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Polarisationsselektivität der Linse durch li­ neare Rillen in der Linse herbeigeführt wird.

10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse um die Längsachse der Antenne rotiert.

11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polarisationsselektive Element eine Linse oder einen Reflektor ist, welches in mehrere, kreis­ förmig auf seinem Körpern angeordnete Segmente aufgeteilt ist und diese Segmente für zwei zueinander orthogonal pola­ risierte Wellen unterschiedliche Strahlungsdiagramme auf­ weisen.

12. Antennenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Speiseelement der Antennenanordnung so ausgerichtet ist, daß nur ein Segment des optischen Eleme­ ntes zu einem Zeitpunkt bestrahlt wird, und daß das opti­ sche Element um die Längsachse der Antenne rotiert, so daß sequentiell alle einzelnen Segmente bestrahlt werden.

13. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Speiseelemente der Anten­ nenanordnung in der Lage ist zwei zueinander orthogonal polarisierte, elektromagnetische Wellen auszustrahlen.

14. Antennenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Speiseelement um seine Längsachse drehbar gelagert ist, um die Ausstrahlung orthogonal zueinander polarisierter, elektromagnetischer Wellen zu ermöglichen.

15. Antennenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Speiseelement in der Lage ist entspre­ chend seiner Ankopplung an die Sendeelektronik im Wechsel eine von zwei, zueinander orthogonal polarisierte Wellen auszusenden.

16. Antennenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Speiseelement durch die Kombination von zwei Strahlern, die zueinander orthogonal polarisierte Wellen aussenden, ausgeführt wird.

17. Verfahren zur sequentiellen Ausleuchtung von unter­ schiedlichen Raumrichtungen mittels einer Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleuchtung der unterschiedlichen Raumrichtungen durch das Auftreffen der elektromagnetischen Wellen auf ein polarisationsselektives Antennenelement ausgelöst wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das polarisationsselektive Antennenelement schrittweise um die Längsachse der Antennenanordnung gedreht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung in 90° Schritten erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung in der Anzahl von Schritten erfolgt, die mit der Zahl von einzelnen Segmenten übereinstimmt, in welches das Polarisationsselektive Element aufgeteilt ist.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Speiseelemente zwei zueinander orthogonal polari­ sierte, elektromagnetische Wellen wechselweise in die An­ tennenanordnung ein- bzw. ausgespeist werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausspeisung der zwei zueinander orthogonal polarisierten Wellen durch Rotation des Speiseelements in 90° Schritten erfolgt.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausspeisung der zwei zueinander orthogonal polarisierten Wellen durch entsprechend polarisationsselektive Ankopplung des Speiseelements an die Sende-/Empfangs­ elektronik erfolgt.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausspeisung der zwei zueinander orthogonal polarisierten Wellen durch ein Speiseelement erfolgt, wel­ ches durch eine Kombination von zwei Strahlern, die zu­ einander orthogonal polarisierte Wellen aussenden reali­ siert wurde.