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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Technischer Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Millimeterwellenradarvorrichtung
zum Senden und Empfangen elektrischer Millimeterwellen zur Erfassung von
Objekten auf dem Boden und insbesondere ein Millimeterwellenradar
das weniger anfällig
für den Einfluß von Bodenstörechos aufgrund
von Nebenkeulen ist.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Vorstellbare
Radargeräte
zur Verwendung beim autonomen Fahren von Fahrzeugen und zur Vermeidung
von Kollisionen umfassen ein Millimeterwellenradar. Bei einem Millimeterwellenradar
nimmt jedoch das Hintergrundrauschen aufgrund von durch Nebenkeulen,
insbesondere nach unten gerichtete solche, der gesendeten elektrischen
Welle (Millimeterwelle) erzeugte Bodenstörechos zu, und die benötigten Signale
vom Zielobjekt werden im Rauschen begraben, was zu einer Verschlechterung
der Fähigkeit
führt,
ein Zielobjekt zu erfassen.
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Zur
Lösung
des Störechoproblems
werden gemäß der veröffentlichten,
ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 10-126146 Störechos verursachende Nebenkeulen
abgefangen, indem eine Metallwand oder eine Absorptionseinrichtung
so um die in eine Antenneneinheit einzubauende Sende- und Empfangsantenne
(Sende- und Empfangsantennen) angeordnet wird, daß sie über die
Oberfläche der
Sende- und Empfangsantenne ragt, wie in 13 dargestellt.
Das Verfahren, bei dem eine Metallwand um die Sende- und Empfangsantenne
in der Antenneneinheit angeordnet wird, kann den Aufbau der Oberfläche der
Sende- und Empfangsantenne komplizieren oder die Größe der Antenneneinheit steigern.
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In
der
EP 0 055 420 ist
eine Abschirmkonstruktion für
einen Radarsensor zur Erfassung der Geschwindigkeit über Grund
offenbart. Unter einem Fahrzeug ist eine Abschirmung im Weg einer
sich horizontal bewegenden Nebenkeule montiert. Die Abschirmung
lenkt eine Nebenkeule nach unten auf die Straßenoberfläche ab oder kann zur Neuausrichtung einer
Nebenkeule nach oben auf den Boden verwendet werden, damit der Strahl
zur Dämpfung
mehrere Reflexionen ausführt.
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In
der
US 5,963,176 ist
ein Antennensystem mit einer Kantenbehandlungseinrichtung zum Reduzieren
von Sende- und Empfangsdiffraktionen der Antenne, Nebenkeulen und
Störechos
offenbart. Die Kantenbehandlung kann eine Anordnung von Wellen mit
einer Tiefe von etwa einem Viertel der Wellenlänge zum Zerstreuen von Nebenkeulen
umfassen.
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In
der
DE 197 24 320
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer heizbaren Antennenlinse
offenbart. Eine aus einem dielektrischen Körper ausgebildete Antennenlinse
umfaßt
darin vorgesehene elektrische Leiter.
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In
der
US 3,683,394 ist
eine Störechobarriere
zur Unterdrückung
elektromagnetischer Energie offenbart.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein preiswertes Millimeterwellenradar
zu schaffen, bei dem Bodenstörechorauschen
leicht reduziert kann und dessen Erfassungsleistung ausgezeichnet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
betreffen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Teilschnittansicht des Gesamtaufbaus einer
erfindungsgemäßen Radarantenne;
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2 zeigt
den Aufbau eines Millimeterwellenradars;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, bei
der ein Abschirmelement direkt an einem Gehäuse befestigt ist;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, bei der ein Abschirmelement
einstückig
mit einem Gehäuse
ausgebildet ist;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, bei der ein Abschirmelement
einstückig
mit einem Radom ausgebildet ist;
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6 ist
ein Profil einer Ausführungsform, bei
der eine Kappe als Abschirmelement verwendet wird;
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7 ist
ein Profil einer Ausführungsform, bei
der eine Radarantenne, an der ein Abschirmelement befestigt ist,
in einem Stoßfänger installiert
ist;
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8 ist
ein Profil einer weiteren Ausführungsform,
bei der ein Abschirmelement mit einer Heizeinrichtung versehen ist;
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9 ist
ein Profil einer Ausführungsform, bei
der ein Abschirmelement einen Schlitz aufweist;
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10 ist
ein Profil einer Ausführungsform, bei
der eine reflektierte elektrische Welle verwendet wird;
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11 ist
eine perspektivische Ansicht einer Sende- und Empfangsantenne gemäß dem Stand der
Technik;
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12 ist
ein Diagramm, das darstellt, wie Bodenstörechos entstehen;
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13 ist
ein Spektraldiagramm eines empfangenen Signals; und
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14 ist
ein Spektraldiagramm eines empfangenen Signals, wenn ein Abschirmelement
vorgesehen ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der
Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend genau beschrieben.
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Millimeterwellenradar,
das in einem Fahrzeug montiert ist. Das Millimeterwellenradar besteht
aus drei Elementen, nämlich
einer Antenneneinheit 11 zum Senden und Empfangen von elektrischen
Wellen (Millimeterwellen), einem Indikator (einer Anzeigeeinheit) 13, um
den Fahrer von einem erfaßten
Zielobjekt in Kenntnis zu setzen, und eine Steuerschaltung 12 zum
Steuern der Antenne 11 und des Indikators 13, und
die Antenneneinheit 11 ist so im vorderen Teil des Fahrzeugs
installiert, daß sie
eine elektrische Welle (Millimeterwelle) in die Fahrtrichtung des
Fahrzeugs senden kann. Ferner ist ein Abschirmelement (ein elektrisch
abschirmender Werkstoff) 4 an einem unteren, vorderen Teil
der Antenneneinheit 11 befestigt.
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1 ist
eine perspektivische Teilschnittansicht des Gesamtaufbaus einer
Antenneneinheit 11, die die Merkmale der Erfindung am Besten
darstellt. Gemäß 1 ist
eine Sende- und Empfangsantenne (sind Sende- und Empfangsantennen) 1,
die elektrische Wellen (Millimeterwellen) sendet und empfängt, in
einem Gehäuse 2 zur
Befestigung der Sende- und Empfangsantenne 1 untergebracht,
und ein Radom 3 (eine Abdeckung) ist so an der Vorderseite
der Sende- und Empfangsantenne 1 befestigt, daß es die Sende-
und Empfangsantenne 1 vor hochgeschleuderten Kieseln, Regen
und dergleichen schützt.
Die Antenneneinheit 11 ist durch Metallklammern 16 an dem
Fahrzeug befestigt, an deren Unterseite das Abschirmelement 4 vorgesehen
ist, das aus der Vorderseite der Antenneneinheit 11 ragt.
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Als
nächstes
wird die Funktionsweise dieser Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Normalerweise ist eine Antenneneinheit zur Verwendung für die Erfassung
eines Zielobjekts in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug auf der Vorderseite
des Fahrzeugs installiert. Mit einem Dopplerradarsystem, das eine Version
eines Millimeterwellenradars ist, können beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit
und der Abstand zu einem Zielobjekt ermittelt werden, indem der Hauptstrahl
einer elektrischen Welle zu dem Zielobjekt gesendet und die Dopplerfrequenz
der vom Zielobjekt reflektierten elektrischen Welle und die Phasendifferenz
zwischen den gesendeten und empfangenen elektrischen Wellen erfaßt werden.
Die gesendete Welle weist jedoch Nebenkeulen auf, und die starken
Reflexionen der Nebenkeulen von der Oberfläche der Straße (die
Bodenstörechos)
werden zusammen mit dem Signal vom Zielobjekt ebenfalls von der
Empfangsantenne empfangen.
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12 zeigt
eine typische Nebenkeule 6, die Bodenstörechos erzeugt, sowie einen
Hauptstrahl 5 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Hierbei
soll die elektrische Welle von einem Punkt auf der Antenneneinheit 11 gesendet
werden. Ferner soll der Strahlungswinkel (Sendewinkel) der elektrischen Welle
in bezug auf die horizontale Ebene positiv θ zur Oberfläche der Straße (nach
unten) sein. Zunächst ist
in 13 das Spektrum eines mit dem Abschirmelement 4 zum
Abfangen der Nebenkeule 6 empfangenen Signals gezeigt.
Wenn sich die Antenneneinheit 11 bei diesem Beispiel mit
einer Geschwindigkeit von 60 km/h in der Senderichtung der elektrischen Welle
bewegt, wird eine zur Bodenfläche
relative Dopplerfrequenz erzeugt. Gemäß 13 besteht der
auf eine Dopplerfrequenz von nicht mehr als 6,7 kHz (die einer Geschwindigkeit
von 60 km/h entspricht), zurückzuführende Rauschpegel
einer Region A hauptsächlich
aus auf Bodenstörechos
zurückzuführendes
Rauschen, und dieses Rauschen verringert das Signal-/Rausch-Verhältnis, was
zu einem Abfallen der Erfassungskapazität des Radars führt. Als
Nächstes
können
durch das derartige Befestigen des Abschirmelements 4,
daß es
um X mm über
die Antenneneinheit 11 hinausragt, und das Halten des Abstands
zwischen dem Punkt, an dem die elektrische Welle emittiert wird
(dem Abschnitt, von dem die Millimeterwelle gesendet wird) und dem
Abschirmelement 4 auf H mm die Nebenkeulen 6 mit
einem Strahlungswinkel θ von
0 bis 90° abgefangen
werden, wie durch die Gleichung (1) dargestellt. X = H : tanθ Gleichung (1)
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Zum
Abfangen von Nebenkeulen 6 mit einem Strahlungswinkel θ von 45° oder mehr
gilt beispielsweise X = 43,1 mm, wenn H 0 43,1 mm gilt. Die Beziehung
zwischen dem Strahlungswinkel θ und
der Dopplerfrequenz fd (Hz) wird durch die Gleichung (2) ausgedrückt. Durch
das Abfangen von Nebenkeulen 6, bei denen θ 45° oder mehr
beträgt,
können
einer Dopplerfrequenz von 4,7 kHz oder weniger entspre chende Bodenstörechos unterdrückt werden.
Das Spektrum der Bodenstörechos
und das in diesem Zustand empfangene Signal sind in 14 gezeigt
und gibt an, das der Rauschpegel aufgrund von Bodenstörechos auf
den des von dem elektronischen Schaltungsabschnitt der Antenneneinheit 11 erzeugten
Rauschens verringert wird, d.h. die Bodenstörechos können durch das Abschirmelement 4 annähernd vollständig entfernt
werden. fd = 2·V·cosθ/λ Gleichung (2)
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Hierbei
repräsentiert
V die Bewegungsgeschwindigkeit (in diesem Fall 60 km) der Antenneneinheit 11 und λ die Wellenlänge der
Millimeterwelle (in diesem Fall 5 mm).
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Ferner
gilt gemäß 13,
daß Dopplerfrequenz
um so geringer wird, je größer das
Rauschen aufgrund von Bodenstörechos
ist. Dies liegt daran, daß sich
der Abstand zwischen der Antenneneinheit und der Bodenoberfläche bei
einer Zunahme des Strahlungswinkels θ der elektrischen Welle verringert,
was zu einem Anstieg der Intensität des Empfangs des Bodenstörechorauschens
führt.
Daher nimmt θ,
wie die Gleichung (2) zeigt, bei einer Abnahme von fd zu, was zu
einem verringerten Abstand zwischen der Antenneneinheit und der
Bodenoberfläche
führt,
was einen Anstieg des Bodenstörechorauschens
provoziert. Aus diesem Grund kann das Abschirmen der Nebenkeulen 6,
selbst wenn es nur den Bereich betrifft, in dem θ groß ist, den Rauschpegel der
Bodenstörechos
erheblich verringern.
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Durch
die vorstehend beschriebene Ausführungsform
können
die Auswirkungen der Bodenstörechos
aufgrund der Nebenkeulen 6 (d.h. des Rauschens) preisgünstig und
leicht verringert werden, obwohl eine herkömmliche Antenneneinheit 11 verwendet
wird (wobei die Zunahme der Größe der Antenneneinheit 11 minimiert
wird), da das Abschirmelement 4, das Nebenkeulen 6 abfangen
oder dämpfen kann,
so an den Metallklammern 16 befestigt ist, daß es über den
vorderen, unteren Teil der Sende- und Empfangsantenne 1 hinaus
ragt, wie in 1 gezeigt, wodurch die Zielobjekterfassungskapazität verbessert
wird.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann das Abschirmelement 4 auch
mittels eines Klebstoffs 14 direkt an der Antenneneinheit 11 befestigt
werden, wie in 3 dargestellt. Ebenso kann die
Intensität
der Reflexion von Nebenkeulen 6 durch das Abschirmelement 4 auch
durch das Anbringen einer Absorptionseinrichtung für elektrische Wellen
(Millimeterwellen) an der Reflexionsoberfläche für elektrische Wellen (Millimeterwellen)
des Abschirmelements 4 reduziert werden.
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Als
nächstes
werden unter Bezugnahme auf die jeweils relevanten Zeichnungen weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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4 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels, bei dem ein Abschirmelement
als das gleiche Element und einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet
ist. Das Abschirmelement 4 wird unter Verwendung eines
Teils des Gehäuses 2 gebildet.
Durch diese Ausführungsform
kann der mit der Befestigung des Abschirmelements 4 an
der Antenneneinheit 11 verbundene Arbeitsaufwand verringert
werden.
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5 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels, bei dem anstelle der
Verwendung eines Abschirmelements ein Teil der Radomoberfläche mit Metall
plattiert oder eine Absorptionseinrichtung für elektrische Wellen an ihr
angebracht ist. Wie dargestellt, kann durch Erzeugen eines vorstehenden
Teils 17 am vorderen, unteren Teil des Radoms 3 und
Aufbringen einer Metallplattierung 15 auf seiner Oberfläche eine ähnliche
Wirkung erzielt werden, wie durch das Abschirmelement 4.
Ebenso können
anstelle der Metallplattierung 15 eine Absorptionseinrichtung
für elektrische
Wellen oder sowohl eine Metallplattierung als auch eine Absorptionseinrichtung
für elektrische Wellen
kombiniert verwendet werden. Mit dieser Ausführungsform kann eine ähnliche
Wirkung wie mit einer Ausführungsform
erzielt werden, bei der ein Abschirmelement 4 verwendet
wird. Da das vorstehende Teil 17 einstückig mit dem Radom 3 ausgebildet ist,
können
ferner sowohl die Herstellungskosten als auch das Gewicht verringert
werden.
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6 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels, bei dem anstelle eines
gesonderten Abschirmelements der Teil des Fahrzeugs, an dem die Antenneneinheit
installiert werden soll, als Abschirmelement verwendet wird. Durch
Anordnen der Antenneneinheit 11 auf der Kühlerhaube 20 als
Teil eines Fahrzeugs 19 kann, wie dargestellt, beispielsweise
ein Teil des Fahrzeugs 19, in diesem speziellen Fall die
Kühlerhaube,
das Abschirmelement 4 ersetzen. Durch diese Ausführungsform
können
Nebenkeulen 6 unter Verwendung eines Teils des Fahrzeugs 19,
beispielsweise der Kühlerhaube 20,
abgefangen werden.
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7 ist
ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs, in dem ein Millimeterwellenradar
montiert ist, wobei ein Millimeterwellenradar, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, in dem Fahrzeug montiert ist. Der
innere Teil des Fahrzeugs, in dem die Antenneneinheit 11 mit
dem Abschirmelement 4 installiert werden soll, kann beispielsweise
in einem Stoßfänger 23 liegen.
Die Klammer 16, an der die Antenneneinheit 11 montiert
ist, ist mittels Schrauben 18 an der Fahrzeugkarosserie 24 befestigt.
Durch diese Ausführungsform
können
die Haftung von Schneeflocken an der Antenneneinheit 11 bzw.
dem Abschirmelement 4 reduziert und ferner die Gefahr ei ner
Beschädigung
der Antenneneinheit 11 aufgrund des Kontakts mit einem
außerhalb
befindlichen Objekt verringert werden.
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8 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels, bei dem eine Vorrichtung
zum Erwärmen des
Abschirmelements vorgesehen ist. In 8 bezeichnet
das Bezugszeichen 7 eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des
Abschirmelements 4 zum Schmelzen von anhaftendem Schnee 22.
Bei dieser Ausführungsform,
bei der das Abschirmelement 4 von der Heizeinrichtung 7 erwärmt wird,
kann die Wärme
auch den Schnee schmelzen, der am Radom 3 und dem Abschirmelement 4 haftet,
wodurch eine Verschlechterung der Erfassungskapazität durch
anhaftenden Schnee verhindert wird. Gleichzeitig kann die im Gehäuse 2 erzeugte
Wärme zur
Verwendung beim Schmelzen von Schnee an das Abschirmelement 4 übertragen
werden.
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9 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels, bei dem ein Schlitz
in dem Abschirmelement vorgesehen ist. Wie dargestellt, ist ein
Schlitz 9 vorgesehen, durch den auf dem Abschirmelement 4 befindlicher
Staub und Schnee herausfallen können. Überdies
kann durch Befestigen einer angefügten Struktur 8 zum
Einfangen von Luftströmen
zum Erleichtern der Entfernung von Staub und Schnee durch den Schlitz 9 oder
durch Abschrägen
der Form der Oberfläche
des Radoms 3 eine Konstruktion zur Erzeugung eines Luftstroms
entlang der Oberfläche des
Radoms 3 geschaffen werden. Bei dieser Ausführungsform
können
durch Schneiden des Schlitzes 9 in das Abschirmelement 4 am
Abschirmelement 4 haftender Staub und Schnee durch den
Schlitz 9 entfernt werden, wodurch verhindert wird, daß Staub und
Schnee die Erfassungsleistung verschlechtern. Ferner veranlaßt die Installation
der angefügten Struktur 8 zum
Einfangen von Luftströmen
die Erzeugung eines Luftstroms entlang der Oberfläche des Radoms 3,
dessen Kraft zur Entfernung von Staub und Schnee durch den Schlitz 9 genutzt
wird.
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10 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels, bei dem eine Sende-
und Empfangsantenne, ein Gehäuse
zur Aufnahme der Sende- und Empfangsantenne und ein Radom zum Schutz
der Sende- und Empfangsantenne vorgesehen sind und ein Abschirmelement,
das eine Form aufweist, durch die Nebenkeulen in die Senderichtung
des Hauptstrahls reflektiert werden, außerhalb des Radoms zum unteren,
vorderen Teil der Sende- und Empfangsantenne installiert ist. Gemäß 10 ist
an der Antenneneinheit 11 ein metallenes, parabelförmiges Abschirmelement 4 bzw.
eine angebrachte Struktur 10 befestigt, und eine seitlich
emittierte elektrische Welle kann auch nach vorne reflektiert werden.
Bei dieser Ausführungsform
können
durch die Installation des parabelförmigen Abschirmelements 4 oder der
angebrachten Struktur 10 vor der Antenneneinheit 11 Bodenstörechos unterdrückt, Nebenkeulen
in die Richtung des Hauptstahls reflektiert und die Richtwirkung
der elektrischen Welle erhöht
werden, wodurch die Erfassungsleistung verbessert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durch die Installation eines Abschirmelements zum Abfangen
von Nebenkeulen am unteren, vorderen Teil der Sende- und Empfangsantenne
ein Millimeterwellenradar mit ausgezeichneter Erfassungsleistung geschaffen
werden, bei dem das Hintergrundrauschen aufgrund von Nebenkeulen
leicht und kostengünstig
verringert werden kann.