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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Retroreflektor-Vorrichtungen für RADAR-Anlagen zur Erhöhung der effektiven Rückstrahlfläche insbesondere von Fahrzeugen im Straßenverkehr oder in der Nautik.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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RADAR-Anlagen zur Bestimmung von Objekten werden in der Nautik verwendet, um bei eingeschränkten Sichtverhältnissen, wie beispielsweise Starkregen oder Nebel, Kollisionen mit anderen Schiffen zu vermeiden.
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In modernen Kraftfahrzeugen eingebaute innovative Fahrerassistenzsysteme nutzen RADAR-Module zur Erhöhung der Sicherheit bei kritischen Situationen im Straßenverkehr, wie beispielsweise beim Abbiegen.
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Für zukünftiges autonomes Fahren sind im Fahrzeug eingebaute RADAR-Anlagen unersetzliche Komponenten, die auch noch bei unzureichenden optischen Verhältnissen, wenn Komponenten wie Kameras und Lidaranlagen versagen, essentielle Informationen an den Steuerungscomputer liefern.
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Um zu gewährleisten, dass die von den RADAR-Anlagen ermittelten Daten korrekt ausgewertet werden können, ist eine rechtzeitige Erfassung notwendig, denn die Datenverarbeitung benötigt Rechenzeit, bevor eine angemessene Reaktion, wie beispielsweise die Auslösung eines Bremsvorganges, eingeleitet wird.
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Damit nicht bereits durch eine vom Wind über die Straße gewehte Plastiktüte eine Vollbremsung des autonom gesteuerten Fahrzeuges erfolgt, müssen die, von der im Fahrzeug eingebauten RADAR-Anlage empfangenen, Echosignale möglichst deutlich zwischen Signalen gefährdeter Objekte und bedeutungslosen Störsignalen differenzierbar sein.
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In der Schifffahrt werden zu diesem Zweck Retroreflektoren unterschiedlicher Bauart verwendet, welche die effektive Rückstrahlfläche kleiner Segelboote soweit erhöhen, dass diese von den RADAR-Anlagen großer Motorschiffe rechtzeitig und deutlich erkannt werden können, obwohl die eigentliche Rückstreufläche des Segelbootes ohne diese Retroreflektoren so gering ist, dass die schwachen Echosignale leicht übersehen werden können. Durch das frühzeitige Erkennen kann dann ein eventuell notwendiges Ausweichmanöver rechtzeitig eingeleitet werden. Für das angestrebte autonome Fahren von PKW im Straßenverkehr sind diesbezüglich lernfähige Algorithmen zur Erkennung und Verhalten der jeweils beteiligten Fahrzeuge entwickelt worden.
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Gemäß der Druckschrift
DE 11 2019 003 421 T5 mit der Bezeichnung: „Fahrunterstützungssteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug, Fahrunterstützungssteuerungssystem für ein Fahrzeug, und Fahrunterstützungssteuerverfahren für ein Fahrzeug“ können aus dem zeitlichen Ablauf zuvor erfasster RADAR-Echos die aktuellen Fahrzeugzustände und Verkehrssituationen erfasst und die sich voraussichtlichen daraus entwickelnden Fahrzeugzustände und Verkehrssituationen vorherberechnet werden, wodurch die erforderlichen Maßnahmen wie Ausweichen oder Bremsen rechtzeitig vom Steuerungscomputer initiiert werden können. Voraussetzung ist jedoch die rechtzeitige Erkennung der anderen Verkehrsteilnehmer.
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Gemäß der Druckschrift
DE 10 2015 001 970 A1 mit der Bezeichnung: „Adaptive Abstandssteuerung für Fahrzeuge“ gibt es Hinweise auf zahlreiche Verzögerungszeiten zwischen den erfassten Datensignalen und den darauffolgenden Reaktionen durch den Steuerungscomputer des Fahrzeuges, die dort als Setzzeitlücke und Steuerzeitlücke bezeichnet werden.
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Auch in der Druckschrift
DE 10 2019 214 121 A1 mit der Bezeichnung: „Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems“ wird ein Fahrerassistenzverfahren beschrieben. Es basiert auf einem zweifachen dort als Zeitlückenregelung bezeichneten Steuerungsalgorithmus, welcher kontinuierlich relative fahrdynamische Messwerte auswertet. Auch hierbei ist ein rechtzeitiges Erfassen weiterer Verkehrsteilnehmer zwingend erforderlich.
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Im Straßenverkehr sind insbesondere Fahrradfahrer stark gefährdet, weil deren Fahrzeuge nur eine sehr geringe Rückstrahlfläche besitzen, insbesondere, wenn die Fahrräder nicht aus schwerem Eisen, sondern zum großen Teil aus leichtem Verbundwerkstoff gefertigt sind. Dann sind die Fahrräder durch die RADAR-Anlagen der autonomen Fahrzeuge oder der Fahrzeuge mit integrierten Fahrerassistenzsystemen nur schwer rechtzeitig von anderen irrelevanten Objekten wie Mülltonnen oder Plastiksäcken zu unterscheiden.
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Um die Rückstrahlfläche von Fahrzeugen in der Nautik zu erhöhen gibt es zahlreiche Angebote im Fachhandel. Die Ausführungsformen sind stabförmig, eckig, tonnenförmig und es gibt auch mit Strom betriebene aktive RADAR-Retroreflektoren.
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Um die Rückstrahlfläche von Fahrrädern signifikant zu erhöhen sind immer wieder einige Prototypen erstellt worden, die alle auf die Verwendung von einem oder zwei triangularen Winkelreflektoren basieren.
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So hat ein am 9. Oktober 2016 gegründetes Startup-Unternehmen in Dallas USA mit der Bezeichnung „iLumaware Shield - Collision Prevention“ bereits einen einzelnen unter dem Sattel montierbaren nach hinten ausgerichteten triangularen Winkelreflektor mit integriertem Rücklicht entwickelt und durch Messungen ermittelt, dass sich dadurch die Entfernung zum Erkennen des Fahrrades durch eine typische Verkehrs-RADAR-Anlage von 75 Metern auf 198 Metern erweitern lässt.
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Die Arbeitsgruppe für Unfallmechanik Zürich hat ein Projekt mit der Bezeichnung: „Entwicklung eines Radarreflektors für Zweiräder“ durchgeführt und in dem Abschlussbericht vom 21.01.2019 [01] eine ausführliche Dokumentation zur Problematik mit dem Schwerpunkt der primären Anwendung der Reflektoren im innerstädtischen Umfeld vorgelegt. Es wurden einzelne triangulare Winkelreflektoren und eine Kombination von zwei triangularen Winkelreflektoren im Frequenzbereich 24 Ghz bis 26 GHz und im Bereich 77 GHz bis 81 GHz vermessen und untersucht.
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In den bisher bekannten Vorrichtungen konnte zwar die signifikante Verbesserung der effektiven Rückstrahlfläche nachgewiesen werden, jedoch gilt dies nur in einem stark eingeschränkten Winkelbereich. So erfolgt keine Anhebung der Echosignale bei Fahrten der Fahrräder durch enge Kurven. Insbesondere seitlich in den Erfassungsbereich der RADAR-Signale einfahrende Fahrräder, wie es an Kreuzungen typischerweise der Fall ist, wurden zu spät erkannt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik unter wenigstens einem der folgenden Aspekte zu verbessern:
- - Erzeugung eines signifikanten Echosignals über einen möglichst großen horizontalen Winkelbereich,
- - anwendungsspezifische modulare Ausbaumöglichkeit der Retroreflektor-Vorrichtungen bis hin zu einem vollständigen Winkelbereich von 360 Grad,
- - Möglichkeit der Erweiterung der modularen Retroreflektor-Vorrichtungen mit zusätzlichen Komponenten wie Beleuchtung, Atta-Array und Identifikations-Vorrichtungen.
- - sichere Erzeugung von Echosignalen auch bei vollständigem Stromausfall.
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Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert. Sie erlaubt insbesondere Lösungen wie folgt:
- Es können, je nach Bedarf und Anwendungsfall, die nur drei einzelnen Komponenten der modularen Retroreflektor-Vorrichtung so kombiniert werden, dass Retroreflektoren gebildet werden, die nur nach vorne oder nur nach hinten oder zusätzlich auch seitlich oder rundherum Echosignale an eine RADAR-Anlage liefern. Zusätzlich können Leuchtmittel oder zusätzliche optisch wirkende Reflektor-Scheiben ergänzt werden. Es können zusätzlich stromgespeiste elektronische Mikrowellenkomponenten integriert werden, die beispielsweise Identifikationssignale generieren, die telemetrisch gelesen werden können.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, rein beispielhaften und nicht beschränkenden Beschreibung in Verbindung mit den jeweiligen Figuren.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch einen trihedralen Winkelreflektor, bestehend aus drei dreieckförmigen, aus metallisch leitendem Material bestehenden Scheiben, welche jeweils in einem rechten Winkel aufeinander stehen und der als Retroreflektor für RADAR-Strahlen verwendet werden kann. Solche Retroreflektoren sind seit langem bekannt und entsprechen dem Stand der Technik.
- 2 zeigt schematisch einen dihedralen Winkelreflektor, bestehend aus zwei rechteckförmigen, aus metallisch leitendem Material bestehenden ebenen Scheiben, welche jeweils in einem rechten Winkel aufeinander stehen und der als Retroreflektor für RADAR-Strahlen verwendet werden kann. Solche Retroreflektoren sind seit langem bekannt und entsprechen dem Stand der Technik.
- 3 zeigt schematisch eine dreieckförmige, aus metallisch leitendem Material bestehende Scheibe, der als Reflektor für RADAR-Strahlen verwendet werden kann. Solche Reflektoren sind seit langem bekannt und entsprechen dem Stand der Technik.
- 4 zeigt schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete modulare Element X (1) als Vorderansicht mit den jeweiligen Eckpunkten A bis G.
- 5 zeigt schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete modulare Element X (1) mit den jeweiligen Eckpunkten A bis G aus einer seitlichen Perspektive.
- 6 zeigt schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete modulare Element Y (2) mit den Eckpunkten H bis M aus einer seitlichen Perspektive.
- 7 zeigt schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete modulare Element Z (3) mit den Eckpunkten N bis P aus einer seitlichen Perspektive.
- 8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, bestehend aus insgesamt fünf modularen Elementen, nämlich aus einem modularen Element X (1), aus zwei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3).
- 9 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt fünf modularen Elementen, nämlich aus einem modularen Element X (1), aus zwei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3).
- 10 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, bestehend aus insgesamt sieben modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3).
- 11 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung gemäß 10 in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt sieben modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3).
- 12 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus vier modularen Elementen Y (2) und aus drei modularen Elementen Z (3).
- 13 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung gemäß 12 in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus vier modularen Elementen Y (2) und aus drei modularen Elementen Z (3).
- 14 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus vier modularen Elementen Z (3).
- 15 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung gemäß 14 in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus vier modularen Elementen Z (3).
- 16 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt acht modularen Elementen, nämlich aus vier modularen Elementen X (1), aus vier modularen Elementen Y (2).
- 17 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt sechzehn modularen Elementen, nämlich aus acht modularen Elementen X (1), aus acht modularen Elementen Y (2).
- 18 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, die zusätzliche montierte optische Reflektoren (4) besitzt.
- 19 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, wobei diese zusätzliche montierte elektrisch betriebene Leuchtmittel (5) besitzt.
- 20 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, wobei diese zusätzliche montierte Wechselwirkungselemente (6) zur funkbasierten Datenübertragung besitzt.
- 21 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, wobei diese zusätzliche montierte Wechselwirkungselemente in Form planarer Atta-Arrays (7) besitzt.
- 22 zeigt schematisch beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines planarer Atta-Arrays, welches eine elektronische Beschaltung besitzt, die eine funkbasierten Datenübertragung ermöglicht.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es zeigt die 1 eine schematische Darstellung eines trihedralen Winkelreflektors, welcher aus drei dreieckförmigen, aus metallisch leitendem Material bestehenden Scheiben aufgebaut ist und der als Retroreflektor für RADAR-Strahlen verwendet werden kann. Solche Retroreflektoren sind seit langem bekannt und entsprechen dem Stand der Technik. Die elektrisch leitenden Flächen stehen in einem Winkel von 90 Grad aufeinander. Als Hilfsvorstellung zur Konstruktion dient ein Hohlwürfel mit quadratischen Seiten der Kantenlänge a, in die der trihedralen Winkelreflektor eingebettet ist. Die Diagonale der jeweiligen quadratischen Würfelflächen hat dann die Länge b und ist gleich der Kantenlänge a multipliziert mit der Quadratwurzel aus der Zahl Zwei.
Eintreffende RADAR-Strahlen werden in einem typischen Winkelbereich von etwa 40 Grad bezogen auf eine 3 dB-Leistungsgrenze durch drei Reflektionen an den metallischen Oberflächen in genau die Richtung zurück reflektiert, aus welcher der RADAR-Strahl auf den Winkelreflektor auftrifft. Der Einfallswinkel bezogen auf die Symmetrieachse des trihedralen Winkelreflektors, wobei letztere sich ergibt, wenn die räumliche Diagonale vom Eckpunkt des gedachten Hohlwürfels durch die dazu senkrecht stehende Diagonalfläche hindurch verlängert wird, ist unter der Bezeichnung Öffnungswinkel bekannt. Demnach bedeutet ein Öffnungswinkel von 40 Grad, dass eine Winkelabweichung von der Symmetrieachse von sowohl 20 Grad zu einer Seite als auch von 20 Grad zur genau gegenüberliegenden Seite bis zur Hälfte der eingestrahlten Energie reflektiert.
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Es zeigt die 2 schematisch einen dihedralen Winkelreflektor, bestehend aus zwei rechteckförmigen, aus metallisch leitendem Material bestehenden ebenen Scheiben, der als Retroreflektor für RADAR-Strahlen verwendet werden kann. Solche Retroreflektoren sind seit langem bekannt und entsprechen dem Stand der Technik. Die elektrisch leitenden Flächen stehen in einem Winkel von 90 Grad aufeinander. Die jeweiligen Tiefen der ebenen Scheiben haben wie in der 2 dargestellt eine Länge a wodurch sich als Abstand der beiden äußeren Kanten, die eine beliebige Länge c besitzen können, dann als geometrische Diagonale die Länge b besitzen, die dann gleich der Kantenlänge a multipliziert mit der Quadratwurzel aus der Zahl Zwei ist.
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Es zeigt die 3 schematisch eine dreieckförmige, aus metallisch leitendem Material bestehende Scheibe, der als Reflektor für RADAR-Strahlen verwendet werden kann. Solche Reflektoren sind seit langem bekannt und entsprechen dem Stand der Technik. Die Scheibe bildet ein gleichschenkeliges rechtwinkeliges Dreieck mit den Schenkellängen a und der Basislänge b und ist somit gleich der Kantenlänge a multipliziert mit der Quadratwurzel aus der Zahl Zwei.
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Für die nachfolgend beispielhaft beschriebenen Retroreflektor-Vorrichtungen, gebildet aus drei unterschiedlichen modularen Elementen, nämlich aus den modularen Elementen X (1), Y (2) und Z (3), die als Grundbausteine zum Aufbau von modularen kombinierten RADAR-Reflektoren als Funktionseinheiten dienen, wird festgelegt, dass die in den vorherigen beschriebenen Figuren verwendeten jeweiligen Längen a für alle beschriebenen modularen Elemente X (1), Y (2) und Z (3) innerhalb einer Funktionseinheit jeweils gleich sind und somit die daraus abgeleiteten und in den vorherigen beschriebenen Figuren verwendeten jeweiligen Längen b dann ebenfalls die bei allen modularen Elementen gleichen Werte besitzen. Nur so können die modularen Elemente zu passenden Funktionseinheiten zusammengesetzt werden.
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Werden komplexere Funktionseinheiten wie beispielsweise im Zusammenhang mit der 17 erläutert werden wird, aus modularen Elementen aufgebaut, die beispielsweise turmartig aufeinandergestapelt werden, so können die Längen a und somit auch b für die jeweils unterschiedlich aufgebauten Funktionseinheiten jedoch von denen anderer Funktionseinheiten abweichen. Innerhalb einer jeweiligen einzelnen Funktionseinheit sind sie jedoch stets gleich groß.
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Die verbale Beschreibung der Anordnung der verwendeten modularen Elemente X (1), Y (2) und Z (3), die dem Aufbau der jeweiligen Retroreflektor-Vorrichtungen dienen, verlangt zur Präzisierung nach einer detaillierten Angabe von Verbindungsstellen durch die Benennung von jeweiligen Eckpunkten, an denen die jeweiligen modularen Elemente X (1), Y (2) und Z (3) miteinander verbunden sind. Die Verbindungen der jeweils entsprechenden Kanten der modularen Elemente X (1), Y (2) und Z (3), ergibt sich dann zwangsläufig aus den geometrischen Formen der modularen Elemente X (1), Y (2) und Z (3).
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Es zeigt die 4 schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete modulare Element X (1) als Vorderansicht mit den jeweiligen Eckpunkten A bis G.
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Es zeigt die 5 schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete selbe modulare Element X (1) mit den jeweiligen Eckpunkten A bis G, jedoch zur besseren Verständlichkeit aus einer seitlichen Perspektive.
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Es wird durch die in den 4 und 5 dargestellte Anordnung von zwei trihedralen Winkelreflektoren das modulare Element X (1) definiert. Beide trihedralen Winkelreflektoren berühren sich nur im gemeinsamen Eckpunkt G. Die von den Ebenen der Eckpunkte A, B und C sowie von den Eckpunkten D, E und F aufgespannten metallisch leitenden Flächen befinden sich parallel zueinander. Die beiden Symmetrieachsen der jeweiligen trihedralen Winkelreflektoren zeigen lateral in die Ebene, die durch die Streckenhalbierenden der Strecke AB und DE definiert wird. Dabei ist die Symmetrieachse des durch die Eckpunkte A,B,C und G definierten trihedralen Retroreflektors um 45 Grad nach oben ausgerichtet und die Symmetrieachse des durch die Eckpunkte D,E,F und G definierten trihedralen Retroreflektors um 45 Grad nach unten ausgerichtet
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Es zeigt die 6 schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete modulare Element Y (2) mit den Eckpunkten H bis M aus einer seitlichen Perspektive. Das modulare Element Y (2) ist ein dihedraler Winkelreflektor, welcher jedoch nur dann die einfallenden RADAR-Strahlen in Richtung der Quelle zurück reflektiert, wenn sich diese im rechten Winkel zur Strecke befindet, die durch die Eckpunkte K und J oder Parallelen dazu, gebildet wird. Als einzelnes Konstruktionselement ist das modulare Element Y (2) also weniger zum Aufbau eines Retroreflektors geeignet. Erst durch die zielführende Anordnung weiterer modularer Elemente wird das modulare Element Y (2) zu einer wichtigen modularen Komponente für den Aufbau der jeweiligen Funktionseinheit.
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Es zeigt die 7 schematisch das zum Aufbau der modularen Retroreflektor-Vorrichtung verwendete modulare Element Z (3) mit den Eckpunkten N bis P aus einer seitlichen Perspektive. Das modulare Element Z (3) ist eine einfache metallisch leitende Platte, welche jedoch nur dann die einfallenden RADAR-Strahlen in Richtung der Quelle zurück reflektiert, wenn sich diese exakt im rechten Winkel zur Ebene befindet, die durch die Eckpunkte N, O und P gebildet wird. Dieses modulare Element Z (3) verhält sich hinsichtlich der RADAR-Strahlen also ähnlich, wie ein planarer Spiegel im optischen Bereich. Als einzelnes Konstruktionselement ist das modulare Element Z (3) also noch weniger zum Aufbau eines Retroreflektors geeignet. Auch dieses modulare Element Z (3) wird erst durch die zielführende Anordnung weiterer modularer Elemente zu einer wichtigen modularen Komponente für den Aufbau der jeweiligen Funktionseinheit.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen modularen Elemente X (1), Y (2) und Z (3) führen jedoch zu hochwirksamen modularen Retroreflektor-Vorrichtungen mit nahezu beliebig großen horizontalen Öffnungswinkeln, die lediglich von der Kombination der jeweiligen modularen Elemente X (1), Y (2) und Z (3) abhängen und somit bedarfsgemäß konstruiert werden können..
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Es zeigt die 8 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, bestehend aus insgesamt fünf modularen Elementen, nämlich aus einem modularen Element X (1), aus zwei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3). Bereits in der Frontansicht ist zu erkennen, dass die hier gezeigte Anordnung der modularen Elemente Z (3) in Kombination mit den modularen Elementen Y (2) rechts und links vom modularen Element X (1) jeweils wiederum einen trihedralen Winkelreflektor bilden. Die Symmetrieachsen der aus den jeweiligen modularen Elementen Z (3) in Kombination mit den modularen Elementen Y (2) gebildeten trihedralen Winkelreflektoren zeigen beide genau in die frontale Richtung. Somit ergibt sich bei frontaler Bestrahlung ein besonders intensives Echosignal über einen weiten horizontalen und vertikalen Winkelbereich.
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Es zeigt die 9 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung gemäß 8 in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt fünf modularen Elementen, nämlich aus einem modularen Element X (1), aus zwei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3). In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass die oberen und die unteren Ebenen jeweils eine gemeinsame geschlossenen Fläche ergeben. Auch die jeweiligen Seiten sind durch metallisch leitende Wände verschlossen. Dadurch kann eine so aufgebaute modulare Retroreflektor-Vorrichtung als kompaktes Bauteil oder als kompakte Komponente realisiert werden und beispielsweise als verbesserter RADAR-Retroreflektor oder mit zusätzlichen Elementen als Kombination beispielsweise mit Beleuchtungselementen als retroreflektierende Rückleuchte für ein Fahrrad dienen.
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Es zeigt die 10 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, bestehend aus insgesamt sieben modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3). Diese modulare Retroreflektor-Vorrichtung ist besonders für eine Retroreflektion bei einer seitlichen Bestrahlung durch RADAR-Strahlen geeignet. Zusammen mit einem elektrisch betriebenen Leuchtmittel (5) gemäß 19 eignet sich dieses Ausführungsbeispiel hervorragend zur Realisierung beispielsweise einer Frontleuchte oder Rückleuchte für ein Fahrrad.
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Es zeigt die 11 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt sieben modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus zwei modularen Elementen Z (3), gemäß der 10. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass die oberen und die unteren Ebenen jeweils eine gemeinsame geschlossenen Fläche ergeben. Auch die jeweiligen Rückseiten sind durch metallisch leitende Wände verschlossen. Dadurch kann eine so aufgebaute modulare Retroreflektor-Vorrichtung als kompaktes Bauteil oder als kompakte Komponente realisiert werden, wenn beispielsweise die Front- und Seitenflächen durch optisch wirkende Reflektoren (4) abgedeckt werden, wie dies in der 18 beispielhaft dargestellt ist.
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Es zeigt die 12 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus vier modularen Elementen Y (2) und aus drei modularen Elementen Z (3). Im Gegensatz zur ähnlichen Realisierung gemäß 10, welche lediglich einen dihedralen Retroreflektor im Frontalbereich besitzt, besitzt durch das Anbringen eines modularen Elementes Z (3) in der Mitte des modularen Elementes Y (2) dieses Ausführungsbeispiel nun gleich zwei zusätzliche trihedralen Retroreflektoren mit signifikant größeren Öffnungswinkeln. Dieses Beispiel zeigt, welche Vielfalt an RADAR-Retroreflektoren für jeweils unterschiedliche Anwendungsfälle mit dieser erfindungsgemäßen modularen Retroreflektor-Vorrichtung realisiert werden kann.
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Es zeigt die 13 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung gemäß 12 in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus vier modularen Elementen Y (2) und aus drei modularen Elementen Z (3). Deutlich ist zu erkennen, dass lediglich eine kleine Modifikation zu dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel zu einem signifikant verschiedenen Reflektionsverhalten führt. Dadurch, dass das modulare Element Z (3) in der Mitte des modularen Elementes Y (2) platziert wurde, vermag der Retroreflektor nun auch seitlich versetzte frontal einfallende RADAR-Strahlen in die Einfallsrichtung zurück zu reflektieren.
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Es zeigt die 14 schematisch noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, ebenfalls bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus vier modularen Elementen Z (3). Es handelt sich um die gleiche Basiskonfiguration, wie sie jeweils in den 10, 11, 12 und 13 verwendet worden ist. Auch diesmal werden lediglich modulare Elemente Z (3) an ausgewählten Stellen platziert, wodurch sich das Reflektionsverhalten der modularen Retroreflektor-Vorrichtung signifikant ändert. Dadurch, dass nun zwei modulare Elemente Z (3) nicht in der Mitte des modularen Elementes Y (2), sondern jeweils rechts und links an den Enden des modularen Elementes Y (2) platziert wurden, vermag der Retroreflektor nun auch seitlich versetzte frontal einfallende RADAR-Strahlen in die Einfallsrichtung zurück zu reflektieren. Es ist weiterhin bei dieser Konfiguration leicht möglich, ein elektrisch betriebenes Leuchtmittel (5) gemäß 19 zu integrieren.
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Es zeigt die 15 schematisch dieses alternative Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung gemäß 14 in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt neun modularen Elementen, nämlich aus zwei modularen Elementen X (1), aus drei modularen Elementen Y (2) und aus vier modularen Elementen Z (3). Die versetzte Anordnung der modularen Elemente Z (3) sind in der Aufsicht leicht zu erkennen.
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Es zeigt die 16 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt acht modularen Elementen, nämlich aus vier modularen Elementen X (1), aus vier modularen Elementen Y (2). Es ist lediglich die Darstellung der Aufsicht gegeben, weil die Frontalansicht sehr große Ähnlichkeiten mit der Frontansicht gemäß 10 hätte, ohne den Sachverhalt näher zu verdeutlichen.
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In der Aufsicht hingegen ist klar zu erkennen, dass es sich hierbei um eine modulare Retroreflektor-Vorrichtung mit einem horizontalen Öffnungswinkel von nahezu 360 Grad handelt. Dieser Retroreflektor reflektiert rundherum horizontal in alle Richtungen. Durch das Hinzufügen von weiteren modularen Elementen Z (3), wie es im Zusammenhang mit den 10 bis 15 gezeigt worden ist, lassen sich beliebige Vorzugsrichtungen für die Winkelabdeckungen je nach Anwendungsfall konstruieren. Gezeigt ist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich die Grundkonfiguration mit den modularen Elementen X (1) und Y (2). Durch das Hinzufügen von weiteren modularen Elementen Z (3), wie es in den zuvor behandelten Figuren erfolgt und dort erläutert worden ist, lassen sich die dihedralen Winkelreflektoren Y (2) leicht in trihedralen Winkelreflektoren verwandeln, die in der Gesamtheit dann signifikant größere Öffnungswinkel bereit stellen.
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Es zeigt die 17 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Aufsicht, bestehend aus insgesamt sechzehn modularen Elementen, nämlich aus acht modularen Elementen X (1), aus acht modularen Elementen Y (2). Diese Vielzahl von modularen Elementen kommt dadurch zustande, dass zwei der in 16 dargestellten Ausführungsbeispiele turmartig aufeinandergestapelt angeordnet worden sind. Dabei ist in 17 der untere Teil der modularen Retroreflektor-Vorrichtung um 45 Grad verdreht worden. Außerdem sind die jeweiligen Kantenlängen a und b dort so modifiziert worden, dass die jeweiligen modifizierten modularen Elemente ohne Vorsprünge oder Absatzkanten wie in der 17 dargestellt miteinander verbunden werden können. So ist beispielsweise die zuvor mit c bezeichnete Kantenlänge des dihedralen Retroreflektors, also die Kantenlänge des oberen modulare Element Y (2), gleich lang der Diagonallänge, die zuvor beim trihedralen Retroreflektor mit b bezeichnet worden ist.
Die Kantenlängen von dihedralen und trihedralen Retroreflektoren müssen also in den unterschiedlichen Ebenen der so gebildeten turmförmigen modularen Retroreflektor-Vorrichtung jeweils vertauscht werden, wie es in der 17 dargestellt worden ist.
Selbstverständlich können auch alle zuvor gezeigten Ausführungsbeispiele auf diese Weise turmförmig aufeinandergestapelt werden, um beispielsweise die jeweiligen Öffnungswinkel zu vergrößern oder um den Betrag der insgesamt reflektierten Hochfrequenzleistung zu erhöhen.
Die Vielzahl der Möglichkeiten der Zusammenstellung ermöglicht den Aufbau von modularen Retroreflektor-Vorrichtungen für nahezu jeden zu realisierenden Anwendungsfall.
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Die 18 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, die zusätzliche montierte optische Reflektoren (4) besitzt.
Optische Retroreflektoren werden beispielsweise als Rückstrahler verwendet, um das einfallende Licht einer Lichtquelle, wie beispielsweise die eines Autoscheinwerfers, zum Fahrer des Fahrzeuges zu reflektieren, damit dieser frühzeitig auf die bestehende Verkehrssituation reagieren kann. Diese optischen Retroreflektoren (4) bestehen in der Regel aus speziell geformtem Plastikmaterial, welches kaum einen Einfluss auf RADAR-Strahlen hat. Somit können beide unterschiedliche Retroreflektoren, nämlich den für optische Lichtquellen und den für RADAR-Strahlen sehr einfach und platzsparend miteinander kombiniert werden, indem der optische Reflektor (4) einfach vor der modularen Retroreflektor-Vorrichtung montiert wird. Die 18 zeigt beispielhaft eine solche Montage.
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Die 19 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, wobei diese zusätzliche montierte elektrisch betriebene Leuchtmittel (5) besitzt.
Ein von einer Batterie oder von einem Fahrrad-Dynamo gespeistes Leuchtmittel kann sehr einfach auf einer Fläche eines modularen Elementes Y (2) befestigt werden. Es sind beispielsweise leistungsstarke flächenhaft geformte Leuchtdioden dafür geeignet, die einen hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der stromabhängigen Lichtausbeute und eine sehr lange Lebensdauer aufweisen. Obwohl für die Retroreflektion eine einfache metallische Oberfläche genügt, empfiehlt sich im Falle beispielsweise der Realisation der modularen Retroreflektor-Vorrichtung als eine Frontleuchte beispielsweise für Fahrräder die hochglänzende Verspiegelung der Oberfläche des modularen Elementes Y (2).
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Die 20 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, wobei diese zusätzliche montierte Wechselwirkungselemente zur funkbasierten Datenübertragung besitzt. Eine solche zusätzliche Vorrichtungen zur Erzeugung von abgespeicherten digitalen numerischen Informationen (6) wäre eine denkbare sinnvolle Ergänzung und wäre realisierbar durch die Montage beispielsweise einer Resonanzplatte, die verschiedene Wellenleiter besitzt, welche im Frequenzbereich der RADAR-Strahlung Eigenresonanzen besitzen, deren Absorptionsspektrum von einem geeigneten Lesegerät telemetrisch erfasst und ausgewertet werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Art elektronisch fernauslesbares Nummernschild für Fahrräder realisiert werden.
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Die 21 zeigt schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer modularen Retroreflektor-Vorrichtung in der Frontalansicht, wobei diese zusätzliche montierte Wechselwirkungselemente in Form planarer Atta-Arrays besitzt. Diese planaren Atta-Arrays sind durch Leitungen miteinander speziell verschaltete Antennen und vermögen ebenfalls als Retroreflektoren zu fungieren. Bei einer rein passiven Realisierung ist deren Wirkungsgrad jedoch geringer als bei trihedralen Retroreflektoren. Daher werden häufig in die Antennenleitungen Breitbandverstärker für den betreffenden Mikrowellen-Frequenzbereich geschaltet, wodurch die Retroreflektionseigenschaften der Atta-Arrays signifikant erhöht werden. Wenn jedoch ohnehin Verstärker eingebaut werden, dann können auch noch zusätzliche Funktionen, wie beispielsweise die schnurlose Übertragung von Daten, realisiert werden.
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Die 22 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines planarer Atta-Arrays, welches eine elektronische Beschaltung besitzt, die eine funkbasierte Datenübertragung ermöglicht.
Beispielhaft wird hier eine minimal einfache Anordnung von vier planaren Antennen (8) bis (11) mit zwei Mikrowellen-Breitbandverstärkern (12) und (13) gezeigt. Die elektrische Länge der Leitung von einer ersten Empfangsantenne (8), über einen ersten Mikrowellen-Breitbandverstärker (12), bis hin zu einer ersten Sendeantenne (11) und die elektrische Länge der Leitung von einer zweiten Empfangsantenne (9), über einen zweiten Breitbandverstärker (13), bis hin zu einer zweiten Sendeantenne (10) sind gleich. Dadurch reflektiert dieses beispielhaft gezeigte Atta-Array einen einfallenden RADAR-Strahl in die Einfallsrichtung zurück. Durch die planare Anordnung der Antennen auf vorzugsweise einer metallischen Ebene sind diese hinreichend gering miteinander verkoppelt, was einen Verstärkungsfaktor der Mikrowellen-Breitbandverstärker (12) und (13) von jeweils etwa 20 dB problemlos ermöglicht.
Die beiden Mikrowellen-Breitbandverstärker (12) und (13) werden von einer Spannungsquelle (U) gespeist, welche zusätzlich eine elektronische Schaltvorrichtung (14) mit elektrischer Betriebsenergie versorgt, welche zyklisch kontinuierlich einen elektronische Schaltvorrichtung (14) zwischen der Spannungsquelle (U) und den beiden Mikrowellen-Breitbandverstärkern (12) und (13) betätigt. Dabei wird kontinuierlich ein solcher Schaltrhythmus gewählt, der befähigt ist, beispielsweise eine kodierte Identifikationsnummer seriell zu übertragen. Der vom geschalteten Atta-Array reflektierte RADAR-Strahl beinhaltet dann eine Kodierung entsprechend dem Morsealphabet oder dem Miller-Code und es kann beispielsweise eine Identifikationsnummer vom entsprechend dafür modifizierten RADAR-Gerät erkannt und ausgewertet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modulares Element X
- 2
- Modulares Element Y
- 3
- Modulares Element Z
- 4
- Optischer Reflektor
- 5
- Elektrisch betriebenes Leuchtmittel
- 6
- Vorrichtungen zur Erzeugung von abgespeicherten digitalen Informationen
- 7
- Atta-Array
- 8
- Erste Empfangsantenne
- 9
- Zweite Empfangsantenne
- 10
- Zweite Sendeantenne
- 11
- Erste Sendeantenne
- 12
- Erster Mikrowellen-Breitbandverstärker
- 13
- Zweiter Mikrowellen-Breitbandverstärker
- 14
- Elektronische Schaltvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112019003421 T5 [0008]
- DE 102015001970 A1 [0009]
- DE 102019214121 A1 [0010]
