DE202019005521U1

DE202019005521U1 - Vorrichtung, die als retroreflektierendes Element für elektromagnetische Wellen dient, und Radarsystem, das eine solche Vorrichtung umfasst

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Publication number: DE202019005521U1
Application number: DE202019005521.5U
Authority: DE
Original assignee: Damasia Holding GmbH
Current assignee: Damasia Holding GmbH
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-11-30
Anticipated expiration: 2029-03-28
Also published as: EP3776732A1; EP3776732B1; WO2019185676A1

Abstract

Vorrichtung (100) umfassend- ein zylindrisches Element (10) mit einer inneren Längsachse (A1) und einem dielektrischen Material mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante (εi) um eine Fokussierung einer einfallenden elektromagnetischen Welle auf einen Fokusbereich (11, FP, FL) zu bewirken,- eine retrodirektive Antennengruppe (20), die mindestens zwei Antennenelemente (30) umfasst, wobei die Antennengruppe (20) im Fokusbereich (11, FP, FL) parallel zu der Längsachse (A1) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die als retroreflektierendes Element für elektromagnetische Wellen, insbesondere für elektromagnetische Radarwellen, dient, und ein entsprechendes Radarsystem, das ein Fahrzeug mit Radarsendeempfänger und eine solche Vorrichtung umfasst.
Es wird die Priorität der europäischen Patentanmeldung EP18165029.2 beansprucht, die am 28 März 2018 eingereicht wurde.
Ein solcher Radarsendeempfänger besteht in der Regel aus mindestens einer Sendeantenne, einer Empfangsantenne, einem Baustein für die Wellenformerzeugung (als Teil des Senders) und einem Signalverarbeitungsblock (als Teil des Empfängers) zur Verarbeitung empfangener Signale.
Es ist bekannt, elektromagnetische Radarwellen in Verbindung mit Fahrzeugen zu verwenden. Es gibt zahlreiche Arten von Anwendungen, die auf der Verwendung von elektromagnetischen Radarwellen basieren, die von einem Fahrzeug emittiert werden. Einige Beispiele werden im Folgenden erwähnt.
Einige moderne Fahrzeuge verwenden radarbasierte Systeme in Verbindung mit optischen Systemen, um die Straßenumgebung während der Fahrt zu überwachen. Diese Systeme sind in der Regel so konzipiert, dass sie den Fahrer in schwierigen Situationen unterstützen. In einigen Fällen sind die Systeme sogar in der Lage, direkt mit dem Fahrzeug zu interagieren, z.B. um einzugreifen, wenn eine Lenkbewegung als kritisch angesehen wird, oder um im Falle eines bevorstehenden Unfalls eine Notbremsung einzuleiten.
Das Verhalten und die Fähigkeiten von radarbasierten Systemen unterscheiden sich sehr im Vergleich zu optischen Systemen, wie z.B. kamerabasierten optischen Systemen. Einerseits bieten die unterschiedlichen Eigenschaften eine Reihe einzigartiger Merkmale und ermöglichen in Kombination mit einem optischen System sogar eine intelligente Erweiterung der Sensortechnologie und -fähigkeiten des Fahrzeugs. Radarbasierte Systeme eignen sich beispielsweise sehr gut für raue Wetterbedingungen.
Andererseits ist es für ein radarbasierte System als solches schwierig, Verkehrszeichen, Leitschienen, Unfallbarrieren, Bordsteinkanten, Straßenmarkierungen, Straßenbaustellen, Ampeln, Gebäude - und noch wichtiger - andere Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger, Fahrräder, Motorräder, Autos, Lastwagen und dergleichen zuverlässig zu detektieren. Noch schwieriger ist es für ein radarbasiertes System, eines dieser Objekte zuverlässig zu erkennen.
Die meisten dieser „Objekte“ zeigen eine sehr schwache Reflexion, wenn sie mit einer elektromagnetischen Radarwelle abgetastet werden, die von einem Fahrzeug abgestrahlt wird. Die Radarwellensignatur dieser Objekte ist zu erkennen, erfordert aber einige Rechenleistung und intelligente Algorithmen, um die reflektierten Radarwellen zu verarbeiten und zu analysieren.
Dies hat damit zu tun, dass diese Objekte einen sehr kleinen und schwankenden Radarquerschnitt (RCS) haben und dass es „störende“ Reflexionen geben kann. Der RCS eines Objekts hängt von den Eigenschaften des Objekts (z.B. Größe, Materialien, Geometrie) und von den Eigenschaften des Radars (Frequenz, Polarisation, Ausrichtung) ab. Der durchschnittliche RCS eines Fußgängers liegt im Bereich zwischen etwa - 8 dBsm und -10 dBsm in einem 77 GHz Frequenzband (dBsm ist der Radarquerschnitt eines Ziels in Dezibel, bezogen auf eine perfekt leitende Kugel von 1 Quadratmeter äquatorialer Querschnittsfläche). Das sind etwa 15 bis 20 dB weniger als die Reflexion der Rückseite eines Autos. Der RCS einer Person auf einem Fahrrad wurde gemessen und liegt im Bereich zwischen - 4 dBsm und - 5,2 dBsm. Personen und Fahrräder sind daher für ein radarbasiertes System, beispielsweise in einer alltäglichen Verkehrssituation, schwer zu erkennen und durch das Radarsystem eines Autos zu identifizieren.
Es ist auch ein kontroverses Thema, dass Fahrzeuge, um autonom oder halbautomatisch fahren zu können, immer ihre genaue aktuelle Position kennen müssen. Zivile globale Positionierungssystem- (GPS-) basierte Navigationssysteme sind jedoch nicht in der Lage, eine ausreichende Präzision auf einer Skala unter 2 Metern zu gewährleisten. Einige Lösungen verwenden daher eine Kombination aus GPS-Koordinaten und Kartendaten, die von einem Bordcomputer oder von einem zentralen Server stammen. Die Kartendaten sind recht genau und können dem Fahrzeug mitteilen, dass es beispielsweise 3 Meter vor der nächsten Kreuzung ein Verkehrsschild auf der rechten Seite geben soll. Das Radarsystem des Fahrzeugs ist dann in der Lage, dieses Verkehrszeichen zu erkennen und seine aktuelle Position mit der bekannten Position des Schildes in Beziehung zu setzen.
Einige hochmoderne Systeme kombinieren sogar Kamera, LIDAR (light detection and ranging), Ultraschall- und Radarsensoren (sog. Sensorfusion), sowie (drahtlos/mobile) vom Netzwerk bereitgestellte Informationen, um das Fahrzeug intelligenter und zuverlässiger zu machen.
Es ist ein weiteres Problem, das den Einsatz radarbasierter Verkehrssysteme verzögert haben könnte, dass die verschiedenen Automobilunternehmen sehr unterschiedliche Radarlösungen in ihren Fahrzeugen einsetzen. Unter diesen Umständen ist eine Standardisierung unwahrscheinlich.
Unterschiedliche lokale Präferenzen (z.B. in Europa im Vergleich zu Japan) haben zu unterschiedlichen Polarisationen der übertragenen Radarstrahlen geführt. Während in Japan die lineare 45°-Polarisation aufgrund von Vorteilen in Bezug auf kleinere Multipath- und Fading-Effekte bevorzugt wurde, wurde die lineare vertikale Polarisation (VP) vorwiegend in Europa aufgrund der einfacheren Antennenimplementierung eingesetzt. Es gibt keinen Trend zu irgendeiner Art von Standardisierung - hingegen senden Radarsensoren verschiedener Marken sowie verschiedene Sensoren derselben Marke, entweder in linearer vertikaler, linearer horizontaler oder 45° (gekippter) linearer Polarisation. Zukunftige Radarsensoren werden mehrere elektromagnetische (EM) Feldpolarisationen (z.B. zur Störminderung und/oder polarimetrische Radarfunktionen) verwenden. Auch die Zirkularpolarisation ist eine Option für ein fortschrittliches, zukünftiges Automobil-Radar.
Es ist in der Technik bekannt, Luneburg-Linsen zur Verarbeitung elektromagnetischer Wellen zu verwenden. So nennt z.B. das Dokument „Radar reflecting pavement markers for vehicle automation“, A. Voronov et al., Verlag: Trafikverket, Borlänge, Schweden, Erscheinungsdatum: 2016, Publikationskennung: TRV 2015/97856, die Luneburg-Linse als möglichen Radarreflektor.
Eine solche Luneburg-Linse hat in der Theorie einen ersten Brennpunkt, der im Unendlichen liegt, und einen zweiten Brennpunkt, der auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Linse liegt. Um für eine entsprechende Strahlformung in einer Luneburg-Linse sorgen zu können, benötigt diese einen Brechungsindex n, der radial von der Mitte zur Außenfläche abnimmt. Eine ideale Luneburg-Linse hat eine dielektrische Konstante ε = 2 in der Mitte und eine Dielektrizitätskonstante ε = 1 am Umfang. Es ist jedoch unmöglich, ein stabiles Material mit einer dielektrischen Konstante ε = 1 bereitzustellen, die als äußere Schicht einer solchen kugelförmigen Linse geeignet ist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zu bieten, die zur Verbesserung fahrzeugbasierter Radarsysteme beiträgt und die den Einsatz von Radarsystemen in Fahrzeugen zuverlässiger und robuster macht. Darüber hinaus ist es ein Ziel der Erfindung, eine Lösung anzubieten, die als gemeinsame Basis für die verschiedenen bestehenden und zukünftigen Radarsysteme dienen könnte.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung nach Schutzanspruch 1 und einem Radarsystem nach Schutzanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Verbesserungen lassen sich aus den abhängigen Schutzansprüchen und der nachstehenden Beschreibung ableiten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die umfasst

- ein zylindrisches Element, das als dielektrische Linse konzipiert ist und eine innere Längsachse hat und ein dielektrisches Material mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante umfasst, um eine Fokussierung einer einfallenden elektromagnetischen Welle auf einen Fokusbereich zu ermöglichen,
- eine retrodirektive Antennengruppe, die mindestens zwei Antennenelemente umfasst, wobei die Antennengruppe mit einer Ausrichtung parallel zu dieser Achse an oder in der Nähe des Fokusbereichs positioniert ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die

- ein zylindrisches Element, das als dielektrische Linse konzipiert ist, eine innere Längsachse und eine effektive Dielektrizitätskonstante aufweist, die radial von einem äußeren Teil des genannten zylindrischen Elements in Richtung dieser inneren Längsachse ansteigt, um eine Fokussierung einer einfallenden elektromagnetischen Welle auf einen Fokusbereich zu ermöglichen,
- und eine retrodirektive Antennengruppe, die mindestens zwei Antennenelemente umfasst, wobei die Antennengruppe mit einer Ausrichtung parallel zu dieser zentralen Achse an oder in der Nähe dieses zylindrischen Elements positioniert wird.

In zumindest einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine Kombination eines zylindrischen Elements und einer retrodirektiven Antennengruppe, die so konstruiert und montiert wird, dass ein Winkelbereich von etwa 90 Grad abgedeckt wird (hier Typ 90 Vorrichtung genannt). Eine solche Typ 90 Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie für eine scharfe Winkelabgrenzung sorgt und eine sehr gleichmäßige „Antwort“ innerhalb des gewählten Sektors hat.
Zumindest in einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ein zylindrisches Element, das als dielektrische Linse für elektromagnetische Radarwellen ausgelegt ist. Vorzugsweise ist das dielektrische Material der Dielektrikumslinse ein verlustarmes dielektrisches Material, das ein tan δ unter 0,01 und eine Dielektrizitätskonstante ε_i in einem Bereich von 2,2 bis 4,5 hat.
Zumindest in einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ein zylindrisches Element, das ein dielektrisches Polystyrolmaterial umfasst.
In zumindest einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ein zylindrisches Element, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: PE, PP, PPS, PEI (Ultem®), Polymetylpenten (PMP, TPX).
In zumindest einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element eine Gradienten-Index-Linse mit einer axialen Symmetrie in Bezug auf die Achse (zentrale Zylinderachse).
In zumindest einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element so konstruiert/hergestellt, dass es einen inhomogenen (Mehrschalen- oder Mehrschicht-) Linsenkörper umfasst, z.B. mit gepresstem Schaumstoffmaterial.
Zumindest in einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element so konstruiert/hergestellt, dass ein nicht-doppelbrechender Betrieb erreicht wird, d.h. die lokalen dielektrischen Materialeigenschaften des zylindrischen Elements hängen nicht von der E-Feldpolarisation oder der Wellenausbreitungsrichtung ab.
In zumindest einigen Ausführungsformen umfasst das zylindrische Element ein Material, das als äußerste Schicht dient und als Schicht mit Viertelwellendicke ausgelegt ist, so dass elektromagnetische Wellen innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs ohne signifikante Oberflächenreflexion in das Linsenmaterial eindringen und austreten können.
In zumindest einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element eine Linse mit einem effektiven Brechungsindex, der radial von der inneren Längsachse (zentrale Zylinderachse) zum Umfang hin abnimmt.
Zumindest in einigen Ausführungsformen besteht das zylindrische Element aus einem selbstfokussierenden Medium für elektromagnetische Wellen im Radarwellenlängenregime.
Zumindest in einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element so konstruiert, dass sein Fokus einer Fokuslinie angenähert ist, die parallel zur inneren Längsachse (zentrale Zylinderachse) verläuft und dass diese Fokuslinie entweder direkt an der Umfangsfläche oder nahe an dieser Fläche liegt, entweder innerhalb oder außerhalb des zylindrischen Elements.
In zumindest einigen Ausführungsformen weist das zylindrische Element eine Brechungsindexvariation auf, die so ausgelegt ist, dass eine kontinuierliche und allmähliche Wellenfronttransformation innerhalb des zylindrischen Elements stattfindet, wenn eine einfallende elektromagnetische Radarwelle durch eine Vorderfläche oder Apertur des zylindrischen Elements empfangen wird. Die Wellenfronttransformation sorgt für eine Konzentration der elektromagnetischen Wellenenergie hin zu einer Fokuslinie, die parallel zur inneren Längsachse (zentrale Zylinderachse) verläuft.
In zumindest einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung so konzipiert, dass sie in der Lage ist, elektromagnetische Radarwellen, die von den Radarsystemen von Fahrzeugen verschiedener Fahrzeug- und Radarsensormarken emittiert werden, effektiv zurückzusenden.
In zumindest einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung so ausgelegt, dass sie in der Lage ist, elektromagnetische Radarwellen unabhängig vom Polarisationsschema zurückzusenden. Das heißt, die Vorrichtung dieser Ausführungsformen ist so ausgelegt, dass sie in der Lage ist, mindestens zwei oder mehr als zwei verschiedene Polarisationsschemata handzuhaben. Mit anderen Worten, die jeweilige Vorrichtung ist so konzipiert, dass sie als gemeinsame Bezugsgröße zwischen den verschiedenen Radarsystemen dient.
Zumindest in einigen Ausführungsformen zeigt die Vorrichtung ein Vollduplex-Polarisationsverhalten, um auf die verschiedenen Radarwellenpolarisationstypen reagieren zu können, die von Automobilherstellern verwendet werden. Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsformen, dass die Vorrichtung in der Lage ist, eine starke „Antwort“ für alle Radarwellenpolarisationstypen zu liefern. Das heißt, die Vorrichtung der jeweiligen Ausführungsformen ist so konzipiert, dass sie alle EM-Feldpolarisationszustände handhabt.
Zumindest in einigen Ausführungsformen sieht die Vorrichtung retroreflektierende Tags oder retroreflektierende Beacons zur RCS-Verstärkung und/oder zum Einprägen oder Einbetten von Informationen auf/in zurückgegebene Radarsensorsignale der Fahrzeuge vor. Das heißt, die jeweilige Vorichtung sorgt für eine klare, dominierende Reflexion, die von allen Radarsystemen unabhängig von der verwendeten Wellenpolarisation erkannt werden kann.
In zumindest einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung so konzipiert, dass sie das komplette 76GHz bis 81GHz-Band unterstützt.
Zumindest in einigen Ausführungsformen ist die retrodirective Antennengruppe so ausgelegt, dass sie die einfallende elektromagnetische Welle wieder an die Stelle zurücksendet, von der sie herkommt.
In zumindest einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine Antennengruppe mit Antennenelementen, die zwei orthogonale, abstrahlende Resonanzmodi unterstützen.
In zumindest einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zwei oder mehr als zwei Spalten oder Reihen von Antennengruppen. In diesem Fall wird der gegenseitige Abstand benachbarter Spalten oder Reihen klein genug gehalten, um Gitterstrahlkeulen und lokale Zwischenminima der abgestrahlten Leistung zu vermeiden. Vorzugsweise wird der gegenseitige Mittelpunktabstand wie folgt definiert: λ/2 ≤ P ≤ 3λ/4.
In zumindest einigen Ausführungsformen umfasst jedes Antennenelement ein oder mehrere Entkopplungsmittel (z.B. einen Stummel, eine Nase oder eine Kerbe), die für eine ausreichend geringe Querkopplung zwischen den idealorthogonalen Strahlungskomponenten abgestimmt sind.
Zumindest in einigen Ausführungsformen umfasst die retrodirektionale Antennengruppe Antennenelemente, die verwendet werden, um gleichzeitig Radarwellen zu empfangen und auszusenden. Dies kann erreicht werden, indem die gute Isolation zwischen orthogonal polarisierten Anschlüssen der Antennenelemente der Antennengruppe genutzt wird. Damit Übertragung und Empfang gleichzeitig erfolgen können, umfasst die retrodirektionale Antennengruppe Antennenpaare, die durch reziproke Übertragungsleitungen verbunden sind. Daher wird der volle Bereich der Antennengruppe sowohl für Empfangs- als auch für Sendefunktionen (höchste erreichbare Direktivität und Verstärkung pro Flächeneinheit) genutzt.
Zumindest in einigen Ausführungsformen ist die retrodirektive Antennengruppe so ausgelegt, dass die zurückgesandte elektromagnetische Wellenenergie maximiert wird. Diese Maximierung ist unabhängig von der variierenden und zufälligen Wellenpolarisation.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die retrodirektionale Antennengruppe so ausgelegt, dass sie zwei orthogonale Feldkomponenten an jedem Antennenelement empfangen und die Energie über zwei unabhängige Übertragungsleitungen zu dem zugeordneten Partnerelement (zu dem Element, das zum selben Paar gehört) transportiert wird. Wenn diese Übertragungsleitungen identische Verzögerungen aufweisen, werden die von den orthogonalen Komponenten der empfangenen elektromagnetischen Welle abgeleiteten kohärenten Empfangssignale bei Anregung des Partnerelements wieder zu einer kohärent übertragenen (zurückgesandten) Welle zusammengesetzt. Dieses einzigartige Merkmal wird hier als Vollduplex-Polarisationsunterstützung bezeichnet. Eine Grupppe mit dieser Funktion wird für die Zwecke dieses Dokuments als FDRA (Full-Duplex Retrodirective Array) abgekürzt.
In mindestens einigen Ausführungsformen ist das FDRA so ausgelegt, dass es entweder eine gerade Anzahl aufeinander folgender (planarer Oberflächen-) Reflexionen, oder eine ungerade Anzahl nachahmen oder absichtlich einen anderen Zustand erzeugen kann, z.B. durch Einfügen einer bestimmten Phasenverschiebung in einen Satz von Übertragungsleitungen im Vergleich zu seinem orthogonalen Gegenstück. Ein entsprechendes Design des FDRA ermöglicht eine Umwandlung der Polarisation.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist das FDRA für einen Breitbandbetrieb ausgelegt. Das heißt, die Antennengruppe sorgt für eine gute Impedanzanpassung und ist über ein breites Frequenzband gut an das zylindrische Element angepasst.
In zumindest einigen Ausführungsformen ist das FDRA so ausgelegt, dass es eine hohe Isolation zwischen orthogonalen Feldkomponenten aufweist.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das FDRA nur 1D-Gruppen-Konfigurationen (d.h. einreihige oder einspaltige Anordnungen). Daher ist es möglich, eine Vollduplex-Übertragungsleitungsführung mit einer planaren, kreuzungsfreien Topologie bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist speziell für Anwendungen mit Kurzstreckenradar (SRR), Mittelstreckenradar (MRR) und Langstreckenradar (LRR) ausgelegt, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist gut geeignet zur Verwendung in Verbindung mit Kurzstreckenradar (SRR) im Bereich zwischen 0,2 m und etwa 80 m.
Die vorliegende Erfindung ist gut geeignet zur Verwendung in Verbindung mit Mittelstreckenradar (MRR) im Bereich zwischen 0,2 m und etwa 160 m und Langstreckenradar (LRR) Anwendungen im Bereich zwischen 1 m und etwa 250 m, wie zum Beispiel in Fahrzeugen verwendet.
Die vorliegende Erfindung ist zur Verwendung in Verbindung mit den verschiedenen fahrzeugbasierten Radarsystemen, die von Hersteller zu Hersteller variieren, gut geeignet.
Die vorliegende Erfindung ist gut geeignet zur Verwendung in Verbindung mit fahrzeugbasierten Radarsystemen, die ein FMCW-Modulationsschema verwenden (FMCW bedeutet frequenz-modulierte kontinuierliche Welle) oder schnelles Chirp Pulsradar, MIMO-CDMA (Multiple-Input Multiple-Output-Code-Division Multiple-Access) oder FSK (Frequency Shift Keying).
Die vorliegende Erfindung hat das Potenzial, ein weltweit anerkannter Quasi-Standard für rückreflektierende Vorrichtungen in Verkehrsanwendungen zu werden, da die Vorrichtung der Erfindung speziell dafür ausgelegt ist, mit den meisten Radarsystemen interagieren zu können.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung als energieautarkes System ausgelegt. Das heißt, die Vorrichtung muss nicht von außen mit Strom versorgt werden.
Wenn die Vorrichtung der Erfindung steuerbare / einstellbare Elemente (als Teil der Antennengruppe) umfasst, kann sie sogar verwendet werden, um als Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationstransponder zu dienen, wobei jede mobile Plattform oder jedes Fahrzeug mindestens einen Radarsensor verwendet, der mindestens einen Teil der anderen Plattform bestrahlt, die eine steuerbare retrodirektive Vorrichtung umfasst, wie hierin vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung erfordert eine Stromversorgung, die innerhalb der mobilen Plattform leicht verfügbar ist, und eine digitale Kommunikationsschnittstelle zum jeweiligen Bordcomputer.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird eine retrodirektive Antennengruppe verwendet, die steuerbare / einstellbare Elemente, vorzugsweise reziproke Elemente, als Teil der Übertragungsleitungen umfasst. Dies eröffnet die Möglichkeit, Informationen auf das reflektierte Radarsignal aufzumodulieren.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist eine retrodirektive Antennengruppe so ausgelegt, dass eine Amplitudenmodulation des reflektierten Radarsignals oder eine Phasenmodulation des reflektierten Radarsignals bereitgestellt wird.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird eine retrodirektive Antennengruppe verwendet, die nicht-reziproke Elemente wie Verstärker umfasst.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird eine retrodirektive Antennengruppe verwendet, die Amplitudenmodulatoren (z.B. Pin-Modulatoren vom Durchgangsstyp) oder Phasenmodulatoren umfasst.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird eine retrodirektive Antennengruppe verwendet, die 2N Antennenelemente umfasst. In diesem Fall umfasst jedes solche Antennenelement ein doppelt polarisiertes Strahlerelement mit vier Anschlüssen oder Kontakten (hier als Anschlüsse bezeichnet), wobei zwei dieser vier Anschlüsse ungenutz sind.
In jenen Ausführungsformen, die eine gerade Anzahl von Antennenelementen umfassen (d.h. in allen Ausführungsformen, die 2N-Antennenelemente umfassen), weisen diese Antennenelemente eine paarweise Anordnung auf. Das heißt, zwei Antennenelemente bilden zusammen ein Paar, dessen Anschlüsse durch Übertragungsleitungen verbunden sind. In diesen 2N-Antennengruppen hat jedes Antennenelement ein Gegenstück in gleichem Abstand von der transversalen Mittellinie - und ist über ein Paar Übertragungsleitungen mit diesem verbunden. Jedes Übertragungsleitungspaar hat die gleiche Kombination von Längen / Verzögerungen.
Im Falle einer Spiegelsymmetrie sowohl von Antennenelementen als auch von Verbindungsnetzwerken gilt eine kopolare Rückreflexion (ungerade Reflexionsordnung) für alle linearen Polarisationszustände einfallender elektromagnetischer Wellen, wenn als zusätzliche Anforderung für diese Eigenschaft, nur Anschlüsse mit demselben Polarisationszustand miteinander verbunden sind.
Weitere Ausführungsformen können erhalten werden, indem immer orthogonale Anschlüsse verbunden werden - was zu einer kreuzpolaren Antwort für einfallende +/- 45° -Polarisationen und zirkulare Polarisation führt.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine retrodirektive Antennengruppe mit 2N doppelt polarisierten Strahlerelementen (hier als DPR-Elemente bezeichnet).
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird mindestens ein FDRA als retrodirektive Antennengruppe verwendet. Dieses FDRA ist entweder als Antennengruppe mit konstanten, d.h. zeitinvarianten Eigenschaften ausgelegt, oder es ist als Antennengruppe mit steuerbaren / einstellbaren Elementen ausgelegt.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das FDRA 2N Antennenelemente, z.B. 2N DPR-Elemente, wobei jedes solche Antennenelement vier Anschlüsse hat. In Verbindung mit diesen Ausführungsformen werden entweder die oberen beiden oder die unteren beiden Anschlüsse verwendet und die jeweils anderen beiden nicht verwendeten Anschlüsse werden jeweils offen gelassen. In Verbindung mit mindestens einigen dieser Ausführungsformen werden die nicht verwendeten Anschlüsse (d.h. die zugehörigen leitenden Strukturen) sogar weggelassen.
Eine alternative Ausrichtung der Anschlüsse (in Reihe und quer zur Gruppenachse) ist möglich und erreicht einen retrodirektiven Betrieb mit rotationssymmetrischen Verbindungsnetzwerken. Dies bedeutet, dass verbundene Anschlüsse immer orthogonalen Polarisationen zugeordnet sind. In diesem Fall wird eine kreuzpolare Antwort auf lineare horizontale und vertikale Polarisationen erhalten, die einem Flächenwinkel-Metallreflektor in + 45° - oder - 45° Orientierungen ähnelt (gerade Reflexionsordnung).
Ein anderer retrodirektiver Gruppen-Typ mit alternativer Anschluss-Ausrichtung (in Reihe und quer zur Gruppen-Achse) wird durch Verbinden von Anschlusspaaren erhalten, die identischen Polarisationszuständen zugeordnet sind. In diesem Fall wird für alle linearen Polarisationszustände eine kopolare Antwort erhalten (ungerade Reflexionsordnung).
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das FDRA 2N Antennenelemente, z.B. 2N DPR-Elemente, wobei jedes solche Antennenelement einen schwebend aufgehängten Mikrostreifen mit einem Hohlraumboden als Erdungsfläche umfasst. Vorzugsweise weist der Mikrostreifen eine Ringstruktur mit einer Umfangslänge von 1 Wellenlänge auf. Es ist ein Vorteil dieser Ringstruktur mit einer Umfangslänge von 1 Wellenlänge, dass sie eine λ/2-Longitudinalresonanz (ähnlich der klassischen Mikrostreifen-Patchantenne) ergibt, die mit einem Speiseanschluss effektiv kapazitiv angeregt werden kann. Das jeweilige Resonanzfeld weist eine ungefähre elektrische Symmetrieebene auf.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das FDRA 2N Antennenelemente, z.B. 2N DPR-Elemente, wobei jedes dieser Antennenelemente zwei Anschlüsse in einer liniensymmetrischen Anordnung in Bezug auf die Mitte des Antennenelements aufweist. In diesen Ausführungsformen umfasst vorzugsweise jedes solche Antennenelement eine Ringstruktur, die konzentrisch in Bezug auf die Mitte des Antennenelements angeordnet ist.
In jenen Ausführungsformen, die eine Ringstruktur umfassen, ist diese Ringstruktur vorzugsweise so ausgelegt, dass der Ring als Resonanzring dient, der durch eine einfallende elektromagnetische Radarwelle anregbar ist.
In solchen Ausführungsformen, die eine Ringstruktur umfassen, befindet sich diese Ringstruktur vorzugsweise über einem Hohlraum (hohlraumgestützte Anordnung). In diesen Ausführungsformen wird vorzugsweise ein luftgefüllter Hohlraum verwendet.
In solchen Ausführungsformen, die eine Ringstruktur umfassen, umfasst diese Ringstruktur vorzugsweise einen Stummel oder eine Nase.
In solchen Ausführungsformen, die eine Ringstruktur und zwei Kontakte oder Anschlüsse umfassen, sind diese beiden Kontakte oder Anschlüsse so ausgelegt, dass sie ein kapazitives Verhalten im Radarwellenfrequenzbereich zeigen.
In jenen Ausführungsformen, die ein FDRA umfassen, wird jedes der 2N-Antennenelemente zum gleichzeitigen Empfangen und Senden von Radarwellen verwendet.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann mindestens ein FDRA mit 2N Antennenelementen, z.B. 2N DPR-Elemente, als retrodirektives Antennenarray verwendet werden. Wenn das FDRA 2N-Antennenelemente umfasst, sind mehrere der einzelnen Antennenelemente paarweise angeordnet, um eine symmetrische Konstellation in Bezug auf eine Mittelebene der retrodirektiven Antennengruppe bereitzustellen.
In solchen Ausführungsformen, die eine symmetrische Konstellation in Bezug auf eine Mittelebene der retrodirektiven Antennengruppe aufweisen, wird eine Liniensymmetrie bereitgestellt.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird mindestens ein FDRA mit 2N + 1 Antennenelementen, z.B. 2N + 1 DPR-Elemente, als retrodirektionale Antennengruppe verwendet. In solchen Ausführungsformen, die 2N + 1 Antennenelemente umfassen, befindet sich ein Antennenelement in der Mitte. Im Fall von Verbindungsnetzwerken, die mit orthogonalen Polarisationszuständen verbundene Anschlusspaare verbinden, sind die Kontakte oder Anschlüsse dieses einen Elements in der Mitte durch Übertragungsleitungen miteinander verbunden. Vorzugsweise ist die Ausbreitungsverzögerung dieser Übertragungsleitungen identisch mit der Ausbreitungsverzögerung jener Leitungen, die Paare der 2N-Antennenelemente verbinden. Im Fall von Verbindungsnetzwerken, die Anschlusspaare verbinden, die identischen Polarisationszuständen zugeordnet sind, wird jeder der Anschlüsse des einen Elements in der Mitte mit einer Übertragungsleitung mit offenem oder kurzgeschlossenem Abschluss mit der halben Ausbreitungsverzögerung (Einweg) belastet.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird mindestens ein FDRA als retrodirektive Antennengruppe verwendet, die steuerbare / einstellbare Elemente umfasst, um eine Phasenmodulation der Radarwelle bereitzustellen.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen werden die FDRAs auf oder in einer Mehrschichtstruktur realisiert.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen werden die FDRAs mittels Mikrostreifenelementen auf oder in einem Substrat (Substrat-integrierte Antennenanordnungen) realisiert.
In zumindest einigen Ausführungsformen werden die FDRAs mittels substratintegrierter Wellenleiter (SIW) realisiert und Elemente und Verzögerungsleitungen der FDRAs werden mittels Mikrostreifenleitungen realisiert. In diesen Ausführungsformen werden Schnittstellenelemente verwendet, um die in das Substrat integrierten Wellenleiter und die Mikrostreifenleitungen zu koppeln.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird ein Hochfrequenzsubstrat als Teil der FDRAs verwendet.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird ein flexibles Substrat für die FDRAs verwendet, um die FDRAs in einer äquidistanten Position in Bezug auf die Umfangsfläche des zylindrischen Elements biegen und montieren zu können.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird ein Substrat mit Metallrücken für die FDRAs verwendet.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist der FDRA eine Gruppe, die auf ein Substrat gedruckt oder laminiert ist.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen stellt die Vorrichtung Merkmale, Signale oder Muster bereit, die durch die verschiedenen in Fahrzeugen verwendeten Radarsysteme gut erkennbar und unterscheidbar sind.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um Informationen aufzubereiten oder anzureichern, die von anderen Sensoren und Systemen eines Fahrzeugs bereitgestellt werden. Durch Datenfusion im digitalen Bereich können die digitalen Informationen, die von dem hier offenbarten System bereitgestellt werden, mit digitalen Informationen kombiniert werden, die von anderen integrierten Sensoren und Systemen bereitgestellt werden.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird das hier offenbarte System in Verbindung mit dem Tempomat- und / oder Kollisionswarnsystem und / oder Navigationssystem eines Fahrzeugs verwendet.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen hat die Vorrichtung eine erste Apertur (Akzeptanzwinkel) zum Empfangen von Radarwellen und eine zweite Apertur, die kleiner als die erste Apertur oder gleich der ersten Apertur ist und die durch die Position der Antennenanordnung relativ zum zylindrischen Element definiert ist. Die erste Apertur oder der erste Akzeptanzwinkel wird hauptsächlich durch die Geometrie und die Montage des zylindrischen Elements definiert, während die zweite Apertur oder der zweite Akzeptanzwinkel, der auch als effektive Apertur oder effektiver Akzeptanzwinkel bezeichnet wird, durch das Zusammenspiel des zylindrischen Elements und der Antennengruppe definiert wird.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung einen Radarquerschnitt RCS von mehr als 10 Quadratmetern oder mindestens 10 dBsm im logarithmischen Maßstab auf.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung so ausgelegt, dass sie in Verbindung mit einem oder mehreren der folgenden Systeme oder Lösungen verwendet werden kann:

- Fahrzeug-Kollisionsschutz und / oder
- dazugehörige Sicherheitsverbesserung und / oder
- Adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC) und / oder
- Automatische Notbremsung (AEB) und / oder
- Blind Spot Detection & Alert und / oder
- Fußgängererkennung und / oder
- (Front / Heck) Querverkehrswarnung und / oder
- Warnung vor Kollisionen von hinten, um nur einige mögliche Anwendungen zu nennen.

Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird die Vorrichtung zur Spurerkennung und Fahrzeugpositionierung verwendet, wie sie beispielsweise in Verbindung mit automatisiertem und autonomem Fahren verwendet wird.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird die Vorrichtung als rückreflektierende Fahrbahnmarkierung verwendet. Eine solche rückreflektierende Fahrbahnmarkierung umfasst ein zylindrisches Element mit einer horizontal ausgerichteten Achse und umfasst mindestens eine Reihe von Antennenelementen, z.B. eine Reihe von DPR-Elementen, die ein FDRA darstellen, wie hierin offenbart.
Das vorliegende Dokument bietet eine Technologie, die verbesserte Radarerkennungsschemata auf Straßen und in der Nähe von Straßen und Wegen ermöglicht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden im Folgenden anhand von Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines klassischen Zylinders;
1B zeigt einen horizontalen Querschnitt des Zylinders von 1A;
1C zeigt einen vertikalen Querschnitt des Zylinders von 1A;
2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Annäherung eines klassischen Zylinders, der im vorliegenden Beispiel 12 Facetten aufweist (als Zwölfeck bezeichnet);
2B zeigt einen horizontalen Querschnitt des Zwölfecks von 2A;
2C zeigt einen vertikalen Querschnitt des Zwölfecks von 2A;
2D zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments eines klassischen Zylinders, der im vorliegenden Beispiel einen Ausschnitt oder einen Einschnitt aufweist;
2E zeigt einen horizontalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2D;
2F zeigt einen vertikalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2D;
2G zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen Segments eines klassischen Zylinders, der im vorliegenden Beispiel eine flache Facette aufweist;
2H zeigt einen horizontalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2G;
21 zeigt einen vertikalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2G;
2J zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen Segments eines klassischen Zylinders, der im vorliegenden Beispiel zwei flache Facetten aufweist;
2K zeigt einen horizontalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2J;
2L zeigt einen vertikalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2J;
2M zeigt eine perspektivische Ansicht eines deformierten klassischen Zylinders;
2N zeigt einen horizontalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2M;
20 zeigt einen vertikalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2M;
2P zeigt eine perspektivische Ansicht eines deformierten klassischen Zylinders;
2Q zeigt einen horizontalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2P;
2R zeigt einen vertikalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2P;
2S zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen deformierten klassischen Zylinders;
2T zeigt einen horizontalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2S;
2U zeigt einen vertikalen Querschnitt des zylindrischen Elements von 2S;
3A zeigt eine schematische Explosionsansicht einer ersten möglichen Ausführungsform eines zylindrischen Elements und einer streifenförmigen retrodirektiven Antennengruppe;
3B zeigt eine schematische Draufsicht auf die Elemente von 3A, nachdem sie zusammengebaut wurden;
4A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines zylindrischen Elements mit einer flachen Fläche und einer streifenförmigen retrodirektiven Antennengruppe, die neben dieser flachen Fläche angebracht ist;
4B zeigt eine schematische Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines zylindrischen Elements mit fünf flachen Bereichen und einer streifenförmigen retrodirektiven Antennengruppe, die neben jedem dieser flachen Bereiche angebracht ist;
5A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines zylindrischen Elements;
5B zeigt einen schematischen Querschnitt der Ausführungsform von 5A;
6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines zylindrischen Elements, das eine Trommelform aufweist;
7A zeigt eine vergrößerte Ansicht einer DPR-Ausführungsform einer FDRA-Ausführungsform;
7B zeigt eine vergrößerte perspektivische, halbtransparente Ansicht einer anderen DPR-Ausführungsform;
8A zeigt eine schematische Ansicht einer DPR-Ausführungsform und eine Abstraktion dieses DPR-Elements;
8B zeigt eine schematische Ansicht einer DPR-Ausführungsform und eine Abstraktion dieses DPR-Elements;
8C zeigt eine schematische Ansicht einer DPR-Ausführungsform und eine Abstraktion dieses DPR-Elements;
9A zeigt eine schematische Ansicht einer DPR-Ausführungsform und eine Abstraktion dieses DPR-Elements;
9B zeigt eine schematische Ansicht einer DPR-Ausführungsform und eine Abstraktion dieses DPR-Elements;
9C zeigt eine schematische Ansicht einer DPR-Ausführungsform und eine Abstraktion dieses DPR-Elements;
10A zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines co-polaren Vollduplex-2N-FDRA mit N = 2;
10B zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines co-polaren Vollduplex-2N-FDRA mit N = 3;
11A zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer kreuzpolaren retrodirektiven Gruppe mit 2N FDRA mit N = 2;
11B zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer kreuzpolaren retrodirektiven Gruppe mit 2N FDRA mit N = 3;
12A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform eines 2N-FDRA mit N = 3, die auf dem Blockdiagramm von 10B basiert;
12B zeigt eine schematische Draufsicht auf eine andere beispielhafte Ausführungsform eines 2N-FDRA mit N = 3, die hier eine Anzahl von steuerbaren / einstellbaren Elementen umfasst;
13 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine andere beispielhafte Ausführungsform, die fünf Spalten von Antennenanordnungen und sphärischen Kopplungselementen für eine verbesserte Kopplung der Antennenelemente an das zylindrische Element umfasst;
14A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines zylindrischen Elements, einer Säule aus kugelförmigen Elementen und einer streifenförmigen retrodirektiven Antennengruppe;
14B zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform von 14A;
15 zeigt eine vergrößerte schematische Draufsicht auf einen Teil einer anderen Ausführungsform, die ein an einem zylindrischen Element montiertes kugelförmiges Element zeigt;
16 zeigt eine schematische Draufsicht eines Radarsystems, umfassend ein auf einer Straße fahrendes Auto und eine Installation am Straßenrand mit einer hierin vorgestellten Vorrichtung;
17A zeigt eine schematische perspektivische Explosionsansicht einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung, wie sie hier dargestellt ist;
17B zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung, wie sie hier dargestellt ist;
18A zeigt eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung, wie sie hier dargestellt ist, die an dem Pfosten eines Verkehrszeichens angebracht ist;
18B zeigt eine schematische vergrößerte Ansicht von 18A;
19A zeigt einen schematischen Querschnitt eines zylindrischen Elements in einer ersten Situation;
19B zeigt einen schematischen Querschnitt des zylindrischen Elements von 19A in einer zweiten Situation;
20A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die in den Belag einer Straße integriert ist;
20B zeigt einen schematischen Querschnitt einer Vorrichtung, die zur Integration in den Belag einer Straße geeignet ist;
21 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein anderes Radarsystem, das zwei Autos umfasst, die auf einer Straße fahren und eine Vorrichtung der Erfindung umfasst.

Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche ist ein zylindrisches Element 10 ein dreidimensionaler Körper, der in einigen Fällen eine rotationssymmetrische Form in Bezug auf eine Mittelachse A1 aufweist. Um einen solchen Körper zu erhalten, wird eine zweidimensionale Ebene um diese Mittelachse A1 gedreht. Diese Aussage gilt beispielsweise für die Ausführungsform von 1A-1C.
Nicht alle Ausführungsformen haben eine Mittelachse A1 und nicht alle Ausführungsformen des zylindrischen Elements 10 sind in Bezug auf eine Mittelachse A1 rotationssymmetrisch. Die jeweilige Achse wird hier daher als Längsachse A1 bezeichnet.
Im Falle eines klassischen Zylinders (vgl. 1A) hat die zweidimensionale Ebene die Form eines Rechtecks (vgl. 1C), die Längsachse A1 ist identisch mit der Mittelachse A1 und sie schneidet dieses Rechteck in zwei gleiche Hälften und verläuft parallel zu zwei der Seitenkanten des Rechtecks. Der Querschnitt des klassischen Zylinders ist auf jeder Ebene des Zylinders ein Kreis (vgl. 1B).
Für die Zwecke dieses Dokuments ist ein zylindrisches Element nicht notwendigerweise ein klassischer Zylinder. Es ist auch möglich, modifizierte dreidimensionale Körper zu verwenden, die der Form eines Zylinders ähneln, die Annäherungen, Variationen oder Modifikationen eines Zylinders sind oder die Unterteilungen oder Segmente eines klassischen Zylinders oder einer Variation oder einer Modifikation eines Zylinders sind.
Die 2A bis 2C zeigen eine beispielhafte Annäherung eines klassischen Zylinders. Der jeweilige dreidimensionale Körper dieses zylindrischen Elements 10 hat ein Zwölfeck als horizontalen Querschnitt (vgl. 2B) und ein Rechteck (vgl. 2C) als vertikalen Querschnitt.
Variationen oder Modifikationen eines Zylinders können erhalten werden, indem der dreidimensionale Körper eines klassischen Zylinders verformt wird oder indem der dreidimensionale Körper einer Näherung eines klassischen Zylinders verformt wird. Das Wort Verformung umfasst das Komprimieren, Dehnen, Verzerren, Biegen und Ausbeulen.
Die 2D bis 2F zeigen ein beispielhaftes Segment eines klassischen Zylinders. Der jeweilige dreidimensionale Körper dieses zylindrischen Elements 10 hat einen Kreis, bei dem ein Segment entfernt wurde, als horizontalen Querschnitt (vgl. 2E) und ein schmales Rechteck (vgl. 2F) als vertikalen Querschnitt.
Die 2G bis 2I zeigen ein weiteres beispielhaftes Segment eines klassischen Zylinders. Der jeweilige dreidimensionale Körper dieses zylindrischen Elements 10 hat eine flache Facette oder einen flachen Abschnitt und ein Rechteck (vgl. 21) als vertikalen Querschnitt.
Die 2J bis 2L zeigen ein weiteres beispielhaftes Segment eines klassischen Zylinders. Der jeweilige dreidimensionale Körper dieses zylindrischen Elements 10 hat zwei flache Facetten oder Abschnitte und ein Rechteck (vgl. 2L) als vertikalen Querschnitt.
Die 2M bis 20 zeigen einen beispielhaften deformierten klassischen Zylinder. Der jeweilige dreidimensionale Körper dieses zylindrischen Elements 10 hat ein Oval als horizontalen Querschnitt (vgl. 2N) und ein Rechteck (vgl. 20) als vertikalen Querschnitt.
Die 2P bis 2R zeigen einen beispielhaften deformierten klassischen Zylinder. Der jeweilige dreidimensionale Körper dieses zylindrischen Elements 10 hat einen kreisförmigen horizontalen Querschnitt (vgl. 2Q) und einen ovalen vertikalen Querschnitt (vgl. 2R).
2S bis 2U zeigen einen weiteren beispielhaften deformierten klassischen Zylinder (als Kegelstumpf bezeichnet). Der jeweilige dreidimensionale Körper dieses zylindrischen Elements 10 hat auf allen Ebenen kreisförmige horizontale Querschnitte (vgl. 2T) und einen trapezförmigen vertikalen Querschnitt (vgl. 2R).
Es versteht sich, dass jede Abweichung vom idealen rotationssymmetrischen Zylinderkörper die Wellenausbreitung und die Fokussierungseigenschaften beeinflusst. Solche Abweichungen können eingesetzt werden, um die Wellenausbreitungs- und Fokussierungseigenschaften zu bestimmen. Es ist zum Beispiel möglich, ein zylindrisches Element 10 bereitzustellen, das einen Fokusbereich 11 innerhalb des Materials seines Körpers aufweist, ein zylindrisches Element 10 bereitzustellen, das einen Fokusbereich 11 direkt an der Außenfläche 13 seines Körpers aufweist, oder ein zylindrisches Element 10 vorzusehen, das einen Fokusbereich 11 außerhalb des Materials seines Körpers aufweist. Ein zylindrisches Element 10 mit einem Fokusbereich 11 außerhalb des Materials seines Körpers kann unter Verwendung eines virtuellen Linsenradius berechnet / entworfen werden, der größer als r1 ist.
Eine erste Ausführungsform ist in den Figg. 3A und 3B gezeigt. 3A zeigt eine Explosionsansicht der beiden Grundkomponenten einer Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 umfasst ein zylindrisches Element 10, das eine Mittelachse A1 aufweist. Das zylindrische Element 10 basiert in diesem Beispiel auf 1A - 1C und ist im Wesentlichen axialsymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse A1. Das zylindrische Element 10 ist mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante ε_i(r) versehen, die von einem äußeren Teil des zylindrischen Elements 10 in Richtung der Mittelachse A1 radial zunimmt. Die Dielektrizitätskonstante ε_i(r) und der Brechungsindex n stehen wie folgt in Beziehung zueinander: ε_i = n². Bei Bedarf ist es somit möglich, das eine in das andere umzuwandeln.
In zumindest einigen Ausführungsformen zeigt die Dielektrizitätskonstante ε_i nur horizontale Variationen, d.h. Variationen in einer horizontalen Ebene. Mit anderen Worten kann der zylindrische Körper des Elements 10 in eine Anzahl sehr dünner hohlzylindrischer Hautschichten unterteilt werden. Jede dieser Hautschichten hat eine homogene Dielektrizitätskonstante ε_i und jede dieser zylindrischen Hautschichten hat einen anderen Radius. Die äußerste Hautschicht hat eine Dielektrizitätskonstante ε_min und einen Radius, der dem Radius r1 entspricht (vgl. 3B). Die innerste Hautschicht hat eine Dielektrizitätskonstante ε_max und einen Radius, der Null oder nahezu Null ist. Alle Hautschichten sind konzentrisch um die Mittelachse A1 angeordnet. Jede dieser Hautschichten hat eine andere Dielektrizitätskonstante ε_i, d.h. ε_max ≠ ε_min .
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist der Körper des zylindrischen Elements 10 ein idealer Zylinder (als klassischer Zylinder bezeichnet; vgl. 1A bis 1C). Es ist jedoch auch möglich, einen Körper zu verwenden, der eine Annäherung, eine Variation oder eine Modifikation eines Zylinders ist oder der eine Unterteilung oder ein Segment eines klassischen Zylinders oder einer Variation oder einer Modifikation eines Zylinders ist, wie zuvor besprochen.
Es versteht sich von selbst, dass alle Details, die hier mit einer spezifischen Form eines zylindrischen Elements 10 beschrieben werden, auch in Verbindung mit dem anderen zylindrischen Element 10 verwendet werden können.
Zusätzlich zu dem zylindrischen Element 10, umfasst die Vorrichtung 100 ferner eine retrodirektive Antennengruppe 20, die mindestens 2N Antennenelemente 30 umfasst, wobei N eine ganzzahlige Zahl mit N = 1, 2, 3 usw. ist. Die Ausführungsform von 3A, 3B zeigt eine retrodirektive Antennengruppe 20 mit zwei (N = 1) Antennenelementen 30, die Teil einer einzelnen Spalte sind. Eine einspaltige (1D) Antennengruppe 20 wird verwendet, um eingehende Wellen in der vertikalen Ebene zurückzuführen.
Um einen gegebenen Winkelsektor in einer horizontalen Ebene vollständig abzudecken (vgl. effektiven Fernfeldakzeptanzwinkel β₂ ), können mehrere Spalten des Antennenarrays 20 kombiniert werden (vgl. beispielsweise 4B). Wenn mehrere Spalten der Antennengruppe 20 verwendet werden, wird ihr Winkelabstand am besten aus der Strahlbreite mit halber Leistung der Fernfeldstrahlung bestimmt, die von einer einzelnen Gruppe mit Kollimation durch das zylindrische Linsenelement 10 erzeugt wird.
Die beiden Antennenelemente 30 sind schematisch in 3A dargestellt. In dem vorliegenden Beispiel befinden sie sich auf einem streifenförmigen Träger oder einer Rückwand 21. Die jeweilige Antennengruppe 20 ist mit einer Ausrichtung parallel zur Achse A1 direkt an oder nahe der Außenfläche 13 des zylindrischen Elements 10 positioniert. 3B zeigt die Antennenanordnung 20, die an der Außenfläche 13 des zylindrischen Elements 10 angebracht ist.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist der streifenförmige Träger oder die Rückwand 21 ein flaches Element. Es liegt jedoch auch im Rahmen des vorliegenden Dokuments, einen streifenförmigen Träger oder eine Rückwand 21 zu verwenden, die eine nicht-flache Form aufweist (4B zeigt eine entsprechende Ausführungsform mit einer bogenförmigen Rückwand 21).
In bevorzugten Ausführungsformen wird die nicht-flache Form so gewählt, dass der streifenförmige Träger oder die Rückwand 21 leicht an einer gekrümmten oder facettierten Außenfläche 13 des Elements 10 montiert oder angebracht werden kann (vgl. 4B).
Bisher wurden verschiedene Formen und Arten von zylindrischen Elementen 10 angesprochen. Im Folgenden werden Aspekte bezüglich ihrer Herstellung beschrieben.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann das zylindrische Element 10 einen gewickelten Körper aufweisen. Ein gewickelter Körper, der durch Aufwickeln eines flachen Streifens gebildet wird, wird im Sinne des vorliegenden Dokuments auch als zylindrischer Körper betrachtet.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann das zylindrische Element 10 einen Körper aufweisen, der aus dünnen Häuten, Schichten oder Schalen zusammengesetzt ist. Das heißt, ein Körper, der mehrere aufeinander gestapelte kreisförmige Schichten umfasst, wird ebenfalls als zylindrischer Körper betrachtet.
Es ist nicht erforderlich, dass der Körper des zylindrischen Elements 10 aus einem Block hergestellt ist. Es ist auch möglich, eine Matrix-, Maschen-, Gitter- oder Wabenstruktur als Baustein des Körpers des zylindrischen Elements 10 bereitzustellen.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element 10 so ausgelegt, dass es einen linearen Fokusbereich 11 an der Außenfläche 13 des zylindrischen Elements 10 vorsieht. Der lineare Fokusbereich 11 hat eine Längsrichtung, die sich parallel zur Achse A1 erstreckt, wie in 3A dargestellt. Er kann eine Breite im Bereich zwischen 1 mm und einigen Zentimetern haben. Der lineare Fokusbereich 11 von 3A ist sehr schmal.
Das zylindrische Element 10 wird nicht als Wellenleiter verwendet, bei dem eine elektromagnetische Welle über eine ebene Endfläche 14 (vgl. 3A) empfangen wird, um sich entlang der Achse A1 zu bewegen. Im Gegensatz dazu wird die elektromagnetische Welle über eine gekrümmte Umfangsfläche empfangen (die jeweilige Fläche wird hier als Vorderseite 22 bezeichnet, vgl. 3A und 3B) und wird veranlasst, sich mehr oder weniger horizontal (d.h. senkrecht zur Achse A1) durch den Körper des zylindrischen Elements 10 zu bewegen.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element 10 so ausgelegt, dass es eine Brennweite vorsieht, die dem Radius r1 des zylindrischen Elements 10 entspricht. Mit anderen Worten, eine elektromagnetische Welle, z.B. eine Radarwelle, die an einer Vorderseite 22 in das zylindrische Element 10 eintritt, wird auf den linearen Fokusbereich 11 an der Außenfläche 13 fokussiert. In 3A und 3B ist die Abmessung der Vorderseite 22 mittels gestrichelter Kurven dargestellt. In dem vorliegenden Beispiel empfängt die jeweilige Vorderseite 22 ebene Wellen in einem horizontalen Sektor, der durch einen Akzeptanzwinkel βi von etwa 120 Grad begrenzt ist. Der effektive Fernfeldakzeptanzwinkel β₂ , der hauptsächlich durch die Anzahl, Größe und Position der Antennengruppe 20 relativ zum zylindrischen Element 10 definiert ist, ist im vorliegenden Beispiel viel kleiner.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element 10 als Linse vom Luneburg Typ ausgelegt, mit der Bedingung, dass für den Zweck des vorliegenden Dokuments die jeweilige Linse eine zylindrische und nicht die sphärische Form einer klassischen Luneburg Linse aufweist. Zusätzlich zu der zylindrischen Form haben die Linsen, wie sie in den jeweiligen Ausführungsformen verwendet werden, einen Brechungsindex n, der von außen radial zur Achse A1 hin zunimmt, wenn man einen Querschnitt senkrecht zur Achse A1 betrachtet.
Die Variation des Brechungsindex n(r) einer Linse vom Luneburg Typ kann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden: $n (r) = \sqrt{ε_{r}} = \sqrt{2 - r^{2}}$
In mindestens einigen anderen Ausführungsformen wird das zylindrische Element 10 unter der Bedingung ausgelegt, ein homogenes Material mit konstantem Brechungsindex zu verwenden. Dies kann bei zylindrischen Elementen 10 mit kleinen Durchmessern (bis zu einigen Wellenlängen in freier Luft) immer noch zu einer akzeptablen Leistung führen.
Eine zylindrische Linse 10 vom Luneburg Typ sammelt die einfallende planare Welle über ihre beleuchtete Oberfläche (Vorderseite 22) ein. Bei der Ausbreitung durch das Gradientenindexmedium der Linse 10 wandelt sich die planare Welle allmählich in eine konvergierende zylindrische Welle um und resultiert in einer „Fokuslinie“ FL (auch mit der Referenznummer 11 bezeichnet) parallel zur (inneren) Längsachse A1. Die höchste Leistungsdichte wird an der Fokuslinie FL erzielt.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element 10 mit mindestens einem flachen Bereich 12 versehen, wie in 4A dargestellt. Der flache Bereich 12 erstreckt sich parallel zur Achse A1 und der flache Bereich 12 der Ausführungsform von 4A befindet sich am Außenumfang 13 des zylindrischen Elements 10. Die jeweilige Ausführungsform könnte als eine Kombination der zylindrischen Elemente 10 von 1A und 2A angesehen werden. Die jeweilige Ausführungsform könnte als Abwandlung des zylindrischen Elements 10 von 2G angesehen werden.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist das zylindrische Element 10 mit mehreren flachen Bereichen 12 versehen, wie in 4B dargestellt (die Ausführungsform von 4B hat fünf flache Bereiche 12).
Wie in 4A und 4B dargestellt, ermöglicht der flache Bereich 12 eine einfachere Montage des zylindrischen Elements 10 und der Antennengruppe 20. Die zylindrischen Elemente 10 der 4A und 4B als solche haben einen konstanten Radius r1. In der Nähe der flachen Fläche(n) 12 ist der Radius jedoch kleiner. Der jeweils kürzere Radius wird hier als Radius r1* bezeichnet.
Für die Herstellung der Linse 10 vom Luneburg Typ stehen eine Reihe von technologischen Verfahren zur Verfügung, und es gibt genügend Literatur, die über die verschiedenen Herstellungsansätze berichtet. Es ist zum Beispiel möglich, Schaum zu verwenden, der gepresst wird, um die erforderliche Variation des Brechungsindex n(r) bereitzustellen. Unter bestimmten Bedingungen kann ein geeigneter (offenzelliger, ohne zu starke Zerstörung plastisch verformbarer) Polymerschaum komprimiert werden, um eine dauerhaft höhere Dichte - als ursprünglich hergestellt - und damit eine höhere Permittivität zu erreichen. Ein mechanisch hergestelltes Dickenprofil einer Platte mit gleichmäßiger Dichte wird somit z.B. in eine Platte konstanter Dicke umgesetzt, der eine schrittweise oder kontinuierliche Permittivitätsverteilung zeigt. Details sind zum Beispiel in „Foam Based Luneburg Lens Antenna at 60 GHz‟, J. Bor et al., Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 3, No. 44, Seiten 1-7, 2014, angegeben.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das zylindrische Element 10 ein Schaumstoffplattenmaterial, das so gewickelt ist, dass es einen zylindrischen Körper bildet. Während des Aufwickelns des Schaumstoffplattenmaterials wird der Druck geändert, um die gewünschte / erforderliche Änderung der Permittivität als Funktion des Radius r1 bereitzustellen. Mit zunehmendem Radius r1 wird die Permittivität ε_i(r) verringert. Mit anderen Worten ist die Permittivität ε_i(r) an oder nahe der Achse A1 größer als an der Außenfläche 13 des zylindrischen Elements 10. Je höher die Dichte des Schaumstoffplattenmaterials ist, desto größer wird die Permittivität ε_i(r).
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das zylindrische Element 10 eine Anzahl von hohlen zylindrischen Schaumstoffschichtelementen, von denen jedes eine unterschiedliche Permittivität ε_i(r) aufweist und von denen jedes einen unterschiedlichen Radius aufweist. Diese hohlen zylindrischen Schaumstoffschichtelemente sind koaxial um die Achse A1 angeordnet, um ein geschichtetes zylindrisches Element 10 bereitzustellen.
5A zeigt eine perspektivische Ansicht eines oberen Teils eines zylindrischen Elements 10, das in dieser Ausführungsform mehrere konzentrisch angeordnete Hohlzylinderelemente (dünne Schichten oder Schalen) umfasst. 5B zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Achse A1 eines zylindrischen Elements 10, das eine Anzahl konzentrisch angeordneter Hohlzylinderelemente umfasst. Konzentrisch angeordnete Kreise werden verwendet, um den sich ändernden Brechungsindex (bzw. die sich ändernde Permittivität ε_i(r)) dieser Hohlzylinderelemente anzuzeigen. In 5B ist die Wellenausbreitung in schematischer Form gezeigt, dargestellt durch quasi-optische Strahlen. Alle parallelen Strahlen, die einer einfallenden elektromagnetischen Welle zugeordnet sind, werden innerhalb des zylindrischen Elements 10 intern abgelenkt, so dass sie in einen Brennpunkt FP fokussiert werden. Da das zylindrische Element 10 eine Abmessung parallel zur Achse A1 aufweist, ist der Brennpunkt FP Teil einer Brennlinie 11 (auch Fokuslinie FL genannt), wie in Verbindung mit 3A erwähnt.
Abhängig vom gewählten Permittivitätsprofil der Linse 10 vom Luneburg Typ, erscheint diese Fokuslinie FL auf der Zylinderlinsenoberfläche 13 etwas näher an der Linsenachse oder weiter außen.
Wie nachstehend beschrieben wird, ist die Antennengruppe 20 an einer geeigneten Position in Bezug auf das zylindrische Element 10 (vorzugsweise an oder nahe der Fokuslinie FL) angeordnet. Die optimale Position der Antennengruppe 20 hängt von der Position des Phasenzentrums des tatsächlich verwendeten Antennenelements 30 (Patch-, Ring-, Schlitzantenne) ab. Die beste Position kann durch elektromagnetische Vollwellensimulation gefunden werden, wobei die radiale Position der Antennengruppe 20 geringfügig variiert wird, um eine maximale Fernfeldverstärkung zu erzielen.
6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines zylindrischen Elements 10, das eine Trommelform aufweist (hier auch als abgeschnittene Ellipsoidgradientenlinse bezeichnet). Ein solches trommelförmiges zylindrisches Element 10 könnte beispielsweise durch Modifizieren des zylindrischen Elements 10 von 2P erhalten werden. Ein Querschnitt des trommelförmigen zylindrischen Elements 10 senkrecht zur Achse A1 umfasst eine Anzahl konzentrisch angeordneter Elemente (wie in 5B).
Es ist ein Vorteil des trommelförmigen zylindrischen Elements 10, dass es eine Fokussierungsfunktion parallel zur Achse A1 bereitstellt. Während ein klassischer Zylinder (vgl. 3A) eine Fokuslinie 11 aufweist, die so lang ist wie die Länge des zylindrischen Elements 10, weist das trommelförmige zylindrische Element 10 eine kürzere Fokuslinie 11 auf. Dies bedeutet, dass die Antennengruppe 20 möglicherweise weniger Antennenelemente 30 aufweist als die Antennengruppe 20 eines klassischen Zylinderelements 10.
Für Anwendungen im Radarbereich ist die Vorrichtung 100 speziell zur Verwendung im Frequenzbereich zwischen 100 MHz und 500 GHz ausgelegt. Bevorzugte Ausführungsformen sind für elektromagnetische Radarwellen im Frequenzbereich zwischen 50 GHz und 90 GHz ausgelegt. Insbesondere sind die Ausführungsformen für elektromagnetische Radarwellen im Frequenzbereich zwischen 76 GHz und 81 GHz ausgelegt, um die Vorrichtung 100 in Verbindung mit aktuellen und zukünftigen Fahrzeugradarsystemen einsetzen zu können. Der weltweite Harmonisierungstrend geht in Richtung 77 GHz bis 81 GHz (manchmal auch als 79 GHz-Band bezeichnet) für Breitband- / hochauflösende MRR- und SRR-Anwendungen, da die jeweiligen Komponenten im Vergleich zu Frequenzbereichen mit 24 GHz und 26 GHz kleiner und leistungsfähiger sind. LRR wird weiterhin den Bereich von 76 GHz bis 77 GHz verwenden.
Für Anwendungen im Radarbereich ist die Vorrichtung 100 speziell dazu ausgelegt, ein Vollduplex-Polarisationsverhalten zu zeigen. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung 100 eine starke „Antwort“ für alle Radarwellenpolarisationstypen liefert. Das heißt, Bei mindestens einigen Ausführungsformen zeigt die Vorrichtung 100 ein Vollduplex-Polarisationsverhalten, um auf die verschiedenen Radarwellenpolarisationstypen, die von Automobilherstellern verwendet werden, „reagieren“ zu können.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das Antennenarray 20 mindestens N = 2 Antennenelemente 30, die mittels Übertragungsleitungen 31 (oder Übertragungsleitungsnetzwerken) miteinander verbunden sind, um elektromagnetische Radarwellen, die durch das zylindrische Element 10 empfangen werden, wieder ausstrahlen zu können. Anstelle einer Antennengruppe 20 mit einer geraden Anzahl von Antennenelementen 30 ist es auch möglich, eine Antennengruppe 20 mit 2N + 1 Antennenelementen 30 zu verwenden, wie später erläutert wird.
Bei Ausführungsformen mit 2N + 1-Antennenelementen werden die rotationssymmetrischen Verbindungsnetzwerke durch eine Selbstverbindung mit der gleichen Verzögerungszeit am zentralen Element zwischen den beiden orthogonalen Anschlüssen ergänzt.
Im Fall von Ausführungsformen mit 2N + 1-Antennenelementen mit spiegelsymmetrischem Verbindungsnetz können Übertragungsleitungsstummel halber Länge verwendet werden, um eine reflektierte Welle mit geeigneter Verzögerung bereitzustellen, um konstruktiv zur rückgerichteten Strahlung beizutragen (offener oder Kurzschlussabschluss mit korrekter Phaseneinstellung).
Ein gemeinsamer zusätzlicher Phasenfaktor kann zu allen Verbindungsleitungen eines einzelnen FDRA in Bezug auf gestapelte weitere Gruppen (die dieselbe Achse teilen) und in Bezug auf laterale Nachbargruppen hinzugefügt werden.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die Antennengruppe 20 so ausgelegt, dass sie Reziprozität zeigt. Das heißt, Wellen können sich entlang der Übertragungsleitungen des Verbindungsnetzes (gleichzeitig) in beide Richtungen ausbreiten, wobei sie demselben komplexen Übertragungsfaktor unterliegen. Somit empfangen und strahlen Elemente der Antennengruppe 20 gleichzeitig elektromagnetische Radarwellen aus.
Ein Antennenelement 30 ist ein Grundbaustein jeder Antennengruppe 20. In allen Ausführungsformen umfassen die Antennenelemente 30 ein doppelt polarisiertes Strahlerelement oder Antennenelement mit vier Anschlüssen (wobei nicht verwendete Anschlüsse weggelassen werden oder offen bleiben).
In den Figuren sind doppelt polarisierte Strahlerelemente 30 dargestellt, die jeweils vier Anschlüsse aufweisen, da ein Antennenelement 30 mit vier Anschlüssen die allgemeinste Implementierung darstellt. Es ist jedoch möglich, zwei Anschlüsse (als nicht verwendete Anschlüsse bezeichnet) der vier Anschlüsse offen zu lassen oder sogar die zwei nicht verwendeten Anschlüsse wegzulassen, d.h. die zugehörigen leitenden Strukturen zu eliminieren.
Vorzugsweise werden doppelt polarisierte Strahler (DPR) - Elemente 30 in einer paarweisen Anordnung verwendet, um eine retrodirektive Vorrichtung 100 zur Verwendung in Verbindung mit Radaranwendungen zu erhalten. 3A zeigt eine paarweise Anordnung von zwei doppelt polarisierten Strahlerelementen 30 in einer vertikalen Anordnung (d.h. N = 1). Es ist jedoch auch möglich, die zwei DPR-Elemente 30 eines Paares horizontal anzuordnen (vorausgesetzt, das zylindrische Element 10 ist auch horizontal angeordnet).
Für die Zwecke des vorliegenden Dokuments ist ein DPR-Element 30 ein elektromagnetischer Reflektor, der zum Zurückabstrahlen einer einfallenden elektromagnetischen Welle ausgelegt ist. Diese DPR-Elemente sind paarweise in Bezug auf ein geometrisches Zentrum der Vorrichtung 100 angeordnet. Jedes DPR-Element 30 der symmetrisch angeordneten Elementpaare 30 ist durch separate Übertragungsleitungen 31 miteinander verbunden. Die elektromagnetischen Weglängen dieser Übertragungsleitungen sind gleich.
Details einer möglichen Implementierung eines DPR-Elements 30 sind in 7A gezeigt. Das Element 30 in diesem Beispiel hat eine Kreisform mit einem Resonanzring 35 in der Mitte.
Das heißt, ein Mikrostreifen mit einer Ringstruktur 35 ist vorgesehen. Diese Ringstruktur 35 hat eine Umfangslänge von 1 Wellenlänge bei der gewünschten Mittenfrequenz. Es ist ein Vorteil einer Ringstruktur 35 mit 1 Wellenlängenumfangslänge, dass sie zu einer λ/2-Längsresonanz (ähnlich der klassischen Mikrostreifen-Patchantenne) führt, die mit einem Speiseanschluss 32 effektiv kapazitiv angeregt werden kann. Das jeweilige Resonanz Feld zeigt eine ungefähre elektrische Symmetrieebene.
Diese kapazitiven Anschlüsse 32 dienen als Strahleranschlüsse. Schwarze Elemente repräsentieren Strukturen, die elektrisch leitend sind. Das DPR-Element 30 umfasst ferner zwei Anschlüsse 32, die in um 90° gedrehten Positionen angeordnet und außerhalb des Umfangs der Ringstruktur 35 platziert sind (siehe den Winkel W in 7A). Das DPR-Element 30 hat eine Symmetrieachse Sym, wie in 7A dargestellt.
Bei dem in 7A dargestellten Beispiel der DPR-Ausführungsform wird der Begriff „Anschluss“ verwendet, um eine spezifische Lösung zum Anregen eines Strahlerelements mit orthogonalen Resonanzfeldorientierungen zu bezeichnen. Der kapazitive Anschluss dieses Beispiels erfüllt die Funktion als Mikrowellenanschluss. Dies ist ein geeigneterer Begriff, wenn die verallgemeinerten Aspekte einer Klasse von doppelt polarisierten Strahlern behandelt werden, die für den Bau von FDRAs geeignet sind. In diesem Zusammenhang wird es auch synonym zum Bezeichnen der zugänglichen Anschlüsse von Ersatzschaltungen oder Schaltungsblöcken verwendet. Es versteht sich von selbst, dass andere doppelt polarisierte Strahlertypen als Mikrostreifenringstrukturen mit rückseitigem Hohlraum, beispielsweise ein Mikrostreifenpatch, ein Patch mit rückseitigem Hohlraum, zweifach spiegelsymmetrische Schlitzanordnungen in einem Breitseitenleiter eines Substrat-integrierten Wellenleiters usw. gemäß den Lehren dieses Dokuments als retrodirektive Gruppenelemente verwendet werden können. Bei einem Beispiel für eine geeignete Implementierung des zuletzt genannten Substrat-integrierten Wellenleiters bezieht sich der Begriff „Anschluss“ auf einen Querschnitt der Strahler speisenden Wellenleiter in gleichem Abstand vom Strahlerzentrum (dem Schnittpunkt der Symmetrieebenen), der bei 90° gedrehten Positionen zueinander positioniert ist (unter Anwendung des Winkels W von 7A). Auch die Anregung von strahlerimmanenten Resonatoren (die gemäß der vorliegenden Offenbarung mindestens 2 orthogonale Moden unterstützen) muss nicht kapazitiv sein, sondern kann induktiv sein (z.B. durch eine Reiheninduktivität oder eine kurze Länge der Übertragungsleitung von hoher Impedanz oder z.B. im Falle eines Substrat-integrierten Wellenleiters, der durch eine Shuntinduktivität gebildet wird) oder sogar durch eine direkte Verbindung hergestellt wird.
Wenn der Anschluss 32 auf der linken Seite von 7A durch eine elektromagnetische Welle angeregt wird, ist der andere Anschluss 32 isoliert. Aufgrund der gegenseitigen kapazitiven Kopplung zwischen den Anschlüssen 32 beträgt die Isolation nicht 100%.
In bevorzugten Ausführungsformen ist ein Stummel oder eine Nase 37 an der Ringstruktur 35 vorgesehen, wie in 7B dargestellt. Dieser Stummel oder diese Nase 37 ist optional. Wenn ein solcher Stummel oder eine solche Nase 37 vorgesehen ist, ist sie an der Symmetrieachse Sym ausgerichtet und zeigt vorzugsweise von den Signalsonden 32 weg.
Ein Durchgangsloch 33 kann in der Mitte des Elements 30 angeordnet sein. Dieses Durchgangsloch 33 erstreckt sich durch den Träger oder die Rückwand 21 hindurch, die als Substrat des Elements 30 dient. Ein dielektrisches Substrat wie Polyimid (Kapton® von DuPont), Flüssigkristallpolymer (LCP, z.B. von Rogers Corp.) oder ein verlustarmes wärmehärtbares Material mit hohem Tg (wie Astra®-MT77 von Isola Group) können beispielsweise als Träger oder Rückwand 21 verwendet werden. Der Kreis in 7A zeigt an, dass sich unter dem Element 30 ein Hohlraum 36 befindet.
Der Hohlraum 36 hat einen Durchmesser, der vorzugsweise so gewählt ist, dass er innerhalb der Betriebsfrequenzbandbreite nicht von selbst mitschwingt. Im Falle eines kreisförmigen Hohlraums muss die Grenzfrequenz des TE₁₁-Grundmodus f_c = 1,841 *c₀/(π*D_c) größer sein als fmax, die maximal interessierende Betriebsfrequenz. Der gewählte Durchmesser D_c kann daher auch klein genug gehalten werden, um die gegenseitigen Strahlerabstandskriterien für den Gitterstrahlkeulen-freien Betrieb des FDRA zu erfüllen.
Die Tiefe d des Hohlraums 36 ist nicht kritisch, aber in bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Tiefe d mindestens das Vierfache der Dicke des Substrats 21 (vgl. 7B). Eine solche Mindesttiefe d gewährleistet eine gute Strahlungseffizienz.
Da der luftgefüllte Hohlraum 36 unterhalb der schwebend aufgehängten Mikrostreifenringstruktur 35 über das Dielektrikum des dünnen Substrats dominiert, nähert sich die Wellenlänge entlang des Ringumfangs der Wellenlänge des freien Raums an.
Falls gewünscht, kann eine Kopplungsstruktur (z.B. eine kleine dielektrische Kugel) zwischen dem zylindrischen Element 10 und der Ringstruktur 35 angeordnet werden. Die Kopplungsstruktur sorgt für eine verbesserte Kopplung und der Ringdurchmesser kann verringert werden. Das Durchgangsloch 33 in der Mitte des Elements 30 in 7A kann zum perfekten Zentrieren und Fixieren einer solchen Kopplungsstruktur in Bezug auf die Ringstruktur 35 verwendet werden, z.B. durch Bereitstellen eines kleinen koaxialen, zylindrischen Vorsprungs mit einem passenden Durchmesser auf seiner Rückseite, der zur Ringstruktur hin ausgerichtet ist.
Die Verwendung einer Kopplungsstruktur hat den Vorteil, dass aufgrund der starken und effizienten Kopplung der gegenseitige Abstand zwischen dem zylindrischen Element 10 und der Ringstruktur 35 vergrößert werden kann. Die Kopplungsstruktur kann auch verwendet werden, um eine genau definierte symmetrische Schnittstelle zum DPR-Element 30 (d.h. im reaktiven Nahfeld des Ringresonators) bereitzustellen, während die vom DPR-Element 30 in Richtung des zylindrischen Elements 10 abgestrahlten Wellen an den Brennpunkt FP oder die Krümmung der Phasenebene der Brennlinie FL angepasst sein können.
7B zeigt eine transparente perspektivische Ansicht eines anderen DPR-Elements 30. Im Gegensatz zu dem DPR-Element 30 von 7A umfasst der Resonanzring 35 des DPR-Elements 30 von 7B eine kleine Nase 37, die im Wesentlichen eine radiale Ausrichtung in Bezug auf die Mitte des Elements 30 hat. Diese Nase 37 sorgt für eine verbesserte Entkopplung zwischen abgestrahlten Feldern, welche vom ersten und vom zweiten Anschluss 32 angeregt werden. Mit anderen Worten, die Qualität der Neuzusammensetzung von Strahlungsfeldern wird verbessert (eine bessere Annäherung an die ideale Orthogonalität wird erreicht).
8A - 8C und 9A - 9C zeigen schematische Draufsichten von DPR-Elementen 30 mit Ringstruktur 35, zwei Anschlüssen 32 und mit einem optionalen Stummel oder einer optionalen Nase 37. Auf der rechten Seite von 8A - 8C und von 9A - 9C sind die entsprechenden Schaltungsblöcke gezeigt. Die Layouts links zeigen die beiden tatsächlich verwendeten orthogonalen kapazitiven Anschlüsse 32. Die Schaltungsblöcke auf der rechten Seite zeigen alle vier Anschlusspositionen, die möglicherweise verwendet werden. Die vier Anschlüsse werden hier durch kleine Dauerlutscher symbolisiert, die aus dem Kasten 38 herausragen, die das Antennenelement 30 darstellt. Nur zwei von vier Anschlusspositionen werden tatsächlich auf der linken Seite verwendet, und somit sind nur zwei Anschlüsse 32 auf der rechten Seite verbunden. Die Pfeile in dem Kasten 38 zeigen die Ausrichtungen einfallender elektrischer Felder, die die maximalen Antworten an den zugeordneten Anschlüssen erzeugen.
Anschlüsse auf gegenüberliegenden Seiten des Kastens 38 regen den gleichen Ringresonatormodus an und haben genau die gleiche Verzögerung in Bezug auf eingehende Wellen, zeigen jedoch eine Phasendifferenz von 180°. Dies kann für eine weiter vereinfachte Verdrahtung verwendet werden, neben der Vermeidung von Signalkreuzungen zwischen Verbindungsleitungen durch die einseitige anstelle einer ausbalancierten Anschlussanregung.
Die DPR-Elemente 30 von 8A - 8C sind zur direkten Anregung vertikaler und horizontaler Polarisationen geeignet. Die DPR-Elemente 30 von 9A - 9C sind zur Handhabung von +45°- und -45°-Polarisationen geeignet. Wenn die möglichen Anschlusspositionen um 45° gedreht werden, wird eine sehr bequeme Variante zur co-polaren Reflexion aller linearen Polarisationen erhalten (siehe zum Beispiel 9A).
Jeder Polarisationszustand von abgestrahlten Feldern (lineare Polarisation beliebiger Orientierung quer zur Ausbreitungsrichtung, elliptische und kreisförmige linkshändige und rechtshändige Polarisationen) kann durch Kombinieren kohärenter Anregungen an den beiden Anschlüssen eines DPR mit dem richtigen Phasen- und Amplitudenverhältnis erzeugt werden. Eine einfache Berechnung übersetzt die Anregung von einer intrinsischen vertikalen / horizontalen Polarisationsbasis in eine Polarisationsbasis von + 45° / -45°. Wichtige Unterschiede ergeben sich jedoch im Rahmen der Erfindung aus der Gesamtorientierung des FDRA und des zusammenwirkenden zylindrischen Elements 10 in Bezug auf eingehende Wellen und seiner Beziehung zu dem vom spezifischen Radarsensor der Marke X, Typ Y, verwendeten Radarwellenpolarisationszustand (z.B. vertikale Polarisation, horizontale Polarisation, + 45° oder -45° Polarisation). Um die gewünschte, z.B. maximierte, Reaktion auf den spezifischen Radartyp(en) zu erzielen, können bestimmte Verbindungsschaltungstopologien und daher DPR-Elementorientierungen vorzuziehen sein.
Es gibt einen bemerkenswerten Unterschied zwischen Reflektoren gerader Ordnung basierend auf der V/H-Orientierung (vgl. 8A - 8C) und Reflektoren basierend auf der +/- 45°-Anschlussorientierung (vgl. 9A - 9C): die erste zeigt ein äquivalentes Reflexionsverhalten mit einem schrägen (auf +/-45° ausgerichteten) dihedralen Reflektor, die zweite zeigt ein Äquivalent zu einem aufrechten oder horizontal ausgerichteten.
Die Varianten mit Anregung nur von der linken Seite (vgl. 9B) und von der rechten Seite (vgl. 9C) spielen nur bei einigen kreuzpolaren Reflektortypen (gerader Ordnung) eine Rolle.
Obwohl sowohl V/H-Anschlussversionen (vgl. 8A - 8C) als auch + 45°/-45°- Anschlussversionen (vgl. 9A - 9C) der Antennenelemente 30 für co-polare retrodirektionale Gruppen 20 verwendet werden können, sind letztere aufgrund eines höheren Symmetriegrades und etwas kürzerer Verbindungsübertragungsleitungen vorzuziehen. Dies kann FDRAs mit höherer Elementezahl ermöglichen.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst die Antennengruppe 20 2N = 4 DPR-Elemente 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, wie in 10A schematisch dargestellt. Die beiden Elemente 30.1 und 30.2 bilden ein inneres Paar und die beiden Elemente 30.3 und 30.4 bilden ein äußeres Paar. Die Übertragungsleitungen 31.1, 31.2 sehen eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.1, 30.2 vor, und die Übertragungsleitungen 31.3, 31.4 sorgen für eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.3, 30.4. Wie in 10A dargestellt, ist jede Übertragungsleitung 31.1, 31.2, 31.3, 31.4 durch eine Verzögerung τ₁ gekennzeichnet. Die Antennengruppe 20 von 10A ist für eine co-polare linear polarisierte Rückreflexion ausgelegt. Das Design ist in Bezug auf die Linie SP1 vollständig spiegelsymmetrisch. Das zylindrische Element 10 (in 10A nicht gezeigt) sorgt für eine Rückreflexion in der Ebene quer zu seiner Achse (horizontale Ebene in dem gezeigten Fall).
Es gibt eine Symmetrieebene durch die Linie SP1, die in Bezug auf die Zeichnungsebene von 10A orthogonal ist. Die symmetrische Anordnung der Elemente / Merkmale der DPR-Elemente 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 in Bezug auf die Symmetrieebene SP1 in Kombination mit dem Verbindungsnetz, das aus Verzögerungsleitungen 31.3, 31.2, 31.3, 31.4 besteht, die dieselbe Symmetrie aufweisen, sorgen für höchste Genauigkeit hinsichtlich der Wiedergabe des Polarisationszustands der ankommenden Welle in den Rückweg.
Somit haben bei mindestens einigen Ausführungsformen die DPR-Elemente einer Antennengruppe 20 eine symmetrische Anordnung in Bezug auf eine Symmetrieebene oder Linie SP1.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst die Antennengruppe 20 2N = 6 DPR-Elemente 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5, 30.6, wie in 10B schematisch dargestellt. Die beiden Elemente 30.1 und 30.2 bilden ein erstes inneres Paar; die beiden Elemente 30.3 und 30.4 bilden ein zweites inneres Paar, und die beiden Elemente 30.5 und 30.6 bilden ein äußeres Paar. Die Übertragungsleitungen 31.1, 31.2 sehen eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.1, 30.2 vor, und die Übertragungsleitungen 31.3, 31.4 sorgen für eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.3, 30.4, und die Übertragungsleitungen 31.5, 31.6 sorgen für eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.5, 30.6. Wie in 10B dargestellt, ist jede Übertragungsleitung 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 durch eine Verzögerung τ₃ gekennzeichnet. Das Design ist in Bezug auf die Linie SP1 vollständig spiegelsymmetrisch. Das zylindrische Element 10 sorgt für eine Rückreflexion in der Ebene quer zu seiner Achse (im gezeigten Fall horizontale Ebene).
Wie in 10B dargestellt, werden in dieser besonderen Ausführungsform nur die oberen Anschlusspaare der Elemente 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5, 30.6 verwendet, während die unteren Anschlusspaare offen bleiben (nicht verwendete Anschlüsse).
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst die Antennengruppe 20 2N = 4 DPR-Elemente 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, wie in 11A schematisch dargestellt. Die beiden Elemente 30.1 und 30.2 bilden ein inneres Paar und die beiden Elemente 30.3 und 30.4 bilden ein äußeres Paar. Die Übertragungsleitungen 31.1, 31.2 sehen eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.1, 30.2 vor, und die Übertragungsleitungen 31.3, 31.4 sorgen für eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.3, 30.4. Wie in 11A dargestellt, ist jede Übertragungsleitung 31.1, 31.2, 31.3, 31.4 durch eine Verzögerung τ₁ gekennzeichnet. Die Antennengruppe 20 von 11A ist als kreuzpolare Vollduplexgruppe 20 ausgelegt.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst das Antennenarray 20 2N = 6 DPR-Elemente 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5, 30.6, wie in 11B schematisch dargestellt. Die beiden Elemente 30.1 und 30.2 bilden ein erstes inneres Paar; die beiden Elemente 30.3 und 30.4 bilden ein zweites inneres Paar, und die beiden Elemente 30.5 und 30.6 bilden ein äußeres Paar. Die Übertragungsleitungen 31.1, 31.2 sehen eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.1, 30.2 vor, und die Übertragungsleitungen 31.3, 31.4 sorgen für eine elektromagnetische Verbindung der Elemente 30.3, 30.4, und die Übertragungsleitungen 31.5, 31.6 sorgen für eine elektromagnetische Verbindung von die Elemente 30.5, 30.6. Wie in 11B dargestellt, ist jede Übertragungsleitung 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 durch eine Verzögerung τ₃ gekennzeichnet. Die Antennengruppe 20 von 11B ist als kreuzpolare Vollduplexgruppe 20 ausgelegt.
Es ist auch möglich, Antennengruppen 20 bereitzustellen, die 2N + 1 = 5 DPR-Elemente umfassen.
Falls gewünscht, kann die jeweilige Verzögerung τ₁ einstellbar gemacht oder durch eine elektronische Gruppenlaufzeitverzögerung (z.B. mittels Bandpass-, Hochpass- oder Tiefpassfilter) verbessert werden.
Falls gewünscht, kann die jeweilige Verzögerung τ₃ einstellbar gemacht oder durch eine elektronische Gruppenlaufzeitverzögerung (z.B. mittels Bandpass-, Hochpass- oder Tiefpassfilter) verbessert werden.
Die jeweilige Verzögerung τ1,τ₃ kann durch die Bereitstellung von Übertragungsleitungen festgelegt werden, die genau die gewünschte Weglänge haben, um die notwendigen Ausbreitungsverzögerungen bereitzustellen.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen werden Wellenleiter fester Länge verwendet, um die jeweilige Verzögerung τ₁ ,τ₃ bereitzustellen. Es ist jedoch auch möglich, abstimmbare Verzögerungsleitungen zu verwenden.
Die Antennengruppen 20 von 10A und 10B sind so ausgelegt, dass sie mit allen linearen Polarisationen arbeiten, aber diese Ausführungsformen erfordern im Fall einer zirkularen Polarisation einen kreuzpolarisierten Empfänger auf der Fahrzeugseite. Mit anderen Worten, die linearen Polarisationen werden von den Antennengruppen 20 reproduziert, und eine zirkulare Polarisation wird von den Antennengruppen 20 invertiert (sie ähnelt einer Reflexion ungerader Ordnung). Das heißt, wenn eine der Antennengruppen 20 von 10A oder 10B eine linkszirkular polarisierte (LHCP) elektromagnetische Welle empfängt, leitet sie eine rechtszirkular polarisierte (RHCP) elektromagnetische Welle zurück und umgekehrt.
Die Antennengruppen 20 von 11A und 11B sind so ausgelegt, dass sie mit vertikalen und horizontalen linearen Polarisationen sowie mit zirkularen Polarisationen arbeiten. Diese Ausführungsformen erfordern im Falle einer zirkularen Polarisation keinen kreuzpolarisierten Empfänger auf der Fahrzeugseite. Mit anderen Worten werden die vertikalen und horizontalen linearen Polarisationen durch die Antennengruppen 20 reproduziert, und eine zirkulare Polarisation wird ebenfalls reproduziert. Das heißt, wenn eine der Antennengruppen 20 von 11A oder 11B eine linkszirkular polarisierte (LHCP) elektromagnetische Welle empfängt, leitet sie eine linkszirkular polarisierte (LHCP) elektromagnetische Welle zurück.
Die Antennenanordnungen 20 von 11A und 11B erzeugen eine kreuzpolare Antwort auf die Schrägpolarisation. Das heißt, wenn eine der Antennengruppen 20 von 11A oder 11B ein polarisiertes E-Feld von -45° empfängt, leitet sie ein polarisiertes E-Feld von +45° zurück.
Die 10A bis 11B zeigen einige grundlegende Ausführungsformen der Antennengruppen 20. Andere Ausführungsformen und Schaltungsanordnungen sind ebenfalls möglich. Abhängig von den Ausführungsformen und Schaltungsanordnungen erzeugt die Gruppe 20 eine Phasenverschiebung (z.B. eine 180°-Phasenverschiebung).
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst die Antennengruppe 20 mindestens sechs DPR-Elemente 30.1 bis 30.6, wie in 12A schematisch dargestellt. Der Aufbau dieser Antennengruppe 20 basiert auf dem Blockschaltbild von 10B. Die beiden Elemente 30.1 und 30.2 bilden ein inneres Paar, die beiden Elemente 30.3 und 30.4 bilden ein zweites inneres Paar und die beiden Elemente 30.5 und 30.6 bilden ein äußeres Paar. Die Übertragungsleitungen 31.1 bis 31.6 sorgen für eine elektromagnetische Verbindung der Elemente und sind so ausgelegt, dass sie für eine gleichmäßige Verzögerung τ₃ sorgen.
12B zeigt eine schematische Draufsicht auf eine andere beispielhafte Ausführungsform eines 2N-FDRA mit N = 3. Diese Ausführungsform umfasst eine Anzahl von steuerbaren / einstellbaren Elementen 24, die mittels kleiner weißer Rechtecke dargestellt sind. Die steuerbaren / einstellbaren Elemente 24 sind in die jeweiligen Übertragungsleitungen 31.1 bis 31.6 integriert. Varaktordioden können beispielsweise als steuerbare / einstellbare Elemente 24 verwendet werden.
Die Varaktordioden können verwendet werden, um eine Phasenverschiebung der elektromagnetischen Wellen vorzusehen, bevor diese zum Sendeempfänger eines Fahrzeugs VH zurückgeleitet werden.
Wie erwähnt, kann es in allen Ausführungsformen einen Hohlraum 36 unter einigen oder allen Antennenelementen 30 geben. Die jeweiligen DPR-Elemente 30 werden daher als hohlraumunterbaute Ringresonatoren bezeichnet.
Zumindest einige Ausführungsformen können dielektrische Kopplungselemente 40 (z.B. kugelförmige, ellipsoide, ovale oder stabförmige Elemente) umfassen, wie in 13 dargestellt. In diesen Ausführungsformen kann der Resonanzring 35 eine kreisförmige Schulter umfassen, um einen genau definierten Sitz des Kopplungselements 40 vorzusehen.
Details einer solchen Anordnung sind in 13 dargestellt. In dieser Figur ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 100 mit einem zylindrischen Element 10 und mit fünf Antennengruppen 20 gezeigt. Jedes Antennenelement 30 der Antennengruppen 20 umfasst ein sphärisches Kopplungselement 40. Jedes solche Element 40 ist durch ein Montageelement 41 befestigt, das von dem Träger oder der Rückwand 21 getragen wird. Das sphärische Element 40 könnte auf dem Resonanzring 35 positioniert sein, so dass ein kleiner unterer Abschnitt des Elements 40 in ein Durchgangsloch 33 des Trägers oder der Rückwand 21 hinein ragt. Es ist jedoch auch möglich, eine stumpfe Kopplung des Linsenelements 40 und des Resonanzrings 35 vorzusehen.
13 zeigt auch, dass die Elemente 40 so positioniert werden können, dass sie den Umfang des zylindrischen Elements 10 berühren. Es ist auch möglich, die Elemente 40 so zu positionieren, dass sie in den Körper des zylindrischen Elements hineinragen. Eine entsprechende Ausführungsform ist in 15 dargestellt. Wie man in 15 sehen kann, kann das zylindrische Element 10 eine äußere Schicht oder Beschichtung 15 umfassen.
Die Elemente 40 sind optional. Wenn solche Elemente 40 verwendet werden, wird das Material dieser Elemente 40 so gewählt, dass sie eine effiziente Kopplung der Radarwelle von einer Position an oder nahe der Fokuslinie oder dem Bereich 11 in den Resonanzring 35 ermöglichen. Um eine effiziente Kopplung zu gewährleisten, muss jedes Element 40 genau in Bezug auf den Resonanzring 35 positioniert sein.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen, die Elemente 40 umfassen, dass aufgrund der sehr effizienten Kopplung zwischen dem zylindrischen Element 10 und den jeweiligen Antennenelementen 30 die Größe der Resonanzringe 35 der Antennenelemente 30 relativ klein sein kann.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird ein dielektrisches Material für die Kopplungselemente 40 verwendet, so dass die jeweiligen Elemente 40 als Wellenleiter zum Koppeln / Leiten der elektromagnetischen Radarwelle vom zylindrischen Element 10 in die Resonanzringe 35 dienen können und umgekehrt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den 14A und 14B gezeigt. 14A zeigt eine perspektivische Ansicht der Grundkomponenten einer Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 umfasst ein zylindrisches Element 10, das eine zentrale (innere) Längsachse A1 aufweist. Es umfasst ferner eine 1-Spalten-Antennengruppe 20, die sich in der Nähe des zylindrischen Elements 10 befindet. Um eine effizientere elektromagnetische Kopplung zwischen den einzelnen Antennenelementen 30 der Antennengruppe 20 und dem zylindrischen Element 10 bereitzustellen, gibt es eine Spalte der Kopplungselemente 40. Die Spalte der Kopplungselemente 40 ist so ausgelegt und montiert, dass ein sphärisches Kopplungselement 40 pro Antennenelement 30 vorgesehen ist. 14B zeigt eine Draufsicht auf die Ausführungsform von 14A.
Aufgrund der Tatsache, dass nur eine Spalte der Kopplungselemente 40 und eine Spalte der Antennenelemente 30 vorgesehen sind, ist der effektive Fernfeld-Akzeptanzwinkel β₂ kleiner als der Gesamtakzeptanzwinkel β₁ des zylindrischen Elements 10 als solches.
Die Ausführungsform von 13, die zuvor beschrieben wurde, hat einen effektiven Fernfeldakzeptanzwinkel β₂ , der durch das Segment des Umfangs des zylindrischen Elements 10 definiert ist, das mit Antennengruppen 20 bedeckt ist. Jedes Antennenelement 30 hat eine optische Achse 34, die so angeordnet ist, dass sie zur (inneren) Längsachse A1 zeigt. Alle optischen Achsen 34 haben genau an dieser Achse A1 einen gemeinsamen Schnittpunkt. Wenn das zylindrische Element 10 ein klassischer Zylinder ist, definieren die beiden äußeren optischen Achsen 34 von 13 den effektiven Akzeptanzwinkel β₂ .
Das vorliegende Dokument betrifft auch Radarsysteme 200, auch als Gesamtsysteme bezeichnet, die mindestens eine Vorrichtung 100 und einen Radarsendeempfänger 201.1 umfassen. Die Vorrichtung 100 kann in einem stationären Modus eingesetzt werden, z.B. neben einem Fahrweg DP, wie einer Straße. Ein Beispiel ist in 16 gezeigt. Die Vorrichtung 100 kann jedoch auch als Teil eines Fahrzeugs VH (z.B. eines Baufahrzeugs, eines Krankenwagens oder eines Polizeiautos oder eines normalen Fahrzeugs) verwendet werden oder Teil einer mobilen Barriere sein (zum Beispiel um auf einer Straße positioniert zu werden, um eine Baustelle abzusperren).
Ein solches Radarsystem 200, wie es anhand eines Beispiels in 16 gezeigt ist, könnte bei mindestens einigen Ausführungsformen mindestens einen fahrzeugmontierten Radarsendeempfänger 201.1, 201.2, 201.3 umfassen, der zum Aussenden einer elektromagnetischen Radarwelle ausgelegt ist. 16 zeigt ein Auto VH mit drei Radarsendeempfängern 201.1, 201.2, 201.3. Diese Sendeempfänger 201.1, 201.2, 201.3 werden hier durch kleine Dreiecke symbolisiert. Die beiden Sendeempfänger 201.1 und 201.2 sind zum Senden elektromagnetischer Radarwellen R1, R2 in nach außen gerichteten Strahlen ausgelegt (z.B. zum Erfassen von kreuzenden Verkehrs- und / oder Straßenrandobjekten). In dem vorliegenden Beispiel befindet sich auch ein Sendeempfänger 201.3 in einer Mittelposition. Dieser Sendeempfänger 201.3 sendet eine Radarwelle R3 in einem vorwärts gerichteten, weiter reichenden Strahl aus.
Wie zuvor erwähnt, umfasst das Radarsystem 200 ferner mindestens eine Vorrichtung 100 (d.h. einen elektromagnetischen Rückreflektor 100). In dem vorliegenden Beispiel ist diese Vorrichtung 100 an oder nahe einem Fahrweg DP positioniert. Dieser elektromagnetische Rückreflektor 100 umfasst hier eine Zylinderlinse 10, die mit einer vertikal ausgerichteten Achse A1 positioniert ist, und mindestens eine Antennengruppe 20 mit mindestens zwei Antennenelementen 30.1, 30.2, die sich auf einer Rückseite der Zylinderlinse 10 befinden. Die Vorrichtung 100 von 16 ist in eine feste Straßenrandinstallation 300 (z.B. den Pfosten 301 eines Verkehrszeichens) integriert.
Der Rückreflektor 100 ist so konstruiert und montiert, dass die von den Sendeempfängern 201.1 201.2 oder 201.3 emittierte Radarwelle R1, R2 oder R3 an einer Vorderseite 22 auf die Zylinderlinse 10 trifft. Die jeweilige Vorderseite 22 ist durch ein gestricheltes Segment des Außenumfangs des zylindrischen Elements 10 dargestellt. Von dort wandert die Radarwelle durch den „Körper“ des zylindrischen Elements 10, während sie auf einen Längsfokusbereich 11 auf der Rückseite fokussiert wird (vgl. den Fokuspunkt FP in 19A). Die jeweilige Antennengruppe 20 (nicht gezeigt) der Vorrichtung 100 von 16 ist als retrodirektive Antenne ausgelegt, die die Radarwelle, welche über den Fokusbereich 11 empfangen wird, zurück in das zylindrische Element 10 und von dort zurück zu Sendeempfänger(en) 201.1, 201.2 oder 201.3 reflektiert.
16 zeigt auf der linken Seite einen Querschnitt eines hohlen Pfostens 301. Innerhalb dieses Pfostens 301 befindet sich ein Rückreflektor 100. Einzelheiten einer möglichen Montageanordnung sind in 17A angegeben. Diese 17A zeigt eine Explosionsansicht einer kurzen Länge eines Pfostens 301 mit einer Ausnehmung 302 an einer Seite. Neben diesem Ausschnitt 302 ist ein Rückreflektor 100 gezeigt. Dieser Rückreflektor 100 umfasst mindestens ein zylindrisches Element 10 mit einer Vorderseite 22. Auf der Rückseite dieses zylindrischen Elements 10 befinden sich jeweils mehrere Antennengruppen 20, jeweils eine Spalte mit 2N- oder 2N + 1-Antennenelementen 30 umfassend. Um diese Antennenelemente 30 zu tragen, gibt es einen bogenförmigen Träger 23 oder eine Rückwand 21. Die Antennenelemente 30 befinden sich zwischen diesem Träger 23 oder der Rückwand 21 und dem Zylinderelement 10.
Um den Rückreflektor 100 in dem Hohlpfosten 301 zu montieren, könnte ein Befestigungsmittel 310 verwendet werden. Dieses Befestigungsmittel 310 umfasst beispielsweise zwei kreisförmige Endplatten 311. Diese Endplatten 311 sind so ausgelegt, dass sie die Zylinderlinse 10 zusammen mit den Antennengruppen 20 und dem Träger 23 oder der Rückwand 21 tragen können. In dem vorliegenden Beispiel sind die Endplatten 311 durch Stangen, Hebel oder Drähte 312 verbunden. Um für eine bestimmte Spannung für die Klemmung des Rückreflektor 100 zu sorgen, können Federn 313, wie in 17A dargestellt, oder anderer elastische Elemente oder einer Kombination einer Schraube und Mutter verwendet werden.
Wenn der Rückreflektor 100 zwischen den Endplatten 311 des Befestigungsmittels 310 an Ort und Stelle gehalten wird, kann die Gesamtanordnung in den Hohlpfosten 301 eingeführt werden. Innerhalb des Pfostens 301 kann der Rückreflektor 100 mit Schrauben, Klebebändern, Kleber, Klammern und/oder anderen Mitteln gesichert werden.
17B zeigt einen anderen Rückstrahler 100 (die Antennenelemente 30 sind nicht dargestellt). Das zylindrische Element 10 umfasst eine dünne Welle oder einen dünnen Stift 314, wie in 17B dargestellt. Die Welle oder der Stift 314 kann zur Montage des Rückreflektors 100 verwendet werden.
Um den Rückreflektor 100 außerhalb des Pfostens 301 eines Verkehrszeichens zu montieren, könnten beispielsweise Schlauchschellen als Befestigungsmittel 310 verwendet werden, wie dies schematisch in 18A und 18B dargestellt ist. Die Vorrichtung 100 könnte in diesem Fall in einem hohlen zylindrischen Gehäuse 101 angeordnet sein, das ein Fenster 102 aufweist (z.B. ein Fenster 102, das mit einer Radomfolie bedeckt ist). Das zylindrische Element 10 befindet sich direkt hinter diesem Fenster 102 in aufrechter Ausrichtung, so dass die Achse A1 vertikal ausgerichtet ist.
Anstelle von Schlauchschellen kann auch ein anderes Befestigungsmittel 310 verwendet werden.
Die Vorrichtung 100 kann auch an der Außenseite eines Reflektor- oder Begrenzungspfostens angebracht sein, die typischerweise an der Straßenseite in einem genau definierten Abstand zueinander angeordnet sind. Es ist auch möglich, die Vorrichtung 100 in einen solchen Reflektor oder Abgrenzungspfosten zu integrieren.
Abhängig von der tatsächlichen Implementierung kann der Gesamtwinkelbereich im Bereich von -45° bis 45° Grad liegen, d.h. der effektive Akzeptanzwinkel β₂ der Vorrichtung 100 sollte 90° abdecken (hierin als Typ 90 Vorrichtung bezeichnet). Es gibt jedoch Situationen, in denen ein kleinerer oder breiterer effektiver Akzeptanzwinkel β₂ der Vorrichtung 100 erforderlich ist.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung 100 so ausgelegt, dass sie einen Akzeptanzwinkel von 120° aufweist (siehe zum Beispiel 19A und 19B). In einigen Ausführungsformen kann es ausreichend sein, dass die Vorrichtung 100 eine Apertur von 90° aufweist, wie oben erwähnt. Es ist jedoch auch möglich, Ausführungsformen der Vorrichtung 100 bereitzustellen, die eine viel kleinere Apertur aufweisen (z.B. eine effektive Apertur von 45°).
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung 100 so ausgelegt, dass sie einen ersten Akzeptanzwinkelbereich (z.B. einen Bereich von 90° abdeckend) plus einen zweiten Akzeptanzwinkelbereich (z.B. einen Bereich von 10° abdeckend) aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform wird der erste Winkelbereich beispielsweise für entfernte Fahrzeuge VH in einem Abstand zwischen 100 m und 20 m verwendet, während der zweite Winkelbereich für einen kurzen Zeitraum verwendet wird, während das Fahrzeug VH an der Vorrichtung 100 vorbeifährt. Für eine „Kommunikation“ innerhalb des zweiten Winkelbereichs kann ein Radarsendeempfänger des Fahrzeugs VH mit kurzer Reichweite verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 19A und 19B werden nun weitere Aspekte einiger Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Wenn sich ein Fahrzeug VH, das den Radarsendeempfänger (z.B. den Sendeempfänger 201.1) trägt, einem mit einer Vorrichtung 100 ausgestatteten Pfosten 301 entlang eines geraden Fahrtweges DP nähert, wie in 16 dargestellt, treffen die Radarwellen auf das zylindrische Element 10 der Vorrichtung 100 mehr oder weniger mit einer Ausbreitungsrichtung parallel zur x-Achse des xy-Koordinatensystems. Diese Situation ist in 19A schematisch dargestellt, wobei angenommen wird, dass der Abstand zwischen dem Radarsendeempfänger (z.B. dem Sendeempfänger 201.1) und der Vorrichtung 100 mehr als 50 m beträgt.
Wenn das zylindrische Element 10 eine Gradientenlinse mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante ε_i(r) ist, die radial von einem äußeren Teil des zylindrischen Elements 10 zur Achse A1 hin zunimmt, werden alle parallelen Strahlen auf einen Fokuspunkt FP im Querschnitt von 19A fokussiert (oder Fokuslinie oder Bereich 11, wenn man berücksichtigt, dass das zylindrische Element 10 eine lineare Ausdehnung parallel zur Achse A1 aufweist). Der Fokuspunkt FP befindet sich in diesem Fall auf einer 6-Uhrposition, wenn der Umfang des zylindrischen Elements 10 als Uhren-Zifferblatt betrachtet wird.
In 19A gibt es einen gekrümmten Pfeil P1, der schematisch symbolisiert, dass sich das Fahrzeug VH um das zylindrische Element 10 bewegt, wenn sich das Fahrzeug VH der Vorrichtung 100 nähert (in diesem Fall wird die Bewegung des Fahrzeug VH parallel zur x-Achse vernachlässigt). Der gekrümmte Pfeil P2 symbolisiert, dass sich gleichzeitig der Fokuspunkt FP, Linie oder Bereich 11 im gleichen Sinne um die Zylinderachse A1 bewegt.
In 19B hat sich das Fahrzeug VH zu einem Punkt bewegt, an dem ein Winkel von 45° zwischen den Strahlen und der x-Achse erreicht ist. Der Winkel δ beträgt in diesem Fall auch 45°.
In jenen Ausführungsformen, die entworfen worden sind, um einen Winkelbereich abzudecken, wie in 19A und 19B dargestellt, ist die Antennengruppe 20 so konstruiert und montiert, dass sie mindestens den Winkelbereich Δ abdeckt.
Wenn beispielsweise eine Vorrichtung 100 vorgesehen werden soll, die Radarwellen nur in einem kleinen Bereich von 45° ± 10° reflektiert, ist es ausreichend, das zylindrische Element 10 mit Antennengruppen 20 in dem jeweiligen Winkelbereich Δ auf der Rückseite auszustatten. Je breiter der Winkelbetriebsbereich oder der effektive Akzeptanzwinkel β₂ ist, desto mehr (Spalten von) Antennengruppen 20 sind an der Rückseite des zylindrischen Elements 10 angebracht.
Eine Vorrichtung 100, wie sie in den 3A und 3B dargestellt ist, ist so ausgelegt, dass sie Radarwellen beispielsweise nur in einem engen Winkelbetriebsbereich von ± 2° um die Richtung der x-Achse effektiv reflektiert. Eine Vorrichtung 100, wie sie in 4B dargestellt ist, ist so ausgelegt, dass sie beispielsweise Radarwellen in einem Winkelbereich von ± 50° um die Richtung der x-Achse effektiv reflektiert. Der effektive Akzeptanzbereich ist in diesem Fall durch den Winkel β₂ = 100° definiert.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung 100 mit einer horizontal ausgerichteten Achse A1 an einem Fahrzeug VH (z.B. an der Rückseite eines Fahrzeugs VH2) installiert sein, wie in 21 als 402.1 / 100 gezeigt. Die zylindrischen Elemente 10 dieser Arten von Ausführungsformen müssen keine Gradientenindexlinsen sein. Die jeweiligen Ausführungsformen können mit einem zylindrischen Element ausgestattet sein, das als dielektrische Linse ausgeführt ist, eine innere Längsachse aufweist und ein dielektrisches Material mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante umfasst, um eine Fokussierung einer einfallenden elektromagnetischen Welle auf einen Fokusbereich bereitzustellen.
Wie in 21 weiter zu sehen ist, kann das folgende Fahrzeug VH1 irgendwo an seiner Vorderseite mit einer äquivalenten Vorrichtung 401.2 / 100 ausgestattet sein. Dadurch werden Radarsignale zurückreflektiert, die von einem der nach hinten gerichteten Radarsensoren (z.B. 202.4) des vorausfahrenden Fahrzeugs VH2 gesendet werden. Mit einer solchen Verwendung von retroreflektierenden Transpondern 100 der Erfindung kann die Kommunikationsschleife geschlossen und ein bidirektionaler Informationsaustausch zwischen Bordcomputern der Fahrzeuge VH1 und VH2 erzielt werden. Dies ist aufgrund einer sehr rudimentären Standardisierung von Signalen im digitalen Bereich trotz möglicherweise völlig unterschiedlicher Radarsensorfrequenzkanäle, Polarisation oder Wellenformaten der beteiligten Radarsensoren möglich. Somit ist eine Vorrichtung 100 der Erfindung, die als retroreflektierender (steuerbarer) Transponder verwendet wird, eine gemeinsame Grundlage zum Überbrücken der Lücken zwischen bestehenden heterogenen Radartechnologien.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen, die zur Verwendung in Verbindung mit einem bidirektionalen Informationsaustausch zwischen Bordcomputern der Fahrzeuge VH1 und VH2 ausgelegt sind, kann die Vorrichtung 100 mindestens ein FDRA umfassen, das eine Anzahl von steuerbaren Elementen 24 hat. Diese steuerbaren Elemente 24 werden verwendet, um Informationen dynamisch auf das rückreflektierte Signal aufzuprägen, das z.B. durch Radarsensor 201.3 des folgenden Fahrzeugs VH1 ausgesendet wurde. Unabhängig vom Polarisationsformat, Frequenzbereich, Wellenform usw., die vom Radarsensor 201.3 verwendet werden, können wichtige und / oder dringende Informationen vom Fahrzeug VH2 zum Fahrzeug VH1 übertragen werden, z.B. Signalisierung einer gerade eingeleiteten Notbremsaktion. Die minimale Verzögerung für die Erkennung und Reaktion auf eine solche gefährliche Situation kann erreicht werden, indem 1) nicht gewartet wird, bis eine messbare Verzögerung vom regulären Radarsensor des Fahrzeugs VH1 erkannt wird, und 2) ein elektronischer Notbremscode von VH2 gesendet wurde, der von VH1 empfangen und über eine drahtlose Kommunikationsverbindung an einen Kollisionsvermeidungsprozessor signalisiert wurde. Die positive Identifizierung und Authentifizierung des Notsignals wird durch die intrinsische Radarortungs- / Richtungsfunktion des Systems gewährleistet, die dazu beitragen würde, eine Reaktion auf falsche oder störungsartige Signale zu vermeiden.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen wird die Vorrichtung 100 als rückreflektierende Fahrbahnmarkierung verwendet. Eine solche rückreflektierende Fahrbahnmarkierung umfasst ein zylindrisches Element 10 mit einer horizontal ausgerichteten Achse A1 und umfasst mindestens eine Reihe von DPR-Elementen 30. 20A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines zylindrischen Elements 10, das mittels eines Montageblocks 315 montiert wird.
Die zylindrischen Elemente 10 dieser Arten von Fahrbahnmarkierungsausführungsformen müssen keine Gradientenindexlinsen sein. Die jeweiligen Ausführungsformen können mit einem zylindrischen Element ausgestattet sein, das als dielektrische Linse ausgeführt ist, eine innere Längsachse aufweist und ein dielektrisches Material mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante umfasst, um eine Fokussierung einer einfallenden elektromagnetischen Welle auf einen Fokusbereich bereitzustellen.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst eine rückreflektierende Fahrbahnmarkierung vorzugsweise eine, zwei oder drei Spalten von FDRA-Antennengruppen 20. 20B zeigt den schematischen Querschnitt eines jeweiligen zylindrischen Elements 10, das ausgestattet ist mit drei Spalten von FDRA-Antennengruppen 20. Die jeweiligen Antennengruppen 20 sind als Rechtecke dargestellt. Es kann einen Träger, eine Rückwand oder ein Substrat 21 geben, das zum Tragen der Antennengruppen 20 in einem vorbestimmten gegenseitigen (Winkel-) Abstand ausgelegt ist.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen umfasst eine solche rückreflektierende Fahrbahnmarkierung ein zylindrisches Element, das keine Gradientenindexlinse ist.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen sind solche retroreflektierenden Fahrbahnmarkierungen so ausgelegt, dass die Vorrichtung 100 ein- oder zweimal ein kurzes „Blinzeln“ von Null oder signifikant reduziertem RCS bei verschiedenen Höhenwinkeln vorsieht. Dieses „Blinzeln“ würde sich dann für die Sendeempfänger von sich annähernden Fahrzeugen VH in unterschiedlichen Entfernungen zeigen.
Eine ähnliche Vorrichtung 100 könnte beispielsweise auch als Rückreflexionsvorrichtung für bestimmte (statische) Signalisierungszwecke in aufrechter Position neben einem Fahrweg DP verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: zylindrisches Element / Linse
11: Fokusbereich / Fokusline
12: flacher Bereich
13: äusserer Umfang / äussere Oberfläche/ zylindrische Linsenoberfläche
14: Endfläche
15: Schicht oder Beschichtung / äusserste Schicht
20: Antennengruppe / FDRA
21: Träger / Rückplatte / Substrat
22: Vorderfläche
23: Träger
24: kontrollierbares/einstellbares Element
30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5, 30.6: Antennenelement/ DPR Element
31, 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6, 31.N: Übertragungsleitungen / Übertragungsleitungsnetzwerke
32: Anschlüsse
33: Durchgangsloch / Kontaktloch
34: optische Achse
35: ringförmiges Element
36: Hohlraum
37: Nase/ Stummel
38: Kasten
40: (sphärisches) Linsenelement / Kopplungselement
41: Montageelement
100: (retro-direktive) Vorrichtung / Rückreflektor
101: Gehäuse
102: Fenster
200: Gesamtsystem / Radarsystem
201, 201.1, 201.2, 201.3, 202.4: Radarsendeempfänger
300: Installation
301: Pfosten / Pfahl / Mast / Stange
302: Ausschnitt / Öffnung
310: Befestigungsmittel
311: Endplatten
312: Stab, Hebel, Draht
313: Feder, elastisches Element, Schraube und Mutter
314: Welle / Stift
315: Befestigungsblock
400: Gesamtsystem / Kommunikationssystem
401.2: Radarsendeempfänger / Vorrichtung
402.1: Radarsendeempfänger / Vorrichtung
A1: Achse / Zylinderachse / Mittelachse, Zentralachse / (innere) Längsachse
β₁: erste Apertur / Akzeptanzwinkel
β₂: (second) effektive Apertur / effektiver Akzeptanzwinkel
c₀: Lichtgeschwindigkeit
d: Tiefe
D_c: Durchmesser
DP: Fahrweg
Δ: Winkelbereich
δ: Winkel
ε_i(r): Permittivität / dielektrische Konstante
f_c: Grenzfrequenz
FP: Fokuspunkt
FL: Fokallinie / linearer Fokusbereich/ Fokuslinie
FP, FL: fokaler Bereich
ε_max: dielektrische Konstante
ε_min: dielektrische Konstante
λ: Wellenlänge
n, n(r): Brechungsindex
N: ganze Zahl
P: gegenseitiger Abstand
P1 P2: Pfeil
r1: Radius
r1*: Radius
R1 R2, R3, R4: Radarwelle
SP1: Symmetrieebene / Symmetrielinie
Sym: Symmetrieachse
τ₁, τ₂, τ₃: Verzögerung
VH, VH1, VH2: Vehikel / Auto / Laster / Fahrrad
W: Winkel
x-y: Koordinatensystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 18165029 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Foam Based Luneburg Lens Antenna at 60 GHz‟, J. Bor et al., Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 3, No. 44, Seiten 1-7, 2014 [0133]

Claims

Vorrichtung (100) umfassend - ein zylindrisches Element (10) mit einer inneren Längsachse (A1) und einem dielektrischen Material mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante (ε_i) um eine Fokussierung einer einfallenden elektromagnetischen Welle auf einen Fokusbereich (11, FP, FL) zu bewirken, - eine retrodirektive Antennengruppe (20), die mindestens zwei Antennenelemente (30) umfasst, wobei die Antennengruppe (20) im Fokusbereich (11, FP, FL) parallel zu der Längsachse (A1) angeordnet ist.
Die Vorrichtung (100) des Anspruchs 1, wobei sich der genannte Fokusbereich (11, FP, FL) innerhalb oder außerhalb dieses zylindrischen Elements (10) oder an einer Oberfläche (13) des genannten zylindrischen Elements (10) befindet.
Die Vorrichtung (100) des Anspruchs 1 oder 2, wobei die Antennengruppe (20) so konzipiert ist, dass sie gleichzeitig Radarwellen empfangen und aussenden kann.
Die Vorrichtung (100) einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das genannte zylindrische Element (10) - ein klassischer Zylinder, - ein dreidimensionaler Körper, der der Form eines Zylinders ähnelt, - eine Annäherung eines Zylinders, - eine Variation eines Zylinders, - eine Modifikation eines Zylinders, - eine Unterteilung eines klassischen Zylinders oder einer Variation oder einer Modifikation eines Zylinders; - ein Segment eines klassischen Zylinders oder einer Variation oder einer Modifikation eines Zylinders, ist.
Die Vorrichtung (100) eines der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das genannte dielektrische Material eine effektive Dielektrizitätskonstante (ε_i) aufweist, die radial von einem äußeren Teil des genannten zylindrischen Elements (10) in Richtung der genannten Achse (A1) ansteigt, um eine Fokussierung einer einfallenden elektromagnetischen Welle auf den genannten Fokusbereich (11, FP, FL) zu bewirken.
Die Vorrichtung (100) eines der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das zylindrische Element (10) eine Gradienten-Index-Linse mit einer axialen Symmetrie in Bezug auf die genannte Achse (A1) ist.
Die Vorrichtung (100) eines der vorhergehenden Ansprüche, wobei die genannte Antennengruppe (20) mindestens zwei Antennenelemente (30) umfasst, die durch Übertragungsleitungen (31.N) miteinander verbunden sind, um elektromagnetische Radarwellen, die durch das genannte zylindrische Element (10) empfangen werden, erneut auszustrahlen.
Radarsystem (200; 400) umfassend - mindestens einen fahrzeugmontierten Radarsendeempfänger (201.1, 201.2, 201.3), der für die Aussendung einer elektromagnetischen Radarwelle ausgelegt ist; - mindestens eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die als retrodirektive Antenne ausgelegt ist, welche die elektromagnetische Radarwelle in Richtung dieses Radarsendeempfängers (201.1, 201.2, 201.3) reflektiert.
Das Radarsystem (200) des Anspruchs 8, wobei sich die besagte Vorrichtung (100) in einer stationären Position befindet, und wobei die besagte Vorrichtung (100) vorzugsweise in oder an - einem Verkehrs- oder Strassenszeichen, - einem Pfosten oder Pfahl (301), - einer Leitplanke, - einer Unfallbarriere, - einer Bordsteinkante, - einer Straßenmarkierung, - einer Straßenbaustelle, - einer Ampel, - einem Gebäude, angebracht ist.
Das Radarsystem (200; 400) des Anspruchs 8, wobei die genannte Vorrichtung (100) in einem anderen Fahrzeug (VH1, VH2) oder in einer beweglichen Barriere montiert ist.