EP1678787A1 - Device and method for emitting and/or receiving electromagnetic radiation - Google Patents

Device and method for emitting and/or receiving electromagnetic radiation

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Publication number
EP1678787A1
EP1678787A1 EP04787090A EP04787090A EP1678787A1 EP 1678787 A1 EP1678787 A1 EP 1678787A1 EP 04787090 A EP04787090 A EP 04787090A EP 04787090 A EP04787090 A EP 04787090A EP 1678787 A1 EP1678787 A1 EP 1678787A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
line
antenna elements
dielectric
feed
phase shift
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04787090A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joerg Schoebel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1678787A1 publication Critical patent/EP1678787A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2005Electromagnetic photonic bandgaps [EPB], or photonic bandgaps [PBG]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/32Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by mechanical means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/443Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element varying the phase velocity along a leaky transmission line
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0442Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular tuning means

Definitions

  • the present invention relates to a device for emitting and / or receiving electromagnetic radiation, in particular electromagnetic high-frequency radar radiation, comprising at least one single-layer or multi-layer, in particular also at least one metallic layer, substrate on which at least one planar line, in particular in the form of a ribbon line or in the form of a symmetrical or asymmetrical coplanar line or in the form of a microstrip line or in the form of a slot line or in the form of a coplanar two-band line, with at least two antenna elements, in particular beam elements, of which at least in particular is applied partially serial feed and / or in particular at least partially in-phase feed and / or in particular at least partially phase and / or amplitude symmetrical feed, for example
  • At least one electrical feedthrough from the underside of the substrate facing away from the antenna elements wherein at least one metallization layer can be arranged on the underside of the substrate facing away from the antenna elements.
  • the present invention further relates to a method for
  • Metallization layer can be provided.
  • Sensing the surroundings of a means of transportation, in particular a motor vehicle can in principle be done by means of LI [ght] D [etecting] A [nd] R [anging], by means of RA [dio] D [etecting] A [nd] R [anging] Video or ultrasound.
  • Radar sensors are becoming increasingly widespread on means of transportation, in particular on motor vehicles.
  • Today's systems are used for automatic distance and / or
  • Means of transportation around or the entire environment of the means of transportation are scanned.
  • the antennas of the commercially available automotive radar sensors at a frequency of 77 gigahertz are usually constructed as lens antennas; For future radar sensors at a frequency of 24 gigahertz and at a frequency of 77 gigahertz, planar antennas are being examined.
  • phase-controlled group antenna G (“phased array”) with phase shifters P (cf. FIG. 1A) and with power divider L (cf. FIG. 1A) or with beam-shaping array is used for this purpose
  • Element or network S for generating the phase assignment, such as a Rotman / Archer / Gent lens, Butler matrix or Pale matrix.
  • a plurality of antenna elements are usually arranged one above the other, which are controlled within a column with a fixed phase and amplitude relationship to one another.
  • a beam bundling in elevation E is thus achieved, which serves to increase the range and to suppress undesired targets which are at a very low or high altitude.
  • the group antenna G is usually built up planar on H [och] F [requenz] substrates, such as glass, ceramic or softboard. Patches are generally used as antenna elements of the group antenna G; alternatives are, for example, dipole or slot radiators. Current research is concerned with the transfer of these concepts into cost-effective systems for use in motor vehicles.
  • the installation of the radar sensors places high demands on the size and shape of the sensor, especially for the side area.
  • the sensor By using planar antennas, the sensor becomes flat. Since radar sensors cannot be installed behind the metallic outer walls of a vehicle, the (plastic) bumpers, plastic trims, scratches and scratches remain as installation space in the side area
  • the radar sensor may therefore have to be installed at an angle because it is behind
  • the installation angles for the radar sensor generally differ for the different installation locations on a motor vehicle and / or between different motor vehicles.
  • the beam lobe in elevation is so wide that an inclined installation with a deviation of the order of about + five degrees to about + ten degrees from the vertical can be tolerated.
  • planar short- to medium-range sensors or planar L [ong] R [ange] R [adar] - / A [daptive] C [ruise] C [ontrol] sensors are considered, the width of the beam is only increased in elevation be a few degrees to achieve the necessary antenna gain; then a beam lobe oriented as precisely as possible along the horizontal is absolutely necessary.
  • planar H [och] F [requenz] lines and planar antennas planar H [och] F [requenz] lines, such as coplanar, are nowadays used for the construction of inexpensive H [och] F [requenz] circuits -, Microstrip, slot lines or the like used.
  • planar line types shown in FIG. 3A in FIG. 3B and in FIG. 3C, there are a large number of other planar line types, such as ribbon lines or coplanar two-band lines (cf. for example R. K. Hoffma ⁇ n, "Integrated Microwave Circuits",
  • microwave substrates such as glass, ceramic or plastic, which can be mixed with fillers or reinforced with glass fibers, or the like, serve as the substrate.
  • Planar antennas for example with dipole, patch or slot radiators, are built up on this microwave substrate; Details on this are, for example, the presentation in P. Bhartia, K.V. S. Rao, R. S. Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London,
  • FIG. 4A, FIG. 4B and FIG. 4C show possible configurations for the feeding of the planar antennas: in the case of the series feeding (so-called “series feed”) according to FIG. 4A, an electrical path length occurs between the antenna elements, via which a fixed beam deflection in elevation can be set;
  • a combination of the series feed (see FIG. 4A) and the in-phase feed (see FIG. 4B) is the phase and amplitude symmetrical feed according to FIG. 4C.
  • the antenna elements are not necessarily fed in phase, but the phase deviations and the amplitude assignment are symmetrical, and the feed network is also smaller than in the case of in-phase feed (cf. FIG. 4B).
  • the antenna elements can be coupled directly to the feed network.
  • the power distribution network is accordingly either on the same metal level as the antenna elements or on the Antenna elements opposite substrate side.
  • the substrate can have an internal, locally interrupted metallization or can be constructed from a plurality of metallic and dielectric layers.
  • the power distribution and feeding can be done on an inside
  • Substrate layer take place.
  • the beam lobes can be swiveled in elevation by adjusting the phase relationship between the antenna elements in elevation, so that the
  • Beam lobes are aligned at a desired angle in the vertical (generally parallel to the horizontal plane) when the radar sensor is installed at an angle.
  • phase relationship between the radiator elements can be set by various measures (i) and / or (ii):
  • a special design of the antenna or the feed network for each elevation angle can be implemented most simply by different line lengths in the feed network, via which the antenna elements are controlled.
  • phase shifters Electronically or otherwise adjustable phase shifters (cf. SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Vol. 1 and Vol. 2, Artech House, Boston, London, 1991) are forbidden because of the number of phase shifters required, the associated costs and also the possibly increasing sensor size.
  • the elevation angle of a radar sensor with electronic Controlled phase shifters could indeed be set to the correct value by exchanging information with the motor vehicle electronics, without errors occurring, but electronically controllable phase shifters are prohibited for cost reasons, as mentioned.
  • the present invention is based on the inadequacies and, in recognition of the outlined prior art, the object of further developing a device of the type mentioned at the outset and a method of the type mentioned at the outset such that the angle of the beam lobes of the radar sensor can be adjusted in elevation in a simple and inexpensive manner is, the electronics and H [och] F [requenz] modules should remain unchanged for all realizable elevation angles.
  • the present invention is intended to rule out errors which arise as a result of confusing the phase shifter assembly and / or the nameplate or as a result of incorrect "trimming".
  • the teaching according to the present invention is therefore based on Provision of one or more radar antennas that can be used in the manner essential to the invention for transmitting and / or receiving high-frequency electromagnetic radiation for non-perpendicular installation on or in means of transportation, in particular on or in motor vehicles.
  • the core of the present invention is the adjustment of the beam angle in elevation of the beam lobe of a radar antenna for means of transportation, in particular for motor vehicles, for which purpose the deliberate and targeted detuning of the at least one planar H [och] F [requenz] -
  • dielectric loading by changing the effective dielectric constant, in particular the coefficient of propagation, of the signal line (so-called “dielectric loading"), for example by means of at least one cap made of dielectric material, or
  • At least one element made of conductive material for example at least one Ra [dar] dom [e] s made of metal, at a certain distance from the signal line or
  • planar lines such as microstrip lines or striplines (see page 73 in SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Vol. 1 and Vol. 2, Artech House, Boston, London, 1991), which surrounds the planar line Material changes, for example by sliding a plate of dielectric material over the line.
  • This principle can also be applied to other planar lines, such as coplanar lines, slot lines and a large number of symmetrical and asymmetrical strip lines; Analogously to this, the effective dielectric constant of a waveguide can also be changed by moving a piece of dielectric material within the waveguide (see page 75 in SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Volume 1 and Volume 2, Artech House, Boston, London, 1991).
  • the new and inventive embodiment according to the present invention is advantageous in that the complicated processing of the dielectric waveguide on the substrate is eliminated.
  • the H [och] F [requenzj circuit is expediently constructed with planar H [och] F [requenz] lines.
  • the H [och] F [requenz] circuit and the planar H [och] F [requenz] lines, the phase (relation) and the antenna pattern of which are influenced by the dielectric cap, are advantageously located on the same substrate.
  • WO 00/54368 A1 is disclosed, in principle only possible to a very limited extent, because the waveguiding in the dielectric waveguide is based on the difference in the dielectric constant between the waveguide and the surrounding air. If a dielectric element were brought into the immediate vicinity of the dielectric waveguide, part of the
  • a further delimitation criterion of the present invention for the disclosure according to the publication WO 00/54368 A1 is that the object known from the prior art relates to a "scanning" antenna, the beam lobe of which repetitively scans a certain angular range, whereas the present invention treated in a preferred manner the fixed setting of the beam by means of the cap of the (radar) sensor.
  • both the present device and the present method can additionally
  • feed network so-called "feed network”
  • the exact adjustment of the different elevation angles can also take place via the material, in particular via the dielectric constant of the material, of the cap.
  • the exact setting of the different elevation angles can also be achieved by suitable structuring of the cap depending on the elevation angle, for example in the form of holes, in the form of grooves, in the form of columns, in the form of steps, in the form of Honeycomb and / or in the form of the like.
  • Structuring the dielectric or metal-coated cap with at least one periodic structure, for example with a P [hotonic] B [and] G [ap] structure, is particularly advantageous, so that a so-called
  • “Slow Wave” structure is created. With such a periodic structure, which has a pass band and stop band in frequency and is known per se, for example, from waveguides, particularly large phase shifts and thus particularly large elevation angles can be achieved.
  • a “slow wave” structure is particularly well suited for applications in the S [hort] R [ange] R [adar] because the “slow wave” structure is particularly broadband. Since the distance between the dielectric and / or conductive element and the high-frequency board comprising the substrate is to be set relatively precisely and is to be kept constant over the life of the sensor device according to the present invention, the tolerance range of this distance should be estimated in the
  • the material of the dielectric body and / or the conductive body according to an expedient development of the present invention has a similar, optimally even the same thermal expansion coefficient as the material of the H [och] F [requenz] board, and in this case in particular how the material of the substrate.
  • Bodies for the different elevation angles are made of the same material or at least of a material that is similar in terms of thermal expansion behavior, the elevation angle can be adjusted by means of the structuring of the dielectric and / or conductive element discussed above.
  • the dielectric material and / or the conductive element can be mechanically, for example by clamping or screwing over spacers, or in direct contact with the H [och] F [requenz] circuit board, which can also be realized by selective contact surfaces be connected.
  • An alternative or supplementary possibility is the selective or full-surface gluing of the dielectric and / or conductive body and H [och] F [requenz] board.
  • the dielectric material and / or the conductive element can also be constructed in several parts.
  • the element influencing the phases and thus the antenna pattern can be mounted above the feed or feed network or below the feed or feed network; at least one further, preferably cap-shaped element then protects the radar arrangement against environmental influences.
  • this can be the phases and thus the
  • Element influencing the antenna pattern can also be inserted into at least one recess in the cap, in order then to be mounted together with this cap over the feed network or under the feed network.
  • the transitions between areas that are out of phase and areas that are out of phase can be realized by gradual transitions between these areas. This means that the distance between the dielectric and / or metallic body
  • Planar conduction in the transition area preferably runs continuously, for example linearly trapezoidal, or varies in several small steps.
  • the feed network or feed network can be embodied in at least one other line type in order to have a greater influence on the phase by the dielectric material or by the conductive element.
  • This different embodiment is based on the fact that a larger proportion of the electromagnetic field in the air is conducted above the line in a coplanar or slot line than in a microstrip line; the influence of the dielectric cap or the conductive element is therefore greater.
  • phase-influencing dielectric and / or conductive can be used in order to keep the radar beam in elevation at the same angle with different loads on a means of transportation without level control, in particular a motor vehicle without level control.
  • Element can be designed to be adjustable. Such adjustment can take place, for example, via at least one electric motor.
  • the (radar) sensor has at least one coding element which is expediently accessible from the outside, such as at least one jumper or at least one switch.
  • Such a coding element is used for the purpose of the sensor
  • Angle evaluation communicated the installation position. Then the sensor can "upside down” and “upside down” depending on whether upward or downward beam deflection is desired.
  • the (radar) sensor only has to be designed for one type of cap element - dielectric or metal - and the beam deflection that can be achieved with such a type of cap element and only goes in one direction can be optimized or maximized.
  • the present invention further relates to at least one mechanically controllable phase shifter which is based on the variation of the spacing of at least one conductive element from at least one planar H [och] F [requenz] line, such as, for example, from at least one ribbon line,
  • microstrip line so-called "microstrip line”
  • slot line so-called "slot line”
  • the present invention further relates to at least one dielectric waveguide in which the phase shift or the angle, in particular the elevation angle, of the radiation and / or reception of the electromagnetic radiation in elevation by variably spacing arrangement of at least one at least partially made of conductive material, in particular at least partially made of metal, formed element is adjustable.
  • the arrangement of at least one conductive element is preferred over the arrangement of at least one dielectric element, since "dielectric loading" only functions to a very limited extent on a dielectric waveguide in that the waveguide of the dielectric waveguide is based on total reflection at the interface Air is based and the wave is no longer guided when the dielectric loading is increased due to one or more dielectric elements.
  • the present invention relates to the use of at least one device according to the type set out above and / or a method according to the type set out above in the automotive sector, in particular in the field of vehicle surroundings sensors, for example for measuring and determining the angular position of at least one object, as is also relevant in the context of a pre-crash sensor for triggering an airbag in a motor vehicle.
  • a sensor system in particular a radar sensor system, is used to determine whether there will be a possible collision with the detected object, for example with another motor vehicle. If there is a collision, the speed and impact point of the collision are also determined.
  • life-saving milliseconds can be obtained for the driver of the motor vehicle, in which preparatory measures can be carried out, for example, when the airbag is activated or when the belt system is tightened.
  • planar antenna system proposed according to the present invention can be used both in the L [ong] R [ange] R [adar] range and in A [daptive] C [ruise] C [ontrol] systems, for example the third
  • L [ong] R [ange] R [adar] is generally understood to be a long-range radar for long-range functions, which is typically used at a frequency of 77 gigahertz for A [daptive] C [ruise] C [ontrol] functions becomes.
  • Beam (er) elements and equipped with the dielectric or metallized, in particular cap-shaped bodies proposed according to the present invention, provided that the targeted adjustment of the elevation angle proves to be necessary.
  • S [hort] R [ange] R [adar] is generally understood to be a short-range radar for short-range functions, which is typically used at a frequency of 24 gigahertz for parking assistance functions or for pre-crash functions to trigger an airbag.
  • the structure according to the present invention can be used in a S [hort] R [ange] R [adar] sensor in which the direction of the beam lobe is set in elevation by at least one vehicle-specific dielectric and / or conductive cap.
  • 1A shows, in a partially schematic representation, a first arrangement for analog beam shaping via phase shifters according to the prior art
  • 1B is a partial schematic representation of a second arrangement for analog beam shaping via a beam shaping network according to the prior art
  • FIG. 1C shows, in a partially schematic representation, an arrangement for digital beam shaping according to the prior art
  • 3A shows a first device according to the prior art in cross-sectional representation (upper part of the picture) and in a top view (lower part of the picture), the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line;
  • 3C shows a third device according to the prior art, the planar line arrangement of which is designed as a slot line, in cross-sectional representation (upper part of the figure) and in a top view (lower part of the figure);
  • 4A shows a schematic representation of a first possibility for feeding antenna elements in the form of a series feed according to the prior art
  • 4B shows a schematic representation of a second possibility for feeding antenna elements in the form of in-phase feeding according to the prior art
  • 4C shows a schematic representation of a third possibility for feeding antenna elements in the form of a phase and amplitude symmetrical feeding according to the prior art
  • 5A shows a top view of a first possibility for a direct or capacitive series feed of antenna elements according to the prior art
  • 5B is a top view of a second option for direct or capacitive series feeding of antenna elements according to the prior art
  • 6A in cross-sectional representation (upper right part of the picture), in side view (left part of the picture) and in a top view (lower right part of the picture) a first possibility for a series supply of antenna elements from the underside of the substrate by electromagnetic slot coupling according to the prior art;
  • FIG. 8A shows a cross-sectional illustration of a first exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line;
  • FIG. 8B shows a cross-sectional illustration of the first exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a microstrip line;
  • FIG. 8C shows a cross-sectional illustration of the first exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a slot line;
  • FIG. 9A shows a cross-sectional illustration of a second exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line;
  • FIG. 9B shows a cross-sectional illustration of the second exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a microstrip line;
  • FIG. 9C shows a cross-sectional illustration of the second exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a slot line;
  • 10A shows a cross-sectional illustration of a third exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line;
  • 10B is a cross-sectional illustration of the third exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a microstrip line;
  • FIG. 10C shows a cross-sectional illustration of the third exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a slot line;
  • FIG. 11 shows a fourth exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the picture), in side view (left part of the picture) and in a top view (lower right part of the picture);
  • FIG. 12 shows a fifth exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the image), in side representation (left part of the image) and in a top view (lower right part of the image);
  • FIG. 13 shows a sixth exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the picture), in side view (left part of the picture) and in a top view (lower right part of the picture);
  • FIG. 14 shows a seventh exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the image), in side representation (left part of the image) and in a top view (lower right part of the image);
  • 15 shows a schematic representation of an eighth exemplary embodiment of the device according to the present invention
  • 16 shows a schematic representation of a ninth exemplary embodiment of the device according to the present invention
  • FIG. 17 shows a schematic representation of a device in which binary-shifted phase shift elements are installed
  • FIG. 18 shows a schematic illustration of a tenth exemplary embodiment of the device according to the present invention.
  • FIG. 19 shows a schematic representation of an eleventh embodiment of the device according to the present invention.
  • FIG. 21 shows a schematic representation of a thirteenth exemplary embodiment of the device according to the present invention.
  • FIG. 22 shows a schematic illustration of a fourteenth exemplary embodiment of the device according to the present invention.
  • FIG. 23 shows a schematic representation of a fifteenth exemplary embodiment of the device according to the present invention.
  • 24 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a simple feed network designed for simulation calculations according to the present invention
  • 25 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of a first simulation model of the arrangement with a simple feed network from FIG. 24 in the case of the provision of dielectric cap-shaped bodies according to the present invention
  • FIG. 26 shows a perspective illustration of an alternative embodiment to FIG. 25 of a simulation model of the arrangement with a simple feed network from FIG. 24 in the case of the provision of metallic cap-shaped bodies according to the present invention
  • FIG. 27 shows in three-dimensional plot the directivity measured in decibels in elevation of the arrangement with a simple feed network from FIG. 24 without a dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention
  • FIG. 28 in two-dimensional graphic representation shows the directivity in elevation of the arrangement with simple feed network from FIG. 24 plotted against the measured beam deflection angle, measured in decibels, without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies;
  • 29 shows in a two-dimensional graphical representation (so-called antenna diagram in elevation) the directivity in elevation of the arrangement, plotted against the beam deflection angle measured in degrees and measured in decibels 24 simple feed network of FIG. 24 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention, with dielectric cap-shaped bodies according to the present invention and with metallic cap-shaped body according to the present invention;
  • FIG. 30 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of a second simulation model of an arrangement with a meandering feed network according to the present invention
  • FIG. 31 shows in two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) the directivity in elevation of the arrangement with meandering feed network from FIG. 30 plotted against the beam deflection angle measured in degrees, measured in decibels, from FIG. 30 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies;
  • FIG. 32 in a two-dimensional graphic representation shows the directivity in elevation of the arrangement with a meandering feed network from FIG. 30 plotted against the beam deflection angle measured in degrees, measured in decibels, without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention, with dielectric cap-shaped bodies according to the present invention and with metallic cap-shaped bodies according to the present invention
  • FIG. 33 in a two-dimensional graphic representation shows the directivity in elevation of the arrangement with a meandering feed network from FIG. 30 plotted against the beam deflection angle measured in degrees and measured in decibels from FIG. 30 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies, with dielectric cap-shaped body according to the present invention for different frequencies and with metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies;
  • FIG. 34 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of a third simulation model of an arrangement with an in-phase feed network according to the present invention
  • 35 is a two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) of the directivity plotted against the beam angle measured in degrees, measured in decibels in elevation of the arrangement with in-phase feed network from FIG. 34 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention, with dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "forwards") and with dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "backwards”); and
  • Fig. 36 in a two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) against the in degrees measured beam deflection angle, directivity measured in decibels in elevation of the arrangement with in-phase feed network from FIG. 34 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies, with dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "forward” ) for different frequencies and with a dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "backwards”) for different frequencies.
  • the (radar) device 100 which is especially designed for the short range, and a method related thereto for detecting, detecting and / or evaluating one or more objects will be explained by way of example.
  • the device 100 which functions as an antenna, can be used in an essential manner according to the invention for transmitting and / or receiving electromagnetic H [och] F [requenz] radar radiation.
  • the device 100 has a substrate layer 10 with a
  • Dielectric constant ⁇ r , ⁇ on; A metallization layer 12 is applied to the underside 10u of the substrate 10 (cf. FIG. 3B: design according to the prior art; cf. FIG. 8B: first exemplary embodiment the present device 100; see. FIG. 9B: second exemplary embodiment of the present device 100; see. Figure 10B: third embodiment of the present device 100).
  • a planar configuration runs on the top 10o of the substrate 10
  • the planar linework 20 leads to a plurality of antenna or beam elements 32, 34, 36, 38, likewise applied to the substrate-shaped H [och] F [requenz] board 10 (cf. FIGS. 4A, 4B, 4C, 5A, 5B , 6A, 6B: designs according to the prior art; see FIG. 11: fourth embodiment of the present device 100; see FIG. 12: fifth embodiment of the present device 100; see FIG. 13: sixth embodiment of the present device 100; see FIG. 14: seventh embodiment of the present device 100; see FIG. 15: eighth embodiment of the present device 100; see FIG. 16: ninth embodiment the present device 100; see.
  • Figure 17 Device with three binary graded phase shift elements 60, 62, 64; see.
  • Figure 18 tenth embodiment of the present device 100; see. Figure 19: eleventh embodiment of the present device 100; see. Figure 20: twelfth embodiment of the present device 100; see. Figure 21: thirteenth embodiment of the present device 100; see. Figure 22: fourteenth embodiment of the present device 100; see. Figure 23: fifteenth embodiment of the present device 100).
  • These emitter elements 32, 34, 36, 38 can be supplied in various ways, for example as a serial supply 22s (so-called "series feed”: see FIGS. 4A, 5A, 5B, 6A, 6B: designs according to the prior art; see FIG. 11: fourth embodiment of the present device 100; see FIG. 12: fifth embodiment of the present device 100; see FIG. 13: sixth embodiment of the present device 100; see FIG. 14: seventh embodiment of the present device 100; see FIG. Figure 15: eighth embodiment of the present device 100; see Figure 22: fourteenth embodiment of the present
  • Device 100 see. Figure 23: fifteenth embodiment of the present device 100).
  • FIGS. 5A, 5B designs according to the prior art; see FIG. 11: fourth embodiment of the present device 100; see FIG. 12: fifth embodiment of the present device 100).
  • serial feed 22s can also take place from the bottom 10u of the substrate 10 by means of electromagnetic coupling of the feed network through a slot 32s, 34s, 36s, 38s (see FIG. 6A: Execution according to the prior art Technology; see FIG. 13: sixth exemplary embodiment of the present device 100; see FIG. 22: fourteenth embodiment of the present device 100; see FIG. 23: fifteenth embodiment of the present device 100).
  • a serial feed 22s can also be provided from the bottom 10u of the substrate 10 via an electrical feedthrough 32d, 34d, 36d, 38d (see FIG. 6B: version according to the prior art; see FIG. 14: seventh exemplary embodiment of the present device 100).
  • Figure 17 Device with three binary graded phase shift elements 60, 62, 64; see.
  • Figure 18 tenth embodiment of the present device 100; see.
  • Figure 19 eleventh embodiment of the present device 100; see.
  • Figure 20 twelfth embodiment of the present device 100; see.
  • Figure 21 thirteenth embodiment of the present device 100).
  • a further alternative or supplementary method for feeding the antenna elements 32, 34, 36, 38 to the method of series feeding 22s and / or to the method of in-phase feeding 22g is the phase and Amplitude-symmetrical feed 22p (cf. FIG. 40: design according to the prior art; cf. FIG. 16: ninth exemplary embodiment of the present device 100).
  • the beam angle in elevation E of the radar antenna or radar device 100 provided for a motor vehicle 200 according to the present invention can be adjusted by the planar H [high] F [requency] signal line 20 and is specifically detuned.
  • Phase difference ⁇ between two radiator elements 32, 34 and 34, 36 and 36, 38 can be increased.
  • Phase difference ⁇ between the antenna elements 32, 34, 36, 38 and the resulting antenna pattern in the second exemplary embodiment of the present invention according to FIGS. 9A, 9B, 9C is carried out by attaching a plate-shaped or layered element 50 made of conductive material at a certain distance from the signal line 20.
  • this metallic element 50 can be favorably replaced by a partial or complete one
  • the conductive element 50 is coated with one or more dielectric layers 40s.
  • FIGS. 10A, 10B, 10C takes place by means of a corresponding one which is dependent on the desired elevation angle ⁇
  • FIGS. 10A, 10B, 10C Design of the dielectric cap 40 with conductive layer 50s (cf. FIGS. 10A, 10B, 10C) of the sensor 100 (for comparison, the respective undisturbed line 20 known from the prior art is shown in FIGS. 3A, 3B, 30).
  • phase shifters are not controlled according to the invention, but practically the entire feed network or feed network is detuned or larger parts of the feed network or feed network are detuned; for this reason the feed network is at least partially constructed as a series feed 22s (so-called “series feed”) (see page 161 in P. Bhartia, KVS Rao, RS Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London, 1991).
  • series feed 22s series feed 22s
  • the just designed dielectric cap 40 which is arranged at a relatively large distance from the circuit board 10, influences the line 20 and which extends between the beam elements 32, 34, 36 thus the phase ⁇ of line 20 little.
  • the graduated dielectric and / or partially metallized cap 40 according to FIG. 12 influences the line 20 running between the beam elements 32, 34, 36 and thus the
  • the feed network on the same metallization level as the beam elements 32, 34, 36, 38, which means a direct or capacitive series supply of the directly coupled beam elements 32,
  • the dielectric cap 40 or the conductive cap 50 then simultaneously forms a ra [dar] dom [e] or a “radar dome”, that is to say a dome-shaped weather protection for the patch elements, which is permeable to electromagnetic radiation, for example in the form of a plastic cladding for the Radar 100 antenna system.
  • a ra [dar] dom [e] or a “radar dome” that is to say a dome-shaped weather protection for the patch elements, which is permeable to electromagnetic radiation, for example in the form of a plastic cladding for the Radar 100 antenna system.
  • the feed network can also, like the respective one 13 shows the sixth exemplary embodiment according to FIG. 13 and the seventh exemplary embodiment according to FIG. 14, on which the side of the substrate 10 opposite the radiator elements 32, 34, 36, 38 are built.
  • the emitters 32 or 34 or 36 or 38 are in this case
  • the dielectric cap 40 determining the elevation angle ⁇ on the back, that is located on the side of the sensor 100 remote from the beam.
  • FIG. 15 illustrates the beam deflection caused by a plate-shaped body 40 made of dielectric material of the dielectric constant ⁇ r , 2 in the case of serial feed 22s (so-called "series feed")
  • FIG. 16 shows the ninth
  • Embodiment of the device 100 the beam deflection with phase-symmetrical feed 22p (see also the illustration in FIG. 4C from the prior art).
  • phase (and amplitude-symmetrical feed 22p) Due to its symmetry, the phase (and amplitude-symmetrical feed 22p) has advantageous properties in that a simpler design of the feed can be achieved for a power distribution that drops outwards from the center, particularly with regard to a reduction in the side lobes of the phase and amplitude symmetrical feed 22p
  • Symmetry advantageously has little or no "squint" in elevation E.
  • U [ltra] W [ide] B [and] systems are generally understood to mean radar and communication systems which work with pulsed signals, the pulse length of which is very short and the latter
  • phase-shifting phase shifting element 62 which effects a phase shift of ⁇
  • a first dielectric element 40 which causes a phase shift of 2 ⁇ and is suitably structured
  • a second, suitably structured dielectric element 42 causing a phase shift of ⁇ and a third, suitably structured dielectric element 44 causing a phase shift of ⁇ can be graded using the three binary
  • Phase shift elements 60, 62, 64 built-in phase shift n ⁇
  • the three dielectric elements 40, 42, 44 are designed as suitably structured dielectric caps, the first dielectric cap 40 [ ⁇ --> phase shift 2 ⁇ ] being twice as long as the second dielectric cap 42 [ ⁇ --> phase shift ⁇ ] and how the third dielectric cap 44 [ ⁇ -> phase shift ⁇ ] is formed.
  • conductive elements 50, 52, 54 it is also possible to use conductive elements 50, 52, 54 to compensate or to amplify the beam deflection, namely in such a way that
  • a first conductive element 50 which causes a phase shift of 2 (- ⁇ ) and is suitably structured
  • a second, suitably structured conductive element 52 which causes a phase shift of - ⁇ and
  • a third, suitably structured conductive element 54 which causes a phase shift of - ⁇ and which can be compensated for by means of the three binary graded phase shift elements 60, 62, 64, phase shift n ⁇ - so that the beam deflection is reduced or even disappears (cf. foundedes Embodiment according to Figure 20),
  • the three conductive elements 50, 52, 54 are designed as suitably structured metallic caps, the first metallic cap 50 [ ⁇ --> phase shift 2 (- ⁇ )] being twice as long as the second metallic cap 52 [ ⁇ --> Phase shift - ⁇ ] and how the third metallic cap 54 [ ⁇ --> phase shift - ⁇ ] is formed.
  • Embodiment apparent, respectively opposite arrangement of the elements 40, 42, 44 or 50, 52, 54 influencing the phase shift n ⁇ on the individual branches of the feed network or feed network when the beam deflection disappears in FIGS. 18 and 20 or in relation to FIG. 17
  • the doubled beam deflection in FIGS. 19 and 21 is explained by the fact that the effective dielectric constant e ⁇ on the feed network and thus the phase shift n ⁇ between the antenna elements 32, 34, 36, 38 - is increased by the dielectric materials 40, 42, 44 (cf. 18 and 19), which corresponds to an electrical extension of the planar line system 20, and
  • FIG. 22 fourteenth embodiment of the device 100
  • FIG. 23 fifteenth embodiment of the device 100
  • the electrical path length between the beam (er) elements 32, 34, 36, 38 can be a multiple of half the wavelength by the
  • arcsin ⁇ 1 / [2 ⁇ a [( ⁇ eff, 2 / ⁇ eff, ⁇ ) 1 1/2 -1] ⁇ ,
  • Such a configuration can be given in a manner essential to the invention by partial or complete metallization of at least one plastic cap which then functions as a metallic element 50 for adjusting the elevation angle ((cf. second exemplary embodiment according to FIGS. 9A, 9B, 9C).
  • the effective dielectric constant ⁇ ⁇ depends on the thickness h of the substrate 10 and on the width w of the microstrip.
  • ⁇ ⁇ ff 0.5 ⁇ + 1) + 0.5 ( ⁇ r, ⁇ - 1) (1 + 12h / w) "1/2 + 0, 02 ( ⁇ r ⁇ 1 - 1) (1-w / h) 2 for w ⁇ h;
  • ⁇ ⁇ ff 0.5 * ( ⁇ r . ⁇ + 1) + 0.5 ( ⁇ r , ⁇ - 1) (1+ 12h / wV 1 2 for w ⁇ h.
  • Dielectric constant ⁇ eff can be achieved, which is equal to the dielectric constant ⁇ r ⁇ 1 of the substrate 10.
  • the effective dielectric constant ⁇ e ff always remains smaller than for the same "dielectric loading" for the coplanar line or slot line.
  • the microstrip line (S [hort] R [ange] R [adar]; eight millimeters at one
  • This HFSS simulation model for four slot-coupled, series-fed patches is shown in FIG. 25, which also contains the Ra [dar] dom [e] and adhesive for the Ra [dar] dom [e].
  • a separate simulation calculation is carried out for the position of the reference planes at the branches of the branch lines to the patches; all branch lines are extended accordingly by 350 micrometers.
  • a cap which is gradually brought up to the conductor track in the area of the distribution network, is attached below the feed network (see FIG. 26, in which the HFSS simulation model, namely only lines, coupling slots and cap, for simulation calculations on the influence of a metallic cap is shown).
  • FIG. 27 shows a three-dimensional plot of the directivity measured in decibels in elevation of the arrangement with a simple feed or feed network without a dielectric and / or conductive cap in one
  • FIG. 28 shows the directivity plotted against the beam deflection angle measured in degrees (from the z-axis) and measured in decibels in elevation of the arrangement with a simple feed or feed network without a dielectric and / or conductive cap. Due to the serial feed, the beam angle is frequency-dependent, the different frequencies 22 gigahertz, 24 gigahertz, 26 gigahertz and 28 gigahertz being considered.
  • Path length of ⁇ i 4 ⁇ (corresponding to 2 ⁇ s , i.e. twice the wavelength of the substrate) connects in order to achieve the greatest possible deflection of the beam lobe.
  • the feed or feed network according to FIG. 30 generates an output distribution of 0.25 / 1/1 / 0.25 with an amplitude assignment of 0.5 / 1/1 / 0.5. This reduces the side lobes to about -20 decibels below the main lobe maximum; the main lobe also widens.
  • FIG. 31 shows the directivity plotted against the beam deflection angle measured in degrees (from the z axis) and measured in decibels in elevation of the arrangement with a meandering feed or feed network without a dielectric and / or conductive cap, the different frequencies being 22 gigahertz, 24 gigahertz, 26 gigahertz and 28 gigahertz can be considered.
  • grating lobes occur.
  • the directivities, measured in decibels, and measured in decibels in elevation of the arrangement with a meandering feed or feed network at a frequency of 24 gigahertz at a frequency of 24 gigahertz are compiled for the following different configurations against the beam deflection angle (from z-axis).
  • a metallic cap at a short distance deteriorates the beam shape, so that a metallic cap at a distance of two hundred micrometers can achieve a beam deflection of -7 degrees.
  • the frequency-dependent angle difference of the beam maxima decreases for large beam deflections, but remains very large there as well.
  • Figure 34 shows an in-phase feed network, all
  • the line lengths from the patches to the first branch are approximately eight millimeters, that is to say the line lengths from the patches to the first branch correspond to approximately ⁇ s .
  • the line length between the first branch and the second branch is about ten millimeters to about twelve millimeters.
  • a second dielectric cap shaped differently from the first dielectric cap can more than double the beam deflection.
  • the directivities, measured in decibels, and measured in decibels in elevation of the arrangement with in-phase feed or feed network in a frequency range from twenty gigahertz to 28 gigahertz for the following different configurations are compiled against the beam deflection angle (from z-axis).
  • the arrangement without a dielectric and / or metallized cap and for the dielectric cap which compensates for the beam deflection results in a relatively small variation in the beam lobe maximum with the Frequency.
  • Exemplary embodiments of three different feed networks simple feed or feed network according to FIGS. 24 to 29; meandering feed or feed network according to FIGS. 30 to 33; in-phase feed network with a binary graded phase difference according to FIGS. 34 to 36) the potential of the latter
  • Invention proposed setting of the elevation angle of a planar radar antenna.
  • a column of four slot-coupled patches at a frequency of 24 gigahertz is used for the simulation calculations, these patches being available as optimized antenna or beam (s) elements for the simulation.
  • the limitation to four antenna or beam (er) elements keeps the effort for the simulation within limits.
  • the beam lobe of this column is so wide that there is only a difference in the directivities of a few decibels in the swivel range, so that the effort - not least because of the additional losses due to the swivel - would not be worthwhile for this configuration; however, these simulations do
  • planar antennas are used in the medium range and for L [ong] R [ange] R [adar] applications, columns with about twenty antenna or beam (er) elements must be used in order to be able to achieve the necessary antenna gains at all.
  • the beam is then only a few degrees wide, and an installation of about five degrees to about ten degrees from the plumb line can no longer be tolerated under any circumstances.
  • This product is verified by opening and comparing two radar sensors for different installation angles, for example from two different motor vehicles. If the boards, on to which the feed network and the antennas are located, are identical and if the dielectric or conductive, in particular cap-shaped bodies differ, then the proof is completed.
  • Beam (er) element ⁇ are provided with an opaque coating (in this case it is not visible whether the boards are identical or not), the coating has to be removed, for example by means of a solvent, or X-ray images of H [och] F to produce [requenz] boards.
  • the dielectric or metallized, in particular cap-shaped bodies look identical and also have identical dimensions, then the dielectric constant of the dielectric or metallized, in particular cap-shaped bodies must be determined; there are suitable measuring techniques for this.

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Abstract

The invention relates to a device (100) and a method for emitting and/or receiving electromagnetic radiation. The aim of the invention is to improve corresponding generic devices and methods so that the angle ( THETA ) of the ray beams of the device (100) in elevation (E) can be adjusted in a simple and economical manner. For this purpose, the phase shift ( DELTA <) between the electromagnetic radiation emitted and/or received by various antenna elements (32, 34, 36, 38) or the angle ( THETA ) of emission and/or receipt of the electromagnetic radiation in elevation (E) is adjusted by variation of the effective permittivity ( epsilon eff), especially the spreading coefficient, of the line (20) and/or by arranging at least one element (50, 52, 54) that consists at least partially of a conductive material, especially at least partially of a metal, at a variable distance to the line (20) and/or to the antenna elements (32, 34, 36, 38).

Description

Vorrichtung sowie Verfahren zum Abstrahlen und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung Device and method for emitting and / or receiving electromagnetic radiation
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abstrahlen und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von elektromagnetischer H[och]F[requenz]-Radarstrahlung, aufweisend mindestens ein einschichtiges oder mehrschichtiges, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisendes Substrat, auf dem mindestens eine planar ausgebildete Leitung, insbesondere in Form einer Bandleitung oder in Form einer symmetrischen oder unsymmetrischen Koplanarleitung oder in Form einer Mikrostreifenleitung oder in Form einer Schlitzleitung oder in Form einer koplanaren Zweibandleitung, mit mindestens zwei Antennenelementen, insbesondere Strahlelementen, aufgebracht ist, deren insbesondere zumindest partiell serielle Speisung und/oder insbesondere zumindest partiell gleichphasige Speisung und/oder insbesondere zumindest partiell phasen- und/oder amplitudensymmetrische Speisung zum BeispielThe present invention relates to a device for emitting and / or receiving electromagnetic radiation, in particular electromagnetic high-frequency radar radiation, comprising at least one single-layer or multi-layer, in particular also at least one metallic layer, substrate on which at least one planar line, in particular in the form of a ribbon line or in the form of a symmetrical or asymmetrical coplanar line or in the form of a microstrip line or in the form of a slot line or in the form of a coplanar two-band line, with at least two antenna elements, in particular beam elements, of which at least in particular is applied partially serial feed and / or in particular at least partially in-phase feed and / or in particular at least partially phase and / or amplitude symmetrical feed, for example
- mittels direkten oder kapazitiven Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks auf der den Antennenelementen zugewandten Oberseite des Substrats oderby means of direct or capacitive coupling of at least one feed network on the upper side of the substrate facing the antenna elements or
- mittels durch jeweils mindestens einen Schlitz erfolgenden elektromagnetischen Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks von der von den Antennenelementen abgewandten Unterseite des Substrats her oder- By means of at least one slot electromagnetic coupling of at least one feed network from the underside of the substrate facing away from the antenna elements or
- über jeweils mindestens eine elektrische Durchführung von der von den Antennenelementen abgewandten Unterseite des Substrats her erfolgt, wobei auf der von den Antennenelementen abgewandten Unterseite des Substrats mindestens eine Metallisierungsschicht angeordnet sein kann.- Via at least one electrical feedthrough from the underside of the substrate facing away from the antenna elements, wherein at least one metallization layer can be arranged on the underside of the substrate facing away from the antenna elements.
Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zumThe present invention further relates to a method for
Abstrahlen und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von elektromagnetischer H[och]F[requenz]-Radarstrahlung, mittels mindestens zweier Antennenelemente, insbesondere Strahlelemente, die über mindestens eine planar ausgebildete Leitung, insbesondere in Form einer Bandleitung oder in Form einer symmetrischen oder unsymmetrischen Koplanarleitung oder in Form einer Mikrostreifenleitung oder in Form einer Schlitzleitung oder in Form einer koplanaren Zweibandleitung, insbesondere zumindest partiell seriell und/oder insbesondere zumindest partiell gleichphasig und/oder insbesondere zumindest partiell phasen- und/oder amplitudensymmetrisch zum BeispielRadiate and / or receive electromagnetic radiation, in particular electromagnetic H [och] F [requenz] radar radiation, by means of at least two antenna elements, in particular beam elements, via at least one planar line, in particular in the form of a ribbon line or in the form of a symmetrical line or asymmetrical coplanar line or in the form of a microstrip line or in the form of a slot line or in the form of a coplanar two-band line, in particular at least partially in series and / or in particular at least partially in phase and / or in particular at least partially in phase and / or amplitude symmetry, for example
- mittels direkten oder kapazitiven Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks auf der den Antennenelementen zugewandten Oberseite mindestens eines einschichtigen oder mehrschichtigen, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisenden Substrats oderby means of direct or capacitive coupling of at least one feed network on the upper side of at least one single-layer or multi-layer, in particular also at least one metallic layer, substrate having the antenna elements
- mittels durch jeweils mindestens einen Schlitz erfolgenden elektromagnetischen Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks von der von den Antennenelementen abgewandten Unterseite mindestens eines einschichtigen oder mehrschichtigen, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisenden Substrats her oderby means of electromagnetic coupling of at least one feed network, which takes place through at least one slot in each case, from the underside facing away from the antenna elements of at least one single-layer or multi-layer, in particular also at least one metallic layer, substrate or
- über jeweils mindestens eine elektrische Durchführung von der von den Antennenelementen abgewandten Unterseite mindestens eines einschichtigen oder mehrschichtigen, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisenden Substrats her gespeist werden, wobei auf der von den Antennenelementen abgewandten Unterseite des Substrats mindestens eineare fed via at least one electrical feedthrough from the underside facing away from the antenna elements of at least one single-layer or multilayer substrate, in particular also having at least one metallic layer, at least one on the underside of the substrate facing away from the antenna elements
Metallisierungsschicht vorgesehen werden kann.Metallization layer can be provided.
Stand der TechnikState of the art
Eine Sensierung des Umfelds eines Fortbewegungsmittels, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, kann grundsätzlich mittels LI[ght]D[etecting]A[nd]R[anging], mittels RA[dio]D[etecting]A[nd]R[anging], mittels Video oder auch mittels Ultraschall erfolgen.Sensing the surroundings of a means of transportation, in particular a motor vehicle, can in principle be done by means of LI [ght] D [etecting] A [nd] R [anging], by means of RA [dio] D [etecting] A [nd] R [anging] Video or ultrasound.
Hierbei finden an Fortbewegungsmitteln, insbesondere an Kraftfahrzeugen, zunehmend Radarsensoren Verbreitung. Heutige Systeme dienen der automatischen Abstands- und/oderRadar sensors are becoming increasingly widespread on means of transportation, in particular on motor vehicles. Today's systems are used for automatic distance and / or
Geschwindigkeitsregelung; zukünftige Systeme, die sich momentan im Entwicklungsstadium befinden, sollen weitere Funktionalitäten ermöglichen, wie etwa Komfortsysteme, zum Beispiel für den stop-and-go- Betrieb, bis hin zu Sicherheitssystemen, die Airbags und Gurtstraffer schärfen, Airbag-Auslösezeitpunkte optimieren oder derCruise control; Future systems that are currently in the development stage should enable further functionalities, such as comfort systems, for example for stop-and-go operation, to safety systems that sharpen airbags and belt tensioners, optimize airbag deployment times or the
Kollisionswarnung und -Vermeidung dienen.Collision warning and avoidance serve.
Für derartige Anwendungen muß ein großer Bereich um dasFor such applications, there must be a large area around the
Fortbewegungsmittel herum bzw. die gesamte Umgebung des Fortbewegungsmittels abgetastet werden. Dafür werden mehrereMeans of transportation around or the entire environment of the means of transportation are scanned. For this, several
Sensoren rund um das Fortbewegungsmittel gruppiert. Die Antennen der kommerziell erhältlichen Kfz-Radarsensoren bei einer Frequenz von 77 Gigahertz werden üblicherweise als Linsenantennen aufgebaut; für zukünftige Radarsensoren bei einer Frequenz von 24 Gigahertz und bei einer Frequenz von 77 Gigahertz werden planare Antennen untersucht.Sensors grouped around the means of transportation. The antennas of the commercially available automotive radar sensors at a frequency of 77 gigahertz are usually constructed as lens antennas; For future radar sensors at a frequency of 24 gigahertz and at a frequency of 77 gigahertz, planar antennas are being examined.
In diesem Zusammenhang ist es aus dem Stand der Technik bekannt, planare phasengesteuerte Gruppenantennen ("phased arrays") in militärischen Radarsystemen einzusetzen:In this context, it is known from the prior art to use planar phased arrays in military radar systems:
Um die Winkelpositionen der Zielobjekte in der Horizontalen (Azimut A; vgl. Figur 1A, Figur 1 B und Figur 1C) zu ermitteln, werden bei der Strahlformung auf analoger Ebene (vgl. Figur 1A und Figur 1 B) mehrere Strahlkeulen ausgebildet. Hierzu dient eine phasengesteuerte Gruppenantenne G ("phased array") mit Phasenschiebern P (vgl. Figur 1A) sowie mit Leistungsteiler L (vgl. Figur 1A) oder mit strahlformendemIn order to determine the angular positions of the target objects in the horizontal (azimuth A; cf. FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C), several beam lobes are formed during beam shaping on an analog level (cf. FIG. 1A and FIG. 1B). A phase-controlled group antenna G (“phased array”) with phase shifters P (cf. FIG. 1A) and with power divider L (cf. FIG. 1A) or with beam-shaping array is used for this purpose
Element bzw. Netzwerk S (vgl. Figur 1 B) zum Erzeugen der Phasenbelegung, wie Rotman-/Archer-/Gent-Linse, Butler-Matrix oder Blass-Matrix.Element or network S (cf. FIG. 1B) for generating the phase assignment, such as a Rotman / Archer / Gent lens, Butler matrix or Pale matrix.
Die schaltungsseitigen Ausgänge des Strahlformungsnetzwerks S (vgl.The circuit-side outputs of the beam shaping network S (cf.
Figur 1B) können über einen Umschalter parallel oder seriell in das Basisband gemischt und mittels einer Verarbeitungseinheit V weiterverarbeitet werden.1B) can be mixed in parallel or serially into the baseband via a changeover switch and processed further by means of a processing unit V.
Für die Strahlformung auf digitaler Ebene (vgl. Figur 1C) werden dieFor beam shaping on a digital level (see FIG. 1C), the
Signale aller Antennenspalten zur digitalen Auswertung mittels hintereinander geschalteter rauscharmer Verstärker R (sogenannter L[ow]N[oise]A[mplifier]) sowie mittels Tiefpaßfiltern T ins Basisband herabgemischt und mittels Analog/Digital-Wandlern W digitalisiert.Signals of all antenna columns for digital evaluation by means of successively connected low-noise amplifiers R (so-called L [ow] N [oise] A [mplifier]) and by means of low-pass filters T are mixed down into the baseband and digitized by means of analog / digital converters W.
Die vorgenannten Konzepte und Prinzipien sind in Figur 1A, in Figur 1B und in Figur 1C jeweils für den Empfangspfad dargestellt.The aforementioned concepts and principles are shown in Figure 1A, in Figure 1B and shown in Figure 1C each for the reception path.
In der Vertikalen (Elevation E; vgl. Figur 1A, Figur 1B und Figur 1C) werden üblicherweise mehrere Antennenelemente übereinander angeordnet, die innerhalb einer Spalte mit einer festen Phasen- und Amplitudenbeziehung zueinander angesteuert werden. Damit wird eine Strahlbündelung in Elevation E erreicht, die der Erhöhung der Reichweite und der Ausblendung von unerwünschten Zielen, die sich in sehr geringer oder größerer Höhe befinden, dient.In the vertical (elevation E; cf. FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1C), a plurality of antenna elements are usually arranged one above the other, which are controlled within a column with a fixed phase and amplitude relationship to one another. A beam bundling in elevation E is thus achieved, which serves to increase the range and to suppress undesired targets which are at a very low or high altitude.
Die Gruppenantenne G wird üblicherweise planar auf H[och]F[requenz]- Substraten, wie etwa Glas, Keramik oder Softboard, aufgebaut. Als Antennenelemente der Gruppenantenne G dienen im allgemeinen Patches, Alternativen sind zum Beispiel Dipol- oder Schlitzstrahler. Gegenwärtige Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Übertragung dieser Konzepte in kostengünstige Systeme für die Anwendung im Kraftfahrzeug.The group antenna G is usually built up planar on H [och] F [requenz] substrates, such as glass, ceramic or softboard. Patches are generally used as antenna elements of the group antenna G; alternatives are, for example, dipole or slot radiators. Current research is concerned with the transfer of these concepts into cost-effective systems for use in motor vehicles.
Der Einbau der Radarsensoren stellt insbesondere für den Seitenbereich hohe Anforderungen an die Baugröße sowie an die Form des Sensors.The installation of the radar sensors places high demands on the size and shape of the sensor, especially for the side area.
Durch Verwendung planarer Antennen wird der Sensor flach. Da Radarsensoren nicht hinter den metallischen Außenwänden eines Fahrzeugs verbaut werden können, bleiben als Einbauraum im Seitenbereich vor allem um die Ecken des Fahrzeugs gezogene (Kunststoff-)Stoßfänger, Kunststoff-Zierleisten, Kratz- undBy using planar antennas, the sensor becomes flat. Since radar sensors cannot be installed behind the metallic outer walls of a vehicle, the (plastic) bumpers, plastic trims, scratches and scratches remain as installation space in the side area
Prallschutzelemente sowie Spoiler.Impact protection elements and spoilers.
In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, dass die Außenwände vonIn this context it should be borne in mind that the outer walls of
Kraftfahrzeugen normalerweise nicht exakt in der Senkrechten sind. Der Radarsensor ist also unter Umständen schräg einzubauen, weil der hinterMotor vehicles are usually not exactly vertical. The radar sensor may therefore have to be installed at an angle because it is behind
Stoßfänger, Zierleisten und dergleichen zur Verfügung stehende Einbauraum nicht für einen senkrechten Einbau ausreicht. Die Einbauwinkel für den Radarsensor unterscheiden sich im allgemeinen für die unterschiedlichen Einbauorte an einem Kraftfahrzeug und/oder zwischen verschiedenen Kraftfahrzeugen.Bumpers, trims and the like are available Installation space is not sufficient for vertical installation. The installation angles for the radar sensor generally differ for the different installation locations on a motor vehicle and / or between different motor vehicles.
Für die sich in Entwicklung befindlichen S[hort]R[ange]R[adar]-Sensoren mit zum Beispiel vier oder sechs Elementen in Elevation ist die Strahlkeule in Elevation so breit, dass ein schräger Einbau mit einer Abweichung in der Größenordnung von etwa + fünf Grad bis etwa + zehn Grad aus der Vertikalen toleriert werden kann.For the S [hort] R [ange] R [adar] sensors currently being developed with, for example, four or six elements in elevation, the beam lobe in elevation is so wide that an inclined installation with a deviation of the order of about + five degrees to about + ten degrees from the vertical can be tolerated.
Werden jedoch planare kurz- bis mittelreichweitige Sensoren oder planare L[ong]R[ange]R[adar]-/A[daptive]C[ruise]C[ontrol]-Sensoren betrachtet, so wird die Breite der Strahlkeule in Elevation nur noch wenige Grad betragen, um den notwendigen Antennengewinn zu erzielen; dann ist eine möglichst exakt entlang der Horizontalen orientierte Strahlkeule zwingend erforderlich.However, if planar short- to medium-range sensors or planar L [ong] R [ange] R [adar] - / A [daptive] C [ruise] C [ontrol] sensors are considered, the width of the beam is only increased in elevation be a few degrees to achieve the necessary antenna gain; then a beam lobe oriented as precisely as possible along the horizontal is absolutely necessary.
Eine Strahlablenkung um drei Grad nach oben führt bei einem Abstand von dreißig Metern bereits dazu, dass sich das Maximum der StrahlkeuleA beam deflection of three degrees upwards at a distance of thirty meters already leads to the maximum of the beam lobe
1 ,60 Meter über dem Einbauort des Sensors befindet (vgl. Figur 2, anhand derer die Auslenkung der Strahlkeule bei einem um drei Grad schrägen Einbau optisch veranschaulicht ist).1.60 meters above the installation location of the sensor (cf. FIG. 2, on the basis of which the deflection of the beam lobe is visually illustrated in the case of an installation inclined by three degrees).
Was nun planare H[och]F[requenz]-Leitungen sowie planare Antennen anbelangt, so werden für den Aufbau preisgünstiger H[och]F[requenz]- Schaltungen heutzutage planare H[och]F[requenz]-Leitungen, wie etwa Koplanar-, Mikrostreifen-, Schlitzleitungen oder dergleichen eingesetzt.With regard to planar H [och] F [requenz] lines and planar antennas, planar H [och] F [requenz] lines, such as coplanar, are nowadays used for the construction of inexpensive H [och] F [requenz] circuits -, Microstrip, slot lines or the like used.
Exemplarisch sind diese drei planaren Leitungstypen mit dem jeweiligen prinzipiellen Verlauf des elektrischen Felds des Grundmodus - in Figur 3A als (symmetrische oder unsymmetrische) Koplanarleitung (= sogenannter "coplanar waveguide"),These three planar line types with the respective basic course of the electrical field of the basic mode are exemplary in FIG. 3A as a (symmetrical or asymmetrical) coplanar line (= so-called "coplanar waveguide"),
- in Figur 3B als Mikrostreifenleitung (= sogenannte "microstrip line") und- In Figure 3B as a microstrip line (= so-called "microstrip line") and
- in Figur 3C als Schlitzleitung (= sogenannte "slot line") skizziert.- Outlined in Figure 3C as a slot line (= so-called "slot line").
Abgesehen von den in Figur 3A, in Figur 3B und in Figur 3C dargestellten planaren Leitungstypen gibt es eine Vielzahl weiterer planarer Leitungstypen, so etwa Bandleitungen oder koplanare Zweibandleitungen (vgl. zum Beispiel R. K. Hoffmaπn, "Integrierte Mikrowellenschaltungen",In addition to the planar line types shown in FIG. 3A, in FIG. 3B and in FIG. 3C, there are a large number of other planar line types, such as ribbon lines or coplanar two-band lines (cf. for example R. K. Hoffmaπn, "Integrated Microwave Circuits",
Springer-Verlag, Berlin, 1983).Springer-Verlag, Berlin, 1983).
Außerdem können folgende Modifikationen auftreten:The following modifications can also occur:
- eine Metallisierung der Substratunterseite; - mehrschichtige Substrate, wobei auch metallische Schichten auftreten können;- Metallization of the underside of the substrate; - multilayer substrates, whereby metallic layers can also occur;
- dielektrische Schichten, die die metallischen Leiterbahnen überdecken.- dielectric layers that cover the metallic conductor tracks.
Als Substrat dienen spezielle Mikrowellensubstrate, wie etwa Glas, Keramik oder Kunststoff, der mit Füllstoffen versetzt oder mit Glasfasern verstärkt sein kann, oder dergleichen. Auf diesem Mikrowellensubstrat werden planare Antennen beispielsweise mit Dipol-, Patch- oder Schlitzstrahlern aufgebaut; Einzelheiten hierzu sind zum Beispiel der Darstellung in P. Bhartia, K. V. S. Rao, R. S. Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London,Special microwave substrates, such as glass, ceramic or plastic, which can be mixed with fillers or reinforced with glass fibers, or the like, serve as the substrate. Planar antennas, for example with dipole, patch or slot radiators, are built up on this microwave substrate; Details on this are, for example, the presentation in P. Bhartia, K.V. S. Rao, R. S. Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London,
1991 , entnehmbar.1991, removable.
In Figur 4A, in Figur 4B und in Figur 4C sind mögliche Konfigurationen der Speisung der planaren Antennen gezeigt: - bei der Serienspeisung (sogenannter "series feed") gemäß Figur 4A tritt zwischen den Antennenelementen eine elektrische Weglänge auf, über die eine feste Strahlablenkung in Elevation eingestellt werden kann;FIG. 4A, FIG. 4B and FIG. 4C show possible configurations for the feeding of the planar antennas: in the case of the series feeding (so-called "series feed") according to FIG. 4A, an electrical path length occurs between the antenna elements, via which a fixed beam deflection in elevation can be set;
- bei der gleichphasigen Speisung (sogenannter "corporate feed") gemäß Figur 4B werden alle Antennenelemente mit der gleichen Phase gespeist, wobei die Amplitude üblicherweise symmetrisch nach außen hin abnimmt, um die Nebenkeulen zu reduzieren;in the case of in-phase feeding (so-called “corporate feed”) according to FIG. 4B, all antenna elements are fed with the same phase, the amplitude usually decreasing symmetrically outwards in order to reduce the side lobes;
- eine Kombination aus der Serienspeisung (vgl. Figur 4A) und der gleichphasigen Speisung (vgl. Figur 4B) ist die phasen- und amplitudensymmetrische Speisung gemäß Figur 4C. Hier werden die Antennenelemente nicht notwendigerweise phasengleich gespeist, jedoch sind die Phasenabweichungen sowie die Amplitudenbelegung symmetrisch, und außerdem ist das Speisenetzwerk kleiner als bei der gleichphasigen Speisung (vgl. Figur 4B).- A combination of the series feed (see FIG. 4A) and the in-phase feed (see FIG. 4B) is the phase and amplitude symmetrical feed according to FIG. 4C. Here the antenna elements are not necessarily fed in phase, but the phase deviations and the amplitude assignment are symmetrical, and the feed network is also smaller than in the case of in-phase feed (cf. FIG. 4B).
Wie den beiden exemplarischen Anordnungen einer direkten oder kapazitiven Serienspeisung gemäß Figur 5A und gemäß Figur 5B entnehmbar ist, können die Antennenelemente direkt an das Speisenetzwerk angekoppelt sein.As can be seen from the two exemplary arrangements of a direct or capacitive series feed according to FIG. 5A and according to FIG. 5B, the antenna elements can be coupled directly to the feed network.
Alternativ hierzu können die Antennenelemente von derAlternatively, the antenna elements of the
SubstratunterseiteSubstrate underside
- durch elektromagnetische Kopplung (sogenannte Schlitzkopplung; vgl. Figur 6A) oder- by electromagnetic coupling (so-called slot coupling; see FIG. 6A) or
- über elektrische H[och]F[requenz]-Durchführungen (sogenannte "vias"; vgl. Figur 6B) seriell gespeist werden (vgl. P. Bhartia, K. V. S. Rao, R. S. Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London, 1991 ).- serially fed via electrical high-frequency feedthroughs (so-called "vias"; see FIG. 6B) (see P. Bhartia, KVS Rao, RS Tomar, "millimeter-wave microstrip and printed circuit antennas") , Artech House, Boston, London, 1991).
Das Leistungsverteilnetzwerk befindet sich dementsprechend entweder auf der gleichen Metallebene wie die Antennenelemente oder auf der den Antennenelementen gegenüberliegenden Substratseite. In letzterem Falle kann das Substrat eine innenliegende, stellenweise unterbrochene Metallisierung aufweisen bzw. kann aus mehreren metallischen und dielektrischen Schichten aufgebaut sein. Weiterhin kann die Leistungsverteilung und Speisung auf einer innenliegendenThe power distribution network is accordingly either on the same metal level as the antenna elements or on the Antenna elements opposite substrate side. In the latter case, the substrate can have an internal, locally interrupted metallization or can be constructed from a plurality of metallic and dielectric layers. Furthermore, the power distribution and feeding can be done on an inside
Substratschicht erfolgen.Substrate layer take place.
Was nun die Strahlschwenkung in Elevation anbelangt, so können durch Einstellen der Phasenbeziehung zwischen den Antennenelementen in Elevation die Strahlkeulen in Elevation geschwenkt werden, damit dieAs far as the beam swiveling in elevation is concerned, the beam lobes can be swiveled in elevation by adjusting the phase relationship between the antenna elements in elevation, so that the
Strahlkeulen bei schrägem Einbau des Radarsensors im gewünschten Winkel in der Vertikalen (im allgemeinen parallel zur Horizontalebene) ausgerichtet sind.Beam lobes are aligned at a desired angle in the vertical (generally parallel to the horizontal plane) when the radar sensor is installed at an angle.
Diese Strahlablenkung durch Phasenverschiebung zwischen denThis beam deflection by phase shift between the
Strahlerelementen ist in Figur 7 illustriert, wobei sich allgemeine Grundlagen sowie der funktionale Zusammenhang zwischen der Phasenverschiebung Δφ und dem Ablenkwinkel Θ in S. K. Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Band 1 und Band 2, Artech House, Boston, London, 1991 , finden.Radiator elements are illustrated in FIG. 7, with general principles and the functional relationship between the phase shift Δφ and the deflection angle Θ in SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Volume 1 and Volume 2, Artech House, Boston , London, 1991.
In diesem Zusammenhang kann die Einstellung der Phasenbeziehung zwischen den Strahlerelementen durch verschiedene Maßnahmen (i) und/oder (ii) erfolgen:In this context, the phase relationship between the radiator elements can be set by various measures (i) and / or (ii):
(i) Ein spezielles Design der Antenne bzw. des Speisenetzwerks für jeden Elevationswinkel kann am einfachsten durch unterschiedliche Leitungslängen im Speisenetzwerk, über das die Antennenelemente angesteuert werden, realisiert werden.(i) A special design of the antenna or the feed network for each elevation angle can be implemented most simply by different line lengths in the feed network, via which the antenna elements are controlled.
Hierzu müßten unterschiedliche H[och]F[requenz]-Platinen für jeden vom Benutzer gewünschten Elevationswinkel bzw. für eine gewisse Anzahl sinnvoll abgestufter Elevationswinkel hergestellt und in die entsprechenden Sensoren eingesetzt werden, was einen erheblichen logistischen sowie organisatorischen Aufwand bei Produktion und Lagerhaltung erfordert.This would require different H [och] F [requenz] boards for everyone Elevation angle desired by the user or for a certain number of sensibly graded elevation angles are produced and used in the corresponding sensors, which requires a considerable logistical and organizational effort in production and storage.
Durch Verwechslung des Typenschilds oder der H[och]F[requenz]- Platine könnte außerdem der Fehler auftreten, dass ein Sensor nicht den vorgesehenen Elevationswinkel aufweist; dann funktioniert das Radarsystem gar nicht, mit verringerter Reichweite oder nur unter bestimmten Umständen.Mixing up the type plate or the H [och] F [requenz] board could also lead to the error that a sensor does not have the intended elevation angle; then the radar system will not work at all, with a reduced range or only under certain circumstances.
Ein derartiger Fehler wäre nur sehr schwer zu finden, denn der falsche Elevationswinkel kann äußerlich am Sensor nicht erkannt werden, sondern nur durch öffnen des Sensors sowie durch genaue Inspektion der H[och]F[requenz]-Platine oder durch eine Messung der Strahlcharakteristik, was in einer Kraftfahrzeugwerkstätte praktisch undurchführbar ist.Such an error would be very difficult to find, because the wrong elevation angle cannot be recognized externally on the sensor, but only by opening the sensor and by inspecting the H [och] F [requenz] board precisely or by measuring the beam characteristics, which is practically impracticable in a motor vehicle workshop.
(ii) Elektronisch oder auf andere Weise einstellbare Phasenschieber (vgl. S. K. Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Band 1 und Band 2, Artech House, Boston, London, 1991) zwischen den Antennenelementen verbieten sich wegen der Anzahl der erforderlichen Phasenschieber, der damit verbundenen Kosten und zudem der möglicherweise zunehmenden Sensorbaugröße.(ii) Electronically or otherwise adjustable phase shifters (cf. SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Vol. 1 and Vol. 2, Artech House, Boston, London, 1991) are forbidden because of the number of phase shifters required, the associated costs and also the possibly increasing sensor size.
Bei mechanisch "getrimmten" Phasenschiebern kann hier außerdem der vorgenannte Fehler auftreten, dass der eingestellte Elevationswinkel oder das Typenschild verwechselt werden.In the case of mechanically "trimmed" phase shifters, the aforementioned error can also occur here that the set elevation angle or the nameplate are mixed up.
Der Elevationswinkel eines Radarsensors mit elektronisch gesteuerten Phasenschiebern könnte zwar über einen Informationsaustausch mit der Kraftfahrzeugelektronik auf den korrekten Wert eingestellt werden, ohne dass hierbei Fehler auftreten, jedoch verbieten sich elektronisch steuerbare Phasenschieber aus Kostengründen, wie erwähnt.The elevation angle of a radar sensor with electronic Controlled phase shifters could indeed be set to the correct value by exchanging information with the motor vehicle electronics, without errors occurring, but electronically controllable phase shifters are prohibited for cost reasons, as mentioned.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention: task, solution, advantages
Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen undBased on the disadvantages and
Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass das Einstellen des Winkels der Strahlkeulen des Radarsensors in Elevation auf einfache und kostengünstige Weise bewerkstelligbar ist, wobei die Elektronik- und H[och]F[requenz]-Baugruppen für alle realisierbaren Elevationswinkel unverändert bleiben sollen.The present invention is based on the inadequacies and, in recognition of the outlined prior art, the object of further developing a device of the type mentioned at the outset and a method of the type mentioned at the outset such that the angle of the beam lobes of the radar sensor can be adjusted in elevation in a simple and inexpensive manner is, the electronics and H [och] F [requenz] modules should remain unchanged for all realizable elevation angles.
Des weiteren sollen durch die vorliegende Erfindung Fehler ausgeschlossen werden, die durch Verwechslung der Phasenschieber- Baugruppe und/oder des Typenschilds oder durch fehlerhaftes "Trimmen" entstehen.Furthermore, the present invention is intended to rule out errors which arise as a result of confusing the phase shifter assembly and / or the nameplate or as a result of incorrect "trimming".
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch 18 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by a device with the features specified in claim 1 and by a method with the features specified in claim 18. Advantageous refinements and useful developments of the present invention are characterized in the respective subclaims.
Die Lehre gemäß der vorliegenden Erfindung geht demnach von der Bereitstellung einer oder mehrerer in erfindungswesentlicher Weise für das Senden und/oder für das Empfangen von hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung einsetzbarer Radarantennen für den nichtsenkrechten Einbau an oder in Fortbewegungsmitteln, insbesondere an oder in Kraftfahrzeugen, aus.The teaching according to the present invention is therefore based on Provision of one or more radar antennas that can be used in the manner essential to the invention for transmitting and / or receiving high-frequency electromagnetic radiation for non-perpendicular installation on or in means of transportation, in particular on or in motor vehicles.
Kern der vorliegenden Erfindung ist das Einstellen des Strahlwinkels in Elevation der Strahlkeule einer Radarantenne für Fortbewegungsmittel, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wozu das bewußte und gezielte Verstimmen der mindestens einen planaren H[och]F[requenz]-The core of the present invention is the adjustment of the beam angle in elevation of the beam lobe of a radar antenna for means of transportation, in particular for motor vehicles, for which purpose the deliberate and targeted detuning of the at least one planar H [och] F [requenz] -
Signalleitungsignal line
- durch Verändern der effektiven Dielektrizitätszahl, insbesondere des Ausbreitungskoeffizienten, der Signalleitung (sogenanntes "dielectric loading"), zum Beispiel mittels mindestens einer Kappe aus dielektrischem Material, oderby changing the effective dielectric constant, in particular the coefficient of propagation, of the signal line (so-called "dielectric loading"), for example by means of at least one cap made of dielectric material, or
- durch Anbringen mindestens eines Elements aus leitfähigem Material, zum Beispiel mindestens eines Ra[dar]dom[e]s aus Metall, in einem gewissen Abstand von der Signalleitung oderby attaching at least one element made of conductive material, for example at least one Ra [dar] dom [e] s made of metal, at a certain distance from the signal line or
- durch Kombinieren dieser beiden technischen Maßnahmen genutzt wird.- is used by combining these two technical measures.
Nun ist das Prinzip des sogenannten "dielectric loading" bei mechanisch steuerbaren Phasenschiebern an sich bereits aus dem Stand der Technik bekannt (eine einfache Möglichkeit, einen mechanisch steuerbaren Phasenschieber zu realisieren, ist zum Beispiel in S. K. Koul, B. Bhat,The principle of so-called "dielectric loading" in mechanically controllable phase shifters is already known per se from the prior art (a simple way of realizing a mechanically controllable phase shifter is, for example, in S. K. Koul, B. Bhat,
"Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Band 1 und Band 2, Artech House, Boston, London, 1991 , beschrieben):"Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Volume 1 and Volume 2, Artech House, Boston, London, 1991):
Hierbei besteht das Prinzip des "dielectric loading" bei mechanisch steuerbaren Phasenschiebern darin, die effektive Dielektrizitätszahl derThe principle of "dielectric loading" in mechanically controllable phase shifters consists in the effective dielectric constant of the
Leitung zu verändern. Zu diesem Zwecke wird bei planaren Leitungen, wie etwa Microstrip-Leitungen oder Striplines (vgl. Seite 73 in S. K. Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Band 1 und Band 2, Artech House, Boston, London, 1991), das die planare Leitung umgebende Material verändert, beispielsweise indem eine Platte aus dielektrischem Material über die Leitung geschoben wird.Change line. For this purpose, with planar lines, such as microstrip lines or striplines (see page 73 in SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Vol. 1 and Vol. 2, Artech House, Boston, London, 1991), which surrounds the planar line Material changes, for example by sliding a plate of dielectric material over the line.
Dieses Prinzip läßt sich auch auf weitere planare Leitungen, wie etwa auf Koplanarleitungen, auf Schlitzleitungen sowie auf eine Vielzahl symmetrischer und asymmetrischer Streifenleitungen anwenden; analog hierzu läßt sich auch die effektive Dielektrizitätszahl eines Hohlleiters ändern, indem ein Stück dielektrisches Material innerhalb des Hohlleiters verschoben wird (vgl. Seite 75 in S. K. Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Band 1 und Band 2, Artech House, Boston, London, 1991).This principle can also be applied to other planar lines, such as coplanar lines, slot lines and a large number of symmetrical and asymmetrical strip lines; Analogously to this, the effective dielectric constant of a waveguide can also be changed by moving a piece of dielectric material within the waveguide (see page 75 in SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Volume 1 and Volume 2, Artech House, Boston, London, 1991).
Eine alternative Möglichkeit der Beeinflussung der effektiven Dielektrizitätszahl eines dielektrischen Wellenleiters ist die Variation des Abstands eines leitfähigen Elements vom Wellenleiter. Dieses Prinzip wird in der Druckschrift WO 00/54368 A1 aus dem Stand der Technik genutzt, um eine Strahlschwenkung durch mechanisches Auf- undAn alternative way of influencing the effective dielectric constant of a dielectric waveguide is to vary the distance of a conductive element from the waveguide. This principle is used in the document WO 00/54368 A1 from the prior art in order to pivot the beam by mechanical opening and closing
Abbewegen einer leitenden Platte über einem dielektrischen Wellenleiter zu realisieren.Moving a conductive plate over a dielectric waveguide to realize.
Im Gegensatz zur Offenbarung gemäß der Druckschrift WO 00/54368 A1 wird bei der vorliegenden Erfindung jedoch kein dielektrischerIn contrast to the disclosure according to the publication WO 00/54368 A1, however, no dielectric is used in the present invention
Wellenleiter, sondern vielmehr eine planare H[och]F[requenz]-Leitung genutzt, die in vielfältigen Ausführungsformen, etwa als Koplanarleitung (= sogenannter "coplanar waveguide"), als Mikrostreifenleitung (= sogenannte "microstrip line"), als Schlitzleitung (= sogenannte "slot line") oder als andere symmetrische und/oder asymmetrische Streifenleitungen, ausgebildet sein kann (vgl. zur Ausgestaltung von planaren H[och]F[requenz]-Leitung auch R. K. Hoffmann, "Integrierte Mikrowellenschaltungen", Springer-Verlag, Berlin, 1983).Waveguide, but rather used a planar H [och] F [requenz] line, which in various embodiments, for example as a coplanar line (= so-called "coplanar waveguide"), as a microstrip line (= so-called "microstrip line"), as a slot line (= so-called "slot line") or as other symmetrical and / or asymmetrical strip lines, can be formed (cf. for the design of planar H [och] F [requenz] line also RK Hoffmann, "Integrated Microwave Circuits", Springer-Verlag, Berlin, 1983).
Im Vergleich zum Stand der Technik gemäß der Druckschrift WO 00/54368 A1 ist die neue sowie erfinderische Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung insofern vorteilhaft, als die komplizierte Prozessierung des dielektrischen Wellenleiters auf dem Substrat wegfällt.Compared to the prior art according to the publication WO 00/54368 A1, the new and inventive embodiment according to the present invention is advantageous in that the complicated processing of the dielectric waveguide on the substrate is eliminated.
Auch entfallen Übergänge zwischen dem dielektrischen Wellenleiter und der das Sendesignal erzeugenden bzw. das Empfangssignal weiterverarbeitenden H[och]F[requenz]-Schaltung. Die H[och]F[requenzj- Schaltung ist zweckmäßigerweise mit planaren H[och]F[requenz]- Leitungen aufgebaut. Die H[och]F[requenz]-Schaltung und die planaren H[och]F[requenz]-Leitungen, deren Phase(nbeziehung) und deren Antennendiagramm durch die dielektrische Kappe beeinflußt werden, befinden sich günstigerweise auf dem gleichen Substrat.There are also no transitions between the dielectric waveguide and the H [och] F [requenz] circuit which generates the transmit signal or processes the received signal. The H [och] F [requenzj circuit is expediently constructed with planar H [och] F [requenz] lines. The H [och] F [requenz] circuit and the planar H [och] F [requenz] lines, the phase (relation) and the antenna pattern of which are influenced by the dielectric cap, are advantageously located on the same substrate.
Des weiteren wird bei der vorliegenden Erfindung - im Unterschied zum Stand der Technik gemäß der Druckschrift WO 00/54368 A1 - nicht nur mindestens ein leitfähiges, insbesondere metallisches, Element, sondern alternativ oder ergänzend hierzu auch mindestens ein dielektrisches Element zum Beeinflussen der Phase(ndifferenz) zwischen den einzelnen Strahlelementen des Radarsensors verwendet.Furthermore, in the present invention - in contrast to the prior art according to the publication WO 00/54368 A1 - not only at least one conductive, in particular metallic, element, but alternatively or additionally, at least one dielectric element for influencing the phase (difference ) used between the individual beam elements of the radar sensor.
Dies ist für einen dielektrischen Wellenleiter, wie er in der DruckschriftThis is for a dielectric waveguide as described in the document
WO 00/54368 A1 offenbart ist, prinzipiell nur sehr eingeschränkt möglich, denn die Wellenführung im dielektrischen Wellenleiter beruht auf dem Unterschied in der Dielektrizitätskonstante zwischen Wellenleiter und umgebender Luft. Würde nun ein dielektrisches Element in unmittelbare Nähe des dielektrischen Wellenleiters gebracht, so würde ein Teil derWO 00/54368 A1 is disclosed, in principle only possible to a very limited extent, because the waveguiding in the dielectric waveguide is based on the difference in the dielectric constant between the waveguide and the surrounding air. If a dielectric element were brought into the immediate vicinity of the dielectric waveguide, part of the
Leistung in das dielektrische Element ausgekoppelt und ginge demzufolge unerwünschterweise verloren.Power decoupled into the dielectric element and would go consequently undesirably lost.
Als weiteres Abgrenzungskriterium der vorliegenden Erfindung zur Offenbarung gemäß der Druckschrift WO 00/54368 A1 dient, dass sich der aus dem Stand der Technik bekannte Gegenstand auf eine "scannende" Antenne bezieht, deren Strahlkeule zeitlich sich wiederholend einen bestimmten Winkelbereich abtastet, wohingegen die vorliegende Erfindung in bevorzugter Weise die feste Einstellung der Strahlkeule mittels der Kappe des (Radar-)Sensors behandelt.A further delimitation criterion of the present invention for the disclosure according to the publication WO 00/54368 A1 is that the object known from the prior art relates to a "scanning" antenna, the beam lobe of which repetitively scans a certain angular range, whereas the present invention treated in a preferred manner the fixed setting of the beam by means of the cap of the (radar) sensor.
Gemäß einer erfindungswesentlichen Weiterbildung sowohl der vorliegenden Vorrichtung als auch des vorliegenden Verfahrens kann zusätzlichAccording to an essential development of the invention, both the present device and the present method can additionally
- der Elevationswinkel, - die Typenbezeichnung des Sensors und/oder- the elevation angle, - the type designation of the sensor and / or
- der Fahrzeugtyp sowie der Einbauort, für den der Sensor mit seinem speziellen Elevationswinkel vorgesehen ist, direkt- The vehicle type and the installation location for which the sensor with its special elevation angle is intended, directly
- in mindestens einer Beschriftung des vorzugsweise kappenförmig ausgebildeten dielektrischen Materials und/oder- In at least one label of the preferably cap-shaped dielectric material and / or
- in mindestens einer Beschriftung des vorzugsweise kappenförmig ausgebildeten leitfähigen Elements vermerkt sein. Eine Verwechslung von Sensoren ist somit ausgeschlossen.- Be noted in at least one label of the preferably cap-shaped conductive element. Confusion of sensors is therefore excluded.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung kann die exakte Einstellung der verschiedenen ElevationswinkelAccording to a preferred embodiment of the present invention, the exact setting of the different elevation angles
- über den Abstand der dielektrischen Kappe und/oder - über den Abstand der leitfähigen Kappe vom Speisenetzwerk (= sogenanntes "Feednetzwerk") erfolgen. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann die exakte Einstellung der verschiedenen Elevationswinkel auch über das Material, insbesondere über die Dielektrizitätskonstante des Materials, der Kappe erfolgen.- over the distance of the dielectric cap and / or - over the distance of the conductive cap from the feed network (= so-called "feed network"). Alternatively or in addition to this, the exact adjustment of the different elevation angles can also take place via the material, in particular via the dielectric constant of the material, of the cap.
Wiederum alternativ oder in Ergänzung hierzu kann die exakte Einstellung der verschiedenen Elevationswinkel auch durch eine geeignete, vom Elevationswinkel abhängige Strukturierung der Kappe, zum Beispiel in Form von Löchern, in Form von Rillen, in Form von Säulen, in Form von Stufen, in Form von Waben und/oder in Form von dergleichen, erfolgen.Again, alternatively or in addition to this, the exact setting of the different elevation angles can also be achieved by suitable structuring of the cap depending on the elevation angle, for example in the form of holes, in the form of grooves, in the form of columns, in the form of steps, in the form of Honeycomb and / or in the form of the like.
Besonders vorteilhaft ist eine Strukturierung der dielektrischen oder metallbeschichteten Kappe mit mindestens einer periodischen Struktur, etwa mit einer P[hotonic]B[and]G[ap]-Struktur, so dass eine sogenannteStructuring the dielectric or metal-coated cap with at least one periodic structure, for example with a P [hotonic] B [and] G [ap] structure, is particularly advantageous, so that a so-called
"Slow Wave"-Struktur entsteht. Mit einer derartigen periodischen Struktur, die Durchlaßbereich und Sperrbereiche in der Frequenz aufweist und an sich zum Beispiel von Wellenleitern bekannt ist, lassen sich besonders große Phasenverschiebungen und damit besonders große Elevationswinkel erzielen."Slow Wave" structure is created. With such a periodic structure, which has a pass band and stop band in frequency and is known per se, for example, from waveguides, particularly large phase shifts and thus particularly large elevation angles can be achieved.
Die "Slow Wave"-Struktur ermöglicht es in diesem Zusammenhang, die erforderliche Phasenverschiebung in einer direkten Verbindung zwischen zwei Patchelementen [= Antennen- oder Strahl(er)elementen] einzubringen, ohne dass Umwegleitungen erforderlich sind, die im zwischen den Speisungen der Antennen- oder Strahl(er)elemente zur Verfügung stehenden Raum schwierig unterzubringen sind und zusätzliche Verluste hervorrufen. Für Anwendungen im S[hort]R[ange]R[adar] ist eine "Slow Wave"-Struktur besonders gut geeignet, weil die "Slow Wave"-Struktur besonders breitbandig ist. Da der Abstand zwischen dem dielektrischen und/oder leitfähigen Element und der das Substrat aufweisenden H[och]F[requenz]-Platine relativ genau einzustellen und über die Lebensdauer der Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung konstant zu halten ist, sollte der Toleranzbereich dieses AbStands schätzungsweise imIn this context, the "slow wave" structure makes it possible to introduce the required phase shift in a direct connection between two patch elements [= antenna or beam (er) elements], without the need for bypass lines which run between the feeds of the antenna or beam (er) elements available space are difficult to accommodate and cause additional losses. A "slow wave" structure is particularly well suited for applications in the S [hort] R [ange] R [adar] because the "slow wave" structure is particularly broadband. Since the distance between the dielectric and / or conductive element and the high-frequency board comprising the substrate is to be set relatively precisely and is to be kept constant over the life of the sensor device according to the present invention, the tolerance range of this distance should be estimated in the
Bereich von einigen zehn Mikrometern liegen.Range of a few tens of micrometers.
Aus diesem Grunde weist das Material des dielektrischen Körpers und/oder des leitfähigen Körpers gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung einen ähnlichen, im Optimalfall sogar gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material der H[och]F[requenz]-Platine, und hierbei insbesondere wie das Material des Substrats, auf.For this reason, the material of the dielectric body and / or the conductive body according to an expedient development of the present invention has a similar, optimally even the same thermal expansion coefficient as the material of the H [och] F [requenz] board, and in this case in particular how the material of the substrate.
Wenn hierbei alle dielektrischen und/oder leitfähigen Elemente bzw.If all dielectric and / or conductive elements or
Körper für die unterschiedlichen Elevationswinkel aus dem gleichen Material oder zumindest aus einem in bezug auf das thermische Ausdehnungsverhalten ähnlichen Material aufgebaut sind, kann der Elevationswinkel mittels der vorstehend diskutierten Strukturierung des dielektrischen und/oder leitfähigen Elements eingestellt werden.Bodies for the different elevation angles are made of the same material or at least of a material that is similar in terms of thermal expansion behavior, the elevation angle can be adjusted by means of the structuring of the dielectric and / or conductive element discussed above.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das dielektrische Material und/oder das leitfähige Element mechanisch, zum Beispiel durch Klemmen oder Schrauben über Abstandshalter, oder in direktem, auch durch punktuelle Kontaktflächen realisierbarem Kontakt mit der H[och]F[requenz]-Platine verbunden sein. Eine alternative oder ergänzende Möglichkeit ist das punktuelle oder vollflächige Verkleben von dielektrischem und/oder leitfähigem Körper und H[och]F[requenz]-Platine.According to a preferred embodiment of the present invention, the dielectric material and / or the conductive element can be mechanically, for example by clamping or screwing over spacers, or in direct contact with the H [och] F [requenz] circuit board, which can also be realized by selective contact surfaces be connected. An alternative or supplementary possibility is the selective or full-surface gluing of the dielectric and / or conductive body and H [och] F [requenz] board.
In einer erfindungswesentlichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wie auch des vorliegenden Verfahrens kann das dielektrische Material und/oder das leitfähige Element auch mehrteilig aufgebaut sein. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise das die Phasen und damit das Antennendiagramm beeinflußende Element über dem Feed- oder Speisenetzwerk oder unter dem Feed- oder Speisenetzwerk montiert werden; mindestens ein weiteres, vorzugsweise kappenförmig ausgebildetes Element schützt die Radaranordnung dann gegen Umwelteinflüsse.In an essential development of the present invention According to the invention and the present method, the dielectric material and / or the conductive element can also be constructed in several parts. For this purpose, for example, the element influencing the phases and thus the antenna pattern can be mounted above the feed or feed network or below the feed or feed network; at least one further, preferably cap-shaped element then protects the radar arrangement against environmental influences.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann das die Phasen und damit dasAlternatively or in addition to this, this can be the phases and thus the
Antennendiagramm beeinflußende Element auch in mindestens eine Aussparung der Kappe eingesetzt werden, um sodann zusammen mit dieser Kappe über dem Speisenetzwerk oder unter dem Speisenetzwerk montiert zu werden.Element influencing the antenna pattern can also be inserted into at least one recess in the cap, in order then to be mounted together with this cap over the feed network or under the feed network.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Übergänge zwischen phasenmäßig verstimmten Bereichen und phasenmäßig unverstimmten Bereichen durch graduelle Übergänge zwischen diesen Bereichen realisiert werden. Dies bedeutet, dass der Abstand des dielektrischen und/oder metallischen Körpers zurAccording to a particularly advantageous embodiment of the present invention, the transitions between areas that are out of phase and areas that are out of phase can be realized by gradual transitions between these areas. This means that the distance between the dielectric and / or metallic body
Planarleitung im Übergangsbereich vorzugsweise kontinuierlich, beispielsweise linear trapezförmig, verläuft oder in mehreren kleinen Stufen variiert.Planar conduction in the transition area preferably runs continuously, for example linearly trapezoidal, or varies in several small steps.
In diesem Zusammenhang kann (bzw. sollte bei einer exemplarischenIn this context, an exemplary
Ausgestaltung als Ra[dar]dom[e] oder "Radarkuppel") die Metallisierung des dielektrischen und/oder metallischen Körpers im Bereich der ungestörten Pianarleitungen weggelassen werden. Der Übergangsbereich zu den gezielt gestörten Pianarleitungen kann aber durchaus metallisiert sein. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung kann das Feednetzwerk oder Speisenetzwerk in mindestens einem anderen Leitungstyp ausgeführt sein, um eine stärkere Beeinflussung der Phase durch das dielektrische Material oder durch das leitfähige Element zu bewirken. So kann beispielsweise die H[och]F[requenz]-Schaltung aus Mikrostreifenleitungen (= sogenannte "microstrip lines") aufgebaut sein, wohingegen das Speisenetzwerk in dem Bereich, in dem die Phase und damit das Antennendiagramm beeinflußt werden soll, koplanar ausgebildet ist.Design as Ra [dar] dom [e] or "radar dome") the metallization of the dielectric and / or metallic body in the area of the undisturbed piano lines can be omitted. The transition area to the specifically disturbed piano lines can, however, be metallized. In a preferred embodiment of the present invention, the feed network or feed network can be embodied in at least one other line type in order to have a greater influence on the phase by the dielectric material or by the conductive element. For example, the H [och] F [requenz] circuit can be constructed from microstrip lines (= so-called "microstrip lines"), whereas the feed network is coplanar in the area in which the phase and thus the antenna diagram are to be influenced.
Dieser unterschiedlichen Ausgestaltung liegt zugrunde, dass bei einer Koplanar- oder Schlitzleitung ein größerer Anteil des elektromagnetischen Felds in der Luft oberhalb der Leitung geführt wird als bei einer Mikrostreifenleitung; damit ist die Beeinflussung durch die dielektrische Kappe oder durch das leitfähige Element größer.This different embodiment is based on the fact that a larger proportion of the electromagnetic field in the air is conducted above the line in a coplanar or slot line than in a microstrip line; the influence of the dielectric cap or the conductive element is therefore greater.
Um den Radarstrahl in Elevation bei unterschiedlicher Belastung eines Fortbewegungsmittels ohne Niveauregulierung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs ohne Niveauregulierung, auf dem gleichen Winkel zu halten, kann das phasenbeeinflussende dielektrische und/oder leitfähigeIn order to keep the radar beam in elevation at the same angle with different loads on a means of transportation without level control, in particular a motor vehicle without level control, the phase-influencing dielectric and / or conductive can
Element in zweckmäßiger Weise verstellbar ausgeführt sein. Ein derartiges Verstellen kann zum Beispiel über mindestens einen Elektromotor erfolgen.Element can be designed to be adjustable. Such adjustment can take place, for example, via at least one electric motor.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der (Radar-)Sensor mindestens ein zweckmäßigerweise von außen zugängliches Kodierelement, wie etwa mindestens einen Jumper oder mindestens einen Schalter, auf.According to a preferred development of the present invention, the (radar) sensor has at least one coding element which is expediently accessible from the outside, such as at least one jumper or at least one switch.
Über ein derartiges Kodierelement wird dem Sensor zum Zwecke einerSuch a coding element is used for the purpose of the sensor
Winkelauswertung die Einbaulage mitgeteilt. Dann kann der Sensor "richtig herum" und "über Kopf eingebaut werden, und zwar in Abhängigkeit davon, ob eine Strahlablenkung nach oben oder eine Strahlablenkung nach unten erwünscht ist.Angle evaluation communicated the installation position. Then the sensor can "upside down" and "upside down" depending on whether upward or downward beam deflection is desired.
Auf diese Weise muß der (Radar-)Sensor nur für eine Art von Kappenelement - dielektrisch oder aus Metall - ausgelegt werden, und die mit einem derartigen Typ von Kappenelement erzielbare, lediglich in eine Richtung gehende Strahlablenkung kann optimiert bzw. maximiert werden.In this way, the (radar) sensor only has to be designed for one type of cap element - dielectric or metal - and the beam deflection that can be achieved with such a type of cap element and only goes in one direction can be optimized or maximized.
Die voriiegende Erfindung betrifft des weiteren mindestens einen mechanisch steuerbaren Phasenschieber, der auf der Variation des Abstands mindestens eines leitfähigen Elements von mindestens einer planaren H[och]F[requenz]-Leitung, wie zum Beispiel - von mindestens einer Bandleitung,The present invention further relates to at least one mechanically controllable phase shifter which is based on the variation of the spacing of at least one conductive element from at least one planar H [och] F [requenz] line, such as, for example, from at least one ribbon line,
- von mindestens einer (symmetrischen oder unsymmetrischen) Koplanarleitung (= sogenannter "coplanar waveguide"),- from at least one (symmetrical or asymmetrical) coplanar line (= so-called "coplanar waveguide"),
- von mindestens einer Mikrostreifenleitung (= sogenannte "microstrip line"), - von mindestens einer Schlitzleitung (= sogenannte "slot line") oder- from at least one microstrip line (= so-called "microstrip line"), - from at least one slot line (= so-called "slot line") or
- von mindestens einer koplanaren Zweibandleitung, beruht (zur Definition der Leitungstypen: vgl. Seite 93 in R. K. Hoffmann, "Integrierte Mikrowellenschaltungen", Springer-Verlag, Berlin, 1983).- Based on at least one coplanar two-band line (for the definition of the line types: see page 93 in R. K. Hoffmann, "Integrated Microwave Circuits", Springer-Verlag, Berlin, 1983).
Die voriiegende Erfindung betrifft des weiteren mindestens einen dielektrischen Wellenleiter, bei dem die Phasenverschiebung bzw. der Winkel, insbesondere der Elevationswinkel, des Abstrahlens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Strahlung in Elevation durch variabel beabstandbares Anordnen mindestens eines zumindest partiell aus leitfähigem Material, insbesondere zumindest partiell aus Metall, gebildeten Elements einstellbar ist. In diesem Zusammenhang wird bei einem dielektrischen Wellenleiter das Anordnen mindestens eines leitfähigen Elements gegenüber dem Anordnen mindestens eines dielektrischen Elements bevorzugt, denn "dielectric loading" funktioniert auf einem dielektrischen Wellenleiter insofern nur sehr eingeschränkt, als die Wellenleitung des dielektrischen Wellenleiters auf Totalreflexion an der Grenzfläche zur Luft beruht und die Welle bei durch ein oder mehrere dielektrische Elemente bewirktem stärkerem "dielectric loading" nicht mehr geführt wird.The present invention further relates to at least one dielectric waveguide in which the phase shift or the angle, in particular the elevation angle, of the radiation and / or reception of the electromagnetic radiation in elevation by variably spacing arrangement of at least one at least partially made of conductive material, in particular at least partially made of metal, formed element is adjustable. In this context, in the case of a dielectric waveguide, the arrangement of at least one conductive element is preferred over the arrangement of at least one dielectric element, since "dielectric loading" only functions to a very limited extent on a dielectric waveguide in that the waveguide of the dielectric waveguide is based on total reflection at the interface Air is based and the wave is no longer guided when the dielectric loading is increased due to one or more dielectric elements.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Anwendung mindestens einer Vorrichtung gemäß der vorstehend dargelegten Art und/oder eines Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art im Automobilbereich, insbesondere auf dem Gebiet der Fahrzeugumfeldsensorik, so zum Beispiel zum Messen sowie zum Bestimmen der Winkellage von mindestens einem Objekt, wie sie etwa auch im Rahmen einer Pre-Crash- Sensierung zum Auslösen eines Airbags in einem Kraftfahrzeug relevant ist.Finally, the present invention relates to the use of at least one device according to the type set out above and / or a method according to the type set out above in the automotive sector, in particular in the field of vehicle surroundings sensors, for example for measuring and determining the angular position of at least one object, as is also relevant in the context of a pre-crash sensor for triggering an airbag in a motor vehicle.
Hierbei wird durch eine Sensorik, insbesondere Radarsensorik, festgestellt, ob es zu einer möglichen Kollision mit dem detektierten Objekt, beispielsweise mit einem anderen Kraftfahrzeug, kommen wird. Falls es zu einer Kollision kommt, wird zusätzlich bestimmt, mit welcher Geschwindigkeit und an welchem Aufschlagpunkt es zur Kollision kommt.In this case, a sensor system, in particular a radar sensor system, is used to determine whether there will be a possible collision with the detected object, for example with another motor vehicle. If there is a collision, the speed and impact point of the collision are also determined.
In Kenntnis dieser Daten können lebensrettende Millisekunden für den Fahrer des Kraftfahrzeugs gewonnen werden, in denen vorbereitende Maßnahmen beispielsweise bei der Ansteuerung des Airbags oder bei der Straffung des Gurtsystems vorgenommen werden können.Knowing this data, life-saving milliseconds can be obtained for the driver of the motor vehicle, in which preparatory measures can be carried out, for example, when the airbag is activated or when the belt system is tightened.
Weitere mögliche Einsatzgebiete von Vorrichtung und von Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind Einpark-Assistenzsysteme, eine Tote-Winkel-Detektion bzw. Tote-Winkel-Überwachung oder ein Stop & Go-System als Erweiterung zu einer bestehenden Einrichtung zum adaptiven automatischen Regeln der Fahrgeschwindigkeit, wie etwa einem A[daptive-]C[ruise-]C[ontrol]-System (= System zur adaptivenOther possible areas of application of the device and of the method According to the present invention, parking assistance systems, a blind spot detection or blind spot monitoring or a stop & go system as an extension to an existing device for adaptive automatic control of the driving speed, such as an A [daptive-] C [ruise-] C [ontrol] system (= system for adaptive
Geschwindigkeitsregelung).Cruise control).
Demzufolge kann das gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Planarantennensystem sowohl im L[ong]R[ange]R[adar]-Bereich als auch bei A[daptive]C[ruise]C[ontrol]-Systemen, zum Beispiel der drittenAccordingly, the planar antenna system proposed according to the present invention can be used both in the L [ong] R [ange] R [adar] range and in A [daptive] C [ruise] C [ontrol] systems, for example the third
Generation, als auch im S[hort]R[ange]R[adar]-Bereich eingesetzt werden.Generation, as well as in the S [hort] R [ange] R [adar] range.
In diesem Zusammenhang wird unter L[ong]R[ange]R[adar] im allgemeinen ein langreichweitiges Radar für Fernbereichsfunktionen verstanden, das typischerweise bei einer Frequenz von 77 Gigahertz für A[daptive]C[ruise]C[ontrol]-Funktionen eingesetzt wird.In this context, L [ong] R [ange] R [adar] is generally understood to be a long-range radar for long-range functions, which is typically used at a frequency of 77 gigahertz for A [daptive] C [ruise] C [ontrol] functions becomes.
Prinzipiell kann das S[hort]R[ange]R[adar]-System mit den gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Antennen- oderIn principle, the S [hort] R [ange] R [adar] system with the antenna or antenna system proposed according to the present invention
Strahl(er)elementen sowie mit den gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen dielektrischen bzw. metallisierten, insbesondere kappenförmigen Körpern ausgerüstet werden, sofern sich die gezielte Einstellung des Elevationswinkels als notwendig erweist.Beam (er) elements and equipped with the dielectric or metallized, in particular cap-shaped bodies proposed according to the present invention, provided that the targeted adjustment of the elevation angle proves to be necessary.
Dies gilt in stärkerem Maße für Folgegenerationen des S[hort]R[ange]R[adar], wennThis applies more to subsequent generations of the S [hort] R [ange] R [adar], if
- insbesondere empfangsseitig eine stärkere Strahlbündelung in Elevation in Zusammenhang mit einer Reichweitenerhöhung erfolgen sollte oder- In particular, a stronger beam bundling in elevation in connection with an increase in range should take place at the receiving end or
- insbesondere sendeseitig größere und damit stärker bündelnde Antennenarrays eingesetzt werden, um die Nebenkeulen weiter zu verringern.- In particular, larger and therefore more focused on the transmission side Antenna arrays are used to further reduce the side lobes.
In diesem Zusammenhang wird unter S[hort]R[ange]R[adar] im allgemeinen ein kurzreichweitiges Radar für Nahbereichsfunktionen verstanden, das typischerweise bei einer Frequenz von 24 Gigahertz für Einparkhilfsfunktionen oder für Pre-Crash-Funktionen zur Auslösung eines Airbags eingesetzt wird.In this context, S [hort] R [ange] R [adar] is generally understood to be a short-range radar for short-range functions, which is typically used at a frequency of 24 gigahertz for parking assistance functions or for pre-crash functions to trigger an airbag.
Nicht zuletzt hierfür kann die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einem S[hort]R[ange]R[adar]-Sensor verwendet werden, bei dem die Richtung der Strahlkeule in Elevation durch mindestens eine fahrzeugspezifische dielektrische und/oder leitfähige Kappe eingestellt wird.Last but not least, the structure according to the present invention can be used in a S [hort] R [ange] R [adar] sensor in which the direction of the beam lobe is set in elevation by at least one vehicle-specific dielectric and / or conductive cap.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Wie bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die den Ansprüchen 1 und 18 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend anhand der durch die Figuren 8A bis 36 veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert.As already discussed above, there are various possibilities for advantageously designing and developing the teaching of the present invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the claims subordinate to claims 1 and 18, and on the other hand further configurations, features and advantages of the present invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated by FIGS. 8A to 36.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1A in teilschematischer Darstellung eine erste Anordnung zur analogen Strahlformung über Phasenschieber gemäß dem Stand der Technik; Fig. 1B in teilschematischer Darstellung eine zweite Anordnung zur analogen Strahlformung über ein Strahlformungsnetzwerk gemäß dem Stand der Technik;1A shows, in a partially schematic representation, a first arrangement for analog beam shaping via phase shifters according to the prior art; 1B is a partial schematic representation of a second arrangement for analog beam shaping via a beam shaping network according to the prior art;
Fig. 1C in teilschematischer Darstellung eine Anordnung zur digitalen Strahlformung gemäß dem Stand der Technik;1C shows, in a partially schematic representation, an arrangement for digital beam shaping according to the prior art;
Fig. 2 in seitlicher Darstellung die Auslenkung der Strahlkeule bei schrägem Einbau eines Radarsensors gemäß dem Stand der Technik;2 shows a lateral representation of the deflection of the beam lobe when a radar sensor is installed obliquely according to the prior art;
Fig. 3A in Querschnittdarstellung (oberer Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer Bildteil) eine erste Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, deren planare Leitungsanordnung als Koplanarleitung ausgebildet ist;3A shows a first device according to the prior art in cross-sectional representation (upper part of the picture) and in a top view (lower part of the picture), the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line;
Fig. 3B in Querschnittdarstellung (oberer Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer Bildteil) eine zweite Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, deren planare Leitungsanordnung als Mikrostreifenleitung ausgebildet ist;3B in cross-sectional representation (upper part of the picture) and in a top view (lower part of the picture) a second device according to the prior art, the planar line arrangement of which is designed as a microstrip line;
Fig. 3C in Querschnittdarstellung (oberer Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer Bildteil) eine dritte Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, deren planare Leitungsanordnung als Schlitzleitung ausgebildet ist;3C shows a third device according to the prior art, the planar line arrangement of which is designed as a slot line, in cross-sectional representation (upper part of the figure) and in a top view (lower part of the figure);
Fig. 4A in schematischer Darstellung eine erste Möglichkeit für eine Speisung von Antennenelementen in Form einer Serienspeisung gemäß dem Stand der Technik; Fig. 4B in schematischer Darstellung eine zweite Möglichkeit für eine Speisung von Antennenelementen in Form einer gleichphasigen Speisung gemäß dem Stand der Technik;4A shows a schematic representation of a first possibility for feeding antenna elements in the form of a series feed according to the prior art; 4B shows a schematic representation of a second possibility for feeding antenna elements in the form of in-phase feeding according to the prior art;
Fig. 4C in schematischer Darstellung eine dritte Möglichkeit für eine Speisung von Antennenelementen in Form einer phasen- und amplitudensymmetrischen Speisung gemäß dem Stand der Technik;4C shows a schematic representation of a third possibility for feeding antenna elements in the form of a phase and amplitude symmetrical feeding according to the prior art;
Fig. 5A in Aufsichtdarstellung eine erste Möglichkeit für eine direkte oder kapazitive Serienspeisung von Antennenelementen gemäß dem Stand der Technik;5A shows a top view of a first possibility for a direct or capacitive series feed of antenna elements according to the prior art;
Fig. 5B in Aufsichtdarstellung eine zweite Möglichkeit für eine direkte oder kapazitive Serienspeisung von Antennenelementen gemäß dem Stand der Technik;5B is a top view of a second option for direct or capacitive series feeding of antenna elements according to the prior art;
Fig. 6A in Querschnittdarstellung (oberer rechter Bildteil), in Seitendarstellung (linker Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer rechter Bildteil) eine erste Möglichkeit für eine Serienspeisung von Antennenelementen von der Substratunterseite her durch elektromagnetische Schlitzkopplung gemäß dem Stand der Technik;6A in cross-sectional representation (upper right part of the picture), in side view (left part of the picture) and in a top view (lower right part of the picture) a first possibility for a series supply of antenna elements from the underside of the substrate by electromagnetic slot coupling according to the prior art;
Fig. 6B in Querschnittdarstellung (oberer rechter Bildteil), in Seitendarstellung (linker Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer rechter Bildteil) eine zweite Möglichkeit für eine Serienspeisung von Antennenelementen von der Substratunterseite her über elektrische H[och]F[requenz]- Durchführungen gemäß dem Stand der Technik; Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Anordnung zur Strahlablenkung durch Phasenverschiebung zwischen Strahlerelementen gemäß dem Stand der Technik;6B in cross-sectional representation (upper right part of the picture), in side view (left part of the picture) and in a top view (lower right part of the picture) a second possibility for a series supply of antenna elements from the underside of the substrate via electrical H [och] F [requenz] bushings according to the state of the art; 7 shows a schematic illustration of an arrangement for beam deflection by phase shift between radiator elements according to the prior art;
Fig. 8A in Querschnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Koplanarleitung ausgebildet ist;8A shows a cross-sectional illustration of a first exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line;
Fig. 8B in Querschnittdarstellung das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Mikrostreifenleitung ausgebildet ist;8B shows a cross-sectional illustration of the first exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a microstrip line;
Fig. 8C in Querschnittdarstellung das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Schlitzleitung ausgebildet ist;8C shows a cross-sectional illustration of the first exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a slot line;
Fig. 9A in Querschnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Koplanarleitung ausgebildet ist;9A shows a cross-sectional illustration of a second exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line;
Fig. 9B in Querschnittdarstellung das zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Mikrostreifenleitung ausgebildet ist;9B shows a cross-sectional illustration of the second exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a microstrip line;
Fig. 9C in Querschnittdarstellung das zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Schlitzleitung ausgebildet ist;9C shows a cross-sectional illustration of the second exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a slot line;
Fig. 10A in Querschnittdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Koplanarleitung ausgebildet ist; Fig. 10B in Querschnittdarstellung das dritte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Mikrostreifenleitung ausgebildet ist;10A shows a cross-sectional illustration of a third exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a coplanar line; 10B is a cross-sectional illustration of the third exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a microstrip line;
Fig. 10C in Querschnittdarstellung das dritte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren planare Leitungsanordnung als Schlitzleitung ausgebildet ist;10C shows a cross-sectional illustration of the third exemplary embodiment of the device according to the present invention, the planar line arrangement of which is designed as a slot line;
Fig. 11 in Querschnittdarstellung (oberer rechter Bildteil), in Seitendarstellung (linker Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer rechter Bildteil) ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;11 shows a fourth exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the picture), in side view (left part of the picture) and in a top view (lower right part of the picture);
Fig. 12 in Querschnittdarstellung (oberer rechter Bildteil), in Seitendarstellung (linker Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer rechter Bildteil) ein fünftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;12 shows a fifth exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the image), in side representation (left part of the image) and in a top view (lower right part of the image);
Fig. 13 in Querschnittdarstellung (oberer rechter Bildteil), in Seitendarstellung (linker Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer rechter Bildteil) ein sechstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;13 shows a sixth exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the picture), in side view (left part of the picture) and in a top view (lower right part of the picture);
Fig. 14 in Querschnittdarstellung (oberer rechter Bildteil), in Seitendarstellung (linker Bildteil) sowie in Aufsichtdarstellung (unterer rechter Bildteil) ein siebtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;14 shows a seventh exemplary embodiment of the device according to the present invention in cross-sectional representation (upper right part of the image), in side representation (left part of the image) and in a top view (lower right part of the image);
Fig. 15 in schematischer Darstellung ein achtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 16 in schematischer Darstellung ein neuntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;15 shows a schematic representation of an eighth exemplary embodiment of the device according to the present invention; 16 shows a schematic representation of a ninth exemplary embodiment of the device according to the present invention;
Fig. 17 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung, in die binär abgestufte Phasenverschiebungselemente eingebaut sind;17 shows a schematic representation of a device in which binary-shifted phase shift elements are installed;
Fig. 18 in schematischer Darstellung ein zehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;18 shows a schematic illustration of a tenth exemplary embodiment of the device according to the present invention;
Fig. 19 in schematischer Darstellung ein elftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;19 shows a schematic representation of an eleventh embodiment of the device according to the present invention;
Fig. 20 in schematischer Darstellung ein zwölftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;20 shows a schematic illustration of a twelfth exemplary embodiment of the device according to the present invention;
Fig. 21 in schematischer Darstellung ein dreizehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;21 shows a schematic representation of a thirteenth exemplary embodiment of the device according to the present invention;
Fig. 22 in schematischer Darstellung ein vierzehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;22 shows a schematic illustration of a fourteenth exemplary embodiment of the device according to the present invention;
Fig. 23 in schematischer Darstellung ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;23 shows a schematic representation of a fifteenth exemplary embodiment of the device according to the present invention;
Fig. 24 in schematischer Darstellung ein für Simulationsrechnungen ausgelegtes Ausführungsbeispiel eines einfachen Speisenetzwerks gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 25 in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines ersten Simulationsmodells der Anordnung mit einfachem Speisenetzwerk aus Fig. 24 im Falle des Vorsehens von dielektrischen kappenförmigen Körpern gemäß der vorliegenden Erfindung;24 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a simple feed network designed for simulation calculations according to the present invention; 25 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of a first simulation model of the arrangement with a simple feed network from FIG. 24 in the case of the provision of dielectric cap-shaped bodies according to the present invention;
Fig. 26 in perspektivischer Darstellung ein zu Fig. 25 alternatives Ausführungsbeispiel eines Simulationsmodells der Anordnung mit einfachem Speisenetzwerk aus Fig. 24 im Falle des Vorsehens von metallischen kappenförmigen Körpern gemäß der vorliegenden Erfindung;26 shows a perspective illustration of an alternative embodiment to FIG. 25 of a simulation model of the arrangement with a simple feed network from FIG. 24 in the case of the provision of metallic cap-shaped bodies according to the present invention;
Fig. 27 in dreidimensionaler Plotdarstellung die in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit einfachem Speisenetzwerk aus Fig. 24 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung;27 shows in three-dimensional plot the directivity measured in decibels in elevation of the arrangement with a simple feed network from FIG. 24 without a dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention;
Fig. 28 in zweidimensionaler graphischer Darstellung (sogenanntes Antennendiagramm in Elevation) die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit einfachem Speisenetzwerk aus Fig. 24 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Frequenzen;FIG. 28 in two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) shows the directivity in elevation of the arrangement with simple feed network from FIG. 24 plotted against the measured beam deflection angle, measured in decibels, without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies;
Fig. 29 in zweidimensionaler graphischer Darstellung (sogenanntes Antennendiagramm in Elevation) die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit einfachem Speisenetzwerk aus Fig. 24 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung, mit dielektrischen kappenförmigen Körpern gemäß der vorliegenden Erfindung sowie mit metallischem kappenförmigem Körper gemäß der vorliegenden Erfindung;29 shows in a two-dimensional graphical representation (so-called antenna diagram in elevation) the directivity in elevation of the arrangement, plotted against the beam deflection angle measured in degrees and measured in decibels 24 simple feed network of FIG. 24 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention, with dielectric cap-shaped bodies according to the present invention and with metallic cap-shaped body according to the present invention;
Fig. 30 in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines zweiten Simulationsmodells einer Anordnung mit mäanderförmigem Speisenetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung;30 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of a second simulation model of an arrangement with a meandering feed network according to the present invention;
Fig. 31 in zweidimensionaler graphischer Darstellung (sogenanntes Antennendiagramm in Elevation) die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit mäanderförmigem Speisenetzwerk aus Fig. 30 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Frequenzen;31 shows in two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) the directivity in elevation of the arrangement with meandering feed network from FIG. 30 plotted against the beam deflection angle measured in degrees, measured in decibels, from FIG. 30 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies;
Fig. 32 in zweidimensionaler graphischer Darstellung (sogenanntes Antennendiagramm in Elevation) die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit mäanderförmigem Speisenetzwerk aus Fig. 30 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung, mit dielektrischen kappenförmigen Körpern gemäß der vorliegenden Erfindung sowie mit metallischen kappenförmigen Körpern gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 33 in zweidimensionaler graphischer Darstellung (sogenanntes Antennendiagramm in Elevation) die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit mäanderförmigem Speisenetzwerk aus Fig. 30 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Frequenzen, mit dielektrischem kappenförmigem Körper gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Frequenzen sowie mit metallischem kappenförmigem Körper gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Frequenzen;32 in a two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) shows the directivity in elevation of the arrangement with a meandering feed network from FIG. 30 plotted against the beam deflection angle measured in degrees, measured in decibels, without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention, with dielectric cap-shaped bodies according to the present invention and with metallic cap-shaped bodies according to the present invention; FIG. 33 in a two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) shows the directivity in elevation of the arrangement with a meandering feed network from FIG. 30 plotted against the beam deflection angle measured in degrees and measured in decibels from FIG. 30 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies, with dielectric cap-shaped body according to the present invention for different frequencies and with metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies;
Fig. 34 in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines dritten Simulationsmodells einer Anordnung mit gleichphasigem Speisenetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung;34 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of a third simulation model of an arrangement with an in-phase feed network according to the present invention;
Fig. 35 in zweidimensionaler graphischer Darstellung (sogenanntes Antennendiagramm in Elevation) die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit gleichphasigem Speisenetzwerk aus Fig. 34 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung, mit dielektrischem kappenförmigem Körper gemäß der vorliegenden Erfindung (Strahlablenkung: "nach vorne") sowie mit dielektrischem kappenförmigem Körper gemäß der vorliegenden Erfindung (Strahlablenkung: "nach hinten"); und35 is a two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) of the directivity plotted against the beam angle measured in degrees, measured in decibels in elevation of the arrangement with in-phase feed network from FIG. 34 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention, with dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "forwards") and with dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "backwards"); and
Fig. 36 in zweidimensionaler graphischer Darstellung (sogenanntes Antennendiagramm in Elevation) die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkuπgswinkel aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit gleichphasigem Speisenetzwerk aus Fig. 34 ohne dielektrischen und/oder metallischen kappenförmigen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Frequenzen, mit dielektrischem kappenförmigem Körper gemäß der vorliegenden Erfindung (Strahlablenkung: "nach vorne") für verschiedene Frequenzen sowie mit dielektrischem kappenförmigem Körper gemäß der vorliegenden Erfindung (Strahlablenkung: "nach hinten") für verschiedene Frequenzen.Fig. 36 in a two-dimensional graphic representation (so-called antenna diagram in elevation) against the in degrees measured beam deflection angle, directivity measured in decibels in elevation of the arrangement with in-phase feed network from FIG. 34 without dielectric and / or metallic cap-shaped body according to the present invention for different frequencies, with dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "forward" ) for different frequencies and with a dielectric cap-shaped body according to the present invention (beam deflection: "backwards") for different frequencies.
Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in den Figuren 1A bis 36 mit identischen Bezugszeichen versehen.The same or similar configurations, elements or features are provided with identical reference symbols in FIGS. 1A to 36.
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention
Im folgenden wird die insbesondere für den Nahbereich ausgelegte (Radar-)Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung sowie ein hierauf bezogenes Verfahren zum Erfassen, zum Detektieren und/oder zum Auswerten von einem oder mehreren Objekten beispielhaft erläutert.In the following, the (radar) device 100 according to the present invention, which is especially designed for the short range, and a method related thereto for detecting, detecting and / or evaluating one or more objects will be explained by way of example.
In diesem Zusammenhang kann die als Antenne fungierende Vorrichtung 100 in erfindungswesentlicher Weise zum Senden und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer H[och]F[requenz]-Radarstrahlung genutzt werden.In this context, the device 100, which functions as an antenna, can be used in an essential manner according to the invention for transmitting and / or receiving electromagnetic H [och] F [requenz] radar radiation.
Hierzu weist die Vorrichtung 100 eine Substratschicht 10 mit einerFor this purpose, the device 100 has a substrate layer 10 with a
Dielektrizitätskonstante εr,ι auf; auf der Unterseite 10u des Substrats 10 ist eine Metallisierungsschicht 12 aufgebracht (vgl. Figur 3B: Ausführung gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 8B: erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 9B: zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 10B: drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).Dielectric constant ε r , ι on; A metallization layer 12 is applied to the underside 10u of the substrate 10 (cf. FIG. 3B: design according to the prior art; cf. FIG. 8B: first exemplary embodiment the present device 100; see. FIG. 9B: second exemplary embodiment of the present device 100; see. Figure 10B: third embodiment of the present device 100).
Auf der Oberseite 10o des Substrats 10 verläuft ein planar ausgebildetesA planar configuration runs on the top 10o of the substrate 10
Feednetzwerk oder Speisenetzwerk in Form einer oder mehrerer Leitungen 20; exemplarisch sind in den Figuren 3A, 3B, 3C (= Ausführungen gemäß dem Stand der Technik) sowie in den Figuren 8A, 8B, 8C (= erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100), in den Figuren 9A, 9B, 9C (= zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100) und in den Figuren 10A, 10B, 10C (= drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100) jeweils drei unterschiedliche planare Leitungstypen mit dem jeweiligen prinzipiellen Verlauf des elektrischen Felds des Grundmodus dargestellt, nämlich - in den Figuren 3A, 8A, 9A, 10A eine symmetrische Koplanarleitung (= sogenannter "coplanar waveguide"),Feed network or feed network in the form of one or more lines 20; Examples are in FIGS. 3A, 3B, 3C (= designs according to the prior art) and in FIGS. 8A, 8B, 8C (= first exemplary embodiment of the present device 100), in FIGS. 9A, 9B, 9C (= second exemplary embodiment) of the present device 100) and in FIGS. 10A, 10B, 10C (= third exemplary embodiment of the present device 100) each show three different planar line types with the respective basic course of the electric field of the basic mode, namely - in FIGS. 3A, 8A, 9A , 10A a symmetrical coplanar line (= so-called "coplanar waveguide"),
- in den Figuren 3B, 8B, 9B, 10B eine Mikrostreifenleitung (= sogenannte "microstrip line") und- In Figures 3B, 8B, 9B, 10B a microstrip line (= so-called "microstrip line") and
- in den Figuren 3C, 8C, 9C, 10C eine Schlitzleitung (= sogenannte "slot line").- In Figures 3C, 8C, 9C, 10C, a slot line (= so-called "slot line").
Das planare Leitungswerk 20 führt zu mehreren, ebenfalls auf der substratförmigen H[och]F[requenz]-Platine 10 aufgebrachten Antennenoder Strahl(er)elementen 32, 34, 36, 38 (vgl. Figuren 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 6A, 6B: Ausführungen gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 11: viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 12: fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 13: sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 14: siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 15: achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 16: neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 17: Vorrichtung mit drei binär abgestuften Phasenverschiebungselementen 60, 62, 64; vgl. Figur 18: zehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 19: elftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 20: zwölftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 21 : dreizehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 22: vierzehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 23: fünfzehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).The planar linework 20 leads to a plurality of antenna or beam elements 32, 34, 36, 38, likewise applied to the substrate-shaped H [och] F [requenz] board 10 (cf. FIGS. 4A, 4B, 4C, 5A, 5B , 6A, 6B: designs according to the prior art; see FIG. 11: fourth embodiment of the present device 100; see FIG. 12: fifth embodiment of the present device 100; see FIG. 13: sixth embodiment of the present device 100; see FIG. 14: seventh embodiment of the present device 100; see FIG. 15: eighth embodiment of the present device 100; see FIG. 16: ninth embodiment the present device 100; see. Figure 17: Device with three binary graded phase shift elements 60, 62, 64; see. Figure 18: tenth embodiment of the present device 100; see. Figure 19: eleventh embodiment of the present device 100; see. Figure 20: twelfth embodiment of the present device 100; see. Figure 21: thirteenth embodiment of the present device 100; see. Figure 22: fourteenth embodiment of the present device 100; see. Figure 23: fifteenth embodiment of the present device 100).
Die Speisung dieser Strahlerelemente 32, 34, 36, 38 kann auf verschiedene Arten erfolgen, so etwa als serielle Speisung 22s (sogenannter "series feed": vgl. Figuren 4A, 5A, 5B, 6A, 6B: Ausführungen gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 11 : viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 12: fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 13: sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 14: siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 15: achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 22: vierzehntes Ausführungsbeispiel der vorliegendenThese emitter elements 32, 34, 36, 38 can be supplied in various ways, for example as a serial supply 22s (so-called "series feed": see FIGS. 4A, 5A, 5B, 6A, 6B: designs according to the prior art; see FIG. 11: fourth embodiment of the present device 100; see FIG. 12: fifth embodiment of the present device 100; see FIG. 13: sixth embodiment of the present device 100; see FIG. 14: seventh embodiment of the present device 100; see FIG. Figure 15: eighth embodiment of the present device 100; see Figure 22: fourteenth embodiment of the present
Vorrichtung 100; vgl. Figur 23: fünfzehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).Device 100; see. Figure 23: fifteenth embodiment of the present device 100).
Hierbei erfolgt bei einer derartigen Serienspeisung 22s ein direktes oder kapazitives Ankoppeln des Feed- oder Speisenetzwerks auf derIn such a series feed 22s, a direct or capacitive coupling of the feed or feed network takes place on the
Oberseite 10o des Substrats 10 (vgl. Figuren 5A, 5B: Ausführungen gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 11 : viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 12: fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).Top side 10o of the substrate 10 (see FIGS. 5A, 5B: designs according to the prior art; see FIG. 11: fourth embodiment of the present device 100; see FIG. 12: fifth embodiment of the present device 100).
Alternativ zu einem derartigen direkten oder kapazitiven Ankoppeln des Speisenetzwerks auf der Oberseite 10o des Substrats 10 kann eine serielle Speisung 22s auch von der Unterseite 10u des Substrats 10 her mittels elektromagnetischen Ankoppeins des Speisenetzwerks durch jeweils einen Schlitz 32s, 34s, 36s, 38s erfolgen (vgl. Figur 6A: Ausführung gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 13: sechstes Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 22: vierzehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 23: fünfzehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).As an alternative to such a direct or capacitive coupling of the Feed network on the top 10o of the substrate 10, serial feed 22s can also take place from the bottom 10u of the substrate 10 by means of electromagnetic coupling of the feed network through a slot 32s, 34s, 36s, 38s (see FIG. 6A: Execution according to the prior art Technology; see FIG. 13: sixth exemplary embodiment of the present device 100; see FIG. 22: fourteenth embodiment of the present device 100; see FIG. 23: fifteenth embodiment of the present device 100).
Alternativ zu einem derartigen elektromagnetischen Ankoppeln des Speisenetzwerks von der Unterseite 10u des Substrats 10 her kann eine serielle Speisung 22s auch von der Unterseite 10u des Substrats 10 her über jeweils eine elektrische Durchführung 32d, 34d, 36d, 38d erfolgen (vgl. Figur 6B: Ausführung gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 14: siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).As an alternative to such an electromagnetic coupling of the feed network from the bottom 10u of the substrate 10, a serial feed 22s can also be provided from the bottom 10u of the substrate 10 via an electrical feedthrough 32d, 34d, 36d, 38d (see FIG. 6B: version according to the prior art; see FIG. 14: seventh exemplary embodiment of the present device 100).
Eine zur Methode der Serienspeisung 22s alternative oder ergänzende Methode der Speisung der Antennenelemente 32, 34, 36, 38 ist die gleichphasige Speisung 22g (= sogenanntes "corporate feed": vgl. FigurAn alternative or supplementary method to feeding the antenna elements 32, 34, 36, 38 to the method of the series feed 22s is the in-phase feed 22g (= so-called "corporate feed": see FIG
4B: Ausführung gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 17: Vorrichtung mit drei binär abgestuften Phasenverschiebungselementen 60, 62, 64; vgl. Figur 18: zehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 19: elftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 20: zwölftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100; vgl. Figur 21 : dreizehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).4B: execution according to the prior art; see. Figure 17: Device with three binary graded phase shift elements 60, 62, 64; see. Figure 18: tenth embodiment of the present device 100; see. Figure 19: eleventh embodiment of the present device 100; see. Figure 20: twelfth embodiment of the present device 100; see. Figure 21: thirteenth embodiment of the present device 100).
Eine weitere, zur Methode der Serienspeisung 22s und/oder zur Methode der gleichphasigen Speisung 22g alternative oder ergänzende Methode der Speisung der Antennenelemente 32, 34, 36, 38 ist die phasen- und amplitudensymmetrische Speisung 22p (vgl. Figur 40: Ausführung gemäß dem Stand der Technik; vgl. Figur 16: neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100).A further alternative or supplementary method for feeding the antenna elements 32, 34, 36, 38 to the method of series feeding 22s and / or to the method of in-phase feeding 22g is the phase and Amplitude-symmetrical feed 22p (cf. FIG. 40: design according to the prior art; cf. FIG. 16: ninth exemplary embodiment of the present device 100).
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist nun darin zu sehen, dass der Strahlwinkel in Elevation E der für ein Kraftfahrzeug 200 vorgesehenen Radarantenne oder Radarvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt werden kann, indem die planare H[och]F[requenz]- Signalleitung 20 bewußt und gezielt verstimmt wird.The essence of the present invention can now be seen in the fact that the beam angle in elevation E of the radar antenna or radar device 100 provided for a motor vehicle 200 according to the present invention can be adjusted by the planar H [high] F [requency] signal line 20 and is specifically detuned.
Dieses bewußte sowie gezielte Verstimmen der planaren H[och]F[requenz]-Signalleitung 20 und damit das bewußte sowie gezielte Beeinflussen des Phasenunterschieds Δφ zwischen den Antennenelementen 32, 34, 36, 38 sowie des resultierenden Antennendiagramms erfolgt beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß den Figuren 8A, 8B, 8C durch Verändern der effektiven Dielektrizitätszahl εeff, das heißt des Ausbreitungskoeffizienten der Signalleitung 20 (sogenanntes "dielectric loading"), indem eine Kappe aus dielektrischem Material 40 mit einer Dielektrizitätskonstante εr,2 > 1 in einem gewissen Abstand oberhalb der planaren Signalleitung 20 angeordnet wird.This deliberate and deliberate detuning of the planar H [och] F [requenz] signal line 20 and thus the deliberate and deliberate influencing of the phase difference Δφ between the antenna elements 32, 34, 36, 38 and the resulting antenna diagram takes place in accordance with the first exemplary embodiment of the present invention FIGS. 8A, 8B, 8C by changing the effective dielectric number ε e f f , that is to say the propagation coefficient of the signal line 20 (so-called "dielectric loading"), by a cap made of dielectric material 40 with a dielectric constant ε r , 2 > 1 in one a certain distance above the planar signal line 20 is arranged.
Hierbei kann durch Vergrößern der Dielektrizitätszahl εr,2 des dielektrischen Materials 40 oberhalb der Leitung 20 der Ausbreitungskoeffizient auf der Leitung 20 und damit derHere, by increasing the dielectric constant ε r , 2 of the dielectric material 40 above the line 20, the coefficient of propagation on the line 20 and thus the
Phasenunterschied Δφ zwischen zwei Strahler-Elementen 32, 34 bzw. 34, 36 bzw. 36, 38 vergrößert werden.Phase difference Δφ between two radiator elements 32, 34 and 34, 36 and 36, 38 can be increased.
Das bewußte sowie gezielte Verstimmen der planaren H[och]F[requenz]- Signalleitung 20 und damit das bewußte sowie gezielte Beeinflussen desThe deliberate and targeted detuning of the planar H [och] F [requenz] signal line 20 and thus the deliberate and targeted influencing of the
Phasenunterschieds Δφ zwischen den Antennenelementen 32, 34, 36, 38 sowie des resultierenden Antennendiagramms erfolgt beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß den Figuren 9A, 9B, 9C durch Anbringen eines platten- oder schichtförmigen Elements 50 aus leitfähigem Material in einem gewissen Abstand von der Signal leitung 20.Phase difference Δφ between the antenna elements 32, 34, 36, 38 and the resulting antenna pattern in the second exemplary embodiment of the present invention according to FIGS. 9A, 9B, 9C is carried out by attaching a plate-shaped or layered element 50 made of conductive material at a certain distance from the signal line 20.
Hierbei kann durch Anbringen des leitfähigen Elements 50 oberhalb der Leitung 20 mit Luft im Zwischenraum der Ausbreitungskoeffizient auf der Leitung 20 und damit der Phasenunterschied Δφ zwischen zwei Strahler- Elementen 32, 34 bzw. 34, 36 bzw. 36, 38 verkleinert werden.In this case, by attaching the conductive element 50 above the line 20 with air in the intermediate space, the coefficient of expansion on the line 20 and thus the phase difference Δφ between two radiator elements 32, 34 or 34, 36 or 36, 38 can be reduced.
Wird - wie im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 9A, 9B, 9C - die Phasendifferenz Δφ und damit der Elevationswinkel Θ durch ein metallisches Element 50 eingestellt, so läßt sich dieses metallische Element 50 günstig durch eine teilweise oder vollständigeIf - as in the case of the second exemplary embodiment according to FIGS. 9A, 9B, 9C - the phase difference .DELTA..phi. And thus the elevation angle .phi. Is set by a metallic element 50, then this metallic element 50 can be favorably replaced by a partial or complete one
Metallisierung einer Kunststoffkappe herstellen.Produce metallization of a plastic cap.
Das bewußte sowie gezielte Verstimmen der planaren H[och]F[requenz]- Signalleitung 20 und damit das bewußte sowie gezielte Beeinflussen des Phasenunterschieds Δφ zwischen den Antennenelementen 32, 34, 36, 38 sowie des resultierenden Antennendiagramms erfolgt beim dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß den Figuren 10A, 10B, 10C durch Kombinieren dieser beiden technischen Maßnahmen (= dielektrisches Element + leitfähiges Element) in Form einer Kappe aus dielektrischem Material 40, deren von der Leitung 20 abgewandte Seite mit einer leitfähigen Schicht 50s beschichtet ist. Alternativ hierzu ist auch eine Variante denkbar, bei der das leitfähige Element 50 mit einer oder mehreren dielektrischen Schichten 40s beschichtet ist.The deliberate and targeted detuning of the planar H [och] F [requenz] signal line 20 and thus the deliberate and targeted influencing of the phase difference Δφ between the antenna elements 32, 34, 36, 38 and the resulting antenna diagram is carried out in accordance with the third exemplary embodiment of the present invention 10A, 10B, 10C by combining these two technical measures (= dielectric element + conductive element) in the form of a cap made of dielectric material 40, the side of which facing away from the line 20 is coated with a conductive layer 50s. As an alternative to this, a variant is also conceivable in which the conductive element 50 is coated with one or more dielectric layers 40s.
Das "dielectric loading" mittels der dielektrischen Kappe 40 (vgl. FigurenThe "dielectric loading" by means of the dielectric cap 40 (cf. figures
8A, 8B, 8C) bzw. das Anbringen des leitfähigen Elements 50 (vgl. Figuren 9A, 9B, 90) bzw. das Kombinieren dieser beiden technischen Maßnahmen (vgl. Figuren 10A, 10B, 10C) erfolgt durch eine entsprechende, vom gewünschten Elevationswinkel Θ abhängige8A, 8B, 8C) or the attachment of the conductive element 50 (cf. figures 9A, 9B, 90) or the combination of these two technical measures (cf. FIGS. 10A, 10B, 10C) takes place by means of a corresponding one which is dependent on the desired elevation angle Θ
- Gestaltung der dielektrischen Kappe 40 (vgl. Figuren 8A, 8B, 80) bzw. - Gestaltung der leitfähigen Kappe 50 (vgl. Figuren 9A, 9B, 90) bzw.- Design of the dielectric cap 40 (see FIGS. 8A, 8B, 80) or - Design of the conductive cap 50 (see FIGS. 9A, 9B, 90) or
- Gestaltung der dielektrischen Kappe 40 mit leitfähiger Schicht 50s (vgl. Figuren 10A, 10B, 10C) des Sensors 100 (zum Vergleich ist in den Figuren 3A, 3B, 30 die jeweilige, aus dem Stand der Technik bekannte ungestörte Leitung 20 dargestellt).- Design of the dielectric cap 40 with conductive layer 50s (cf. FIGS. 10A, 10B, 10C) of the sensor 100 (for comparison, the respective undisturbed line 20 known from the prior art is shown in FIGS. 3A, 3B, 30).
Mithilfe dieser drei vorbeschriebenen Prinzipien werden erfindungsgemäß nicht einzelne Phasenschieber gesteuert, sondern es wird praktisch das gesamte Feednetzwerk oder Speisenetzwerk verstimmt oder es werden größere Teile des Feednetzwerks oder Speisenetzwerks verstimmt; aus diesem Grunde ist das Speisenetzwerk zumindest in Teilen als Serienspeisung 22s (sogenannter "series feed") aufgebaut (vgl. Seite 161 in P. Bhartia, K. V. S. Rao, R. S. Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London, 1991).With the aid of these three principles described above, individual phase shifters are not controlled according to the invention, but practically the entire feed network or feed network is detuned or larger parts of the feed network or feed network are detuned; for this reason the feed network is at least partially constructed as a series feed 22s (so-called "series feed") (see page 161 in P. Bhartia, KVS Rao, RS Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London, 1991).
Zur Realisierung verschiedener Elevationswinkel Θ muß lediglich eine unterschiedliche Kappe montiert werden; die elektronischen und H[och]F[requenz]-Baugruppen des Sensors 100 sind für alle Elevationswinkel Θ gleich, was für direkt gekoppelte Antennenelemente 32, 34, 36 mit Serienspeisung in Figur 11 (= viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100) sowie in Figur 12 (= fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung 100) illustriert ist.To realize different elevation angles Θ only a different cap has to be fitted; the electronic and high-frequency modules of sensor 100 are the same for all elevation angles,, which is the case for directly coupled antenna elements 32, 34, 36 with series feed in FIG. 11 (= fourth exemplary embodiment of the present device 100) and in FIG 12 (= fifth exemplary embodiment of the present device 100) is illustrated.
Hierbei beeinflußt die eben ausgestaltete und mit relativ großem Abstand zur Platine 10 angeordnete dielektrische Kappe 40 gemäß Figur 11 die zwischen den Strahlelementen 32, 34, 36 verlaufende Leitung 20 und damit die Phase Δφ der Leitung 20 wenig.In this case, the just designed dielectric cap 40, which is arranged at a relatively large distance from the circuit board 10, influences the line 20 and which extends between the beam elements 32, 34, 36 thus the phase Δφ of line 20 little.
Im Gegensatz dazu beeinflußt die abgestuft ausgestaltete dielektrische und/oder teilweise metallisierte Kappe 40 gemäß Figur 12 die zwischen den Strahlelementen 32, 34, 36 verlaufende Leitung 20 und damit dieIn contrast, the graduated dielectric and / or partially metallized cap 40 according to FIG. 12 influences the line 20 running between the beam elements 32, 34, 36 and thus the
Phase Δφ der Leitung 20 stärker, wobei der Übergang 40t zwischen dem (sich in Figur 12 links befindlichen) Bereich 40b, der die Phase Δφ auf der Leitung 20 beeinflußt (= phasenmäßig "verstimmter" Bereich), und dem (sich in Figur 12 rechts befindlichen) Bereich 40n, der die Phase Δφ auf der Leitung 20 nicht beeinflußt (= phasenmäßig "unverstimmter" Bereich), graduell ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass der Abstand der dielektrischen Kappe 40 zur Leitung 20 im Übergangsbereich 40t kontinuierlich, nämlich linear trapezförmig variiert (vgl. Figur 12).Phase Δφ of line 20 is stronger, the transition 40t between the area 40b (located on the left in FIG. 12), which influences the phase Δφ on line 20 (= phase "detuned" area), and that (located on the right in FIG. 12) located) area 40n, which does not influence the phase Δφ on the line 20 (= phase-wise "untuned" area), is carried out gradually. This means that the distance between the dielectric cap 40 and the line 20 in the transition region 40t varies continuously, namely linearly trapezoidal (see FIG. 12).
Wie des weiteren der jeweiligen Darstellung des viertenAs the further the respective representation of the fourth
Ausführungsbeispiels gemäß Figur 11 sowie des fünften Ausführungsbeispiels gemäß Figur 12 entnehmbar ist, ist es einerseits möglich, das Speisenetzwerk auf der gleichen Metallisierungsebene wie die Strahlelemente 32, 34, 36, 38 anzuordnen, was eine direkte oder kapazitive Serienspeisung der direkt angekoppelten Strahlelemente 32,11 and the fifth embodiment according to FIG. 12, it is possible on the one hand to arrange the feed network on the same metallization level as the beam elements 32, 34, 36, 38, which means a direct or capacitive series supply of the directly coupled beam elements 32,
34, 36, 38 bedeutet (vgl. Seiten 133 f. in P. Bhartia, K. V. S. Rao, R. S. Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London, 1991).34, 36, 38 means (see pages 133 f. In P. Bhartia, K.V. S. Rao, R. S. Tomar, "Millimeter-Wave Microstrip and Printed Circuit Antennas", Artech House, Boston, London, 1991).
Die dielektrische Kappe 40 bzw. die leitfähige Kappe 50 bildet dann zugleich ein Ra[dar]dom[e] oder eine "Radarkuppel", das heißt einen kuppeiförmigen, für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Wetterschutz für die Patchelemente, zum Beispiel in Form einer Kunststoffverkleidung für die Antennenanlage des Radars 100.The dielectric cap 40 or the conductive cap 50 then simultaneously forms a ra [dar] dom [e] or a “radar dome”, that is to say a dome-shaped weather protection for the patch elements, which is permeable to electromagnetic radiation, for example in the form of a plastic cladding for the Radar 100 antenna system.
Andererseits kann das Speisenetzwerk auch, wie der jeweiligen Darstellung des sechsten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 13 sowie des siebten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 14 entnehmbar ist, auf der den Strahlerelementen 32, 34, 36, 38 gegenüberliegenden Seite des Substrats 10 aufgebaut werden.On the other hand, the feed network can also, like the respective one 13 shows the sixth exemplary embodiment according to FIG. 13 and the seventh exemplary embodiment according to FIG. 14, on which the side of the substrate 10 opposite the radiator elements 32, 34, 36, 38 are built.
Die Strahler 32 bzw. 34 bzw. 36 bzw. 38 werden in diesem FalleThe emitters 32 or 34 or 36 or 38 are in this case
- mittels elektromagnetischer Kopplung durch Schlitze 32s bzw. 34s bzw. 36s bzw. 38s (vgl. sechstes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 13) oderby means of electromagnetic coupling through slots 32s or 34s or 36s or 38s (cf. sixth exemplary embodiment according to FIG. 13) or
- mittels elektromagnetischer Kopplung durch H[och]F[requenz]- Durchführungen 32d bzw. 34d bzw. 36d bzw. 38d (sogenannte "vias") oder durch dergleichen angeregt, wobei sich die den Elevationswinkel Θ bestimmende dielektrische Kappe 40 auf der Rückseite, das heißt auf der strahlabgewandten Seite des Sensors 100 befindet.by means of electromagnetic coupling through high frequency feedthroughs 32d or 34d or 36d or 38d (so-called "vias") or excited by the like, the dielectric cap 40 determining the elevation angle Θ on the back, that is located on the side of the sensor 100 remote from the beam.
Dies bedeutet, dass die Beeinflussung der Phase Δφ sowie des resultierenden Antennendiagramms durch die dielektrische und/oder metallisierte Kappe 40 bei der Serienspeisung gemäß Figur 13 (= sechstes Ausführungsbeispiel) und gemäß Figur 14 (= siebtes Ausführungsbeispiel) durch das Substrat 10 hindurch erfolgt.This means that the phase Δφ and the resulting antenna pattern are influenced by the dielectric and / or metallized cap 40 in the series feed according to FIG. 13 (= sixth embodiment) and according to FIG. 14 (= seventh embodiment) through the substrate 10.
Auch in diesem Falle ist der Übergang 40t zwischen dem (sich in Figur 13 bzw. in Figur 14 jeweils links befindlichen) Bereich 40b, der die Phase Δφ auf der Leitung 20 beeinflußt (= phasenmäßig "verstimmter" Bereich), und dem (sich in Figur 13 bzw. in Figur 14 jeweils links befindlichen) BereichIn this case, too, is the transition 40t between the area 40b (located on the left in FIG. 13 or in FIG. 14) which influences the phase Δφ on the line 20 (= phase "detuned" area) and the (located in FIG. 13 or the area on the left in FIG. 14)
40n, der die Phase Δφ auf der Leitung 20 nicht beeinflußt (= phasenmäßig "unverstimmter" Bereich), graduell ausgeführt. Dies bedeutet, dass der Abstand der dielektrischen Kappe 40 zur Leitung 20 im Übergangsbereich 40t kontinuierlich, nämlich linear trapezförmig variiert (vgl. Figuren 13 und 14). Während anhand des achten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 gemäß Figur 15 die durch einen plattenförmigen Körper 40 aus dielektrischem Material der Dielektrizitätskonstante εr,2 bewirkte Strahlablenkung bei serieller Speisung 22s (sogenannter "series feed") veranschaulicht ist, zeigt Figur 16 anhand des neunten40n, which does not influence the phase .DELTA..phi. This means that the distance between the dielectric cap 40 and the line 20 in the transition region 40t varies continuously, namely linearly trapezoidal (see FIGS. 13 and 14). While the eighth exemplary embodiment of the device 100 according to FIG. 15 illustrates the beam deflection caused by a plate-shaped body 40 made of dielectric material of the dielectric constant ε r , 2 in the case of serial feed 22s (so-called "series feed"), FIG. 16 shows the ninth
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 die Strahlablenkung bei phasensymmetrischer Speisung 22p (vgl. hierzu auch die Darstellung in Figur 4C aus dem Stand der Technik).Embodiment of the device 100, the beam deflection with phase-symmetrical feed 22p (see also the illustration in FIG. 4C from the prior art).
Die phasen- (und amplituden Symmetrische Speisung 22p hat aufgrund ihrer Symmetrie insofern vorteilhafte Eigenschaften, als hierdurch ein einfacheres Design der Speisung für eine von der Mitte nach außen abfallende Leistungsverteilung, insbesondere im Hinblick auf eine Reduzierung der Nebenkeulen, erzielbar ist. Auch triit aufgrund der der phasen- und amplitudensymmetrischen Speisung 22p immanentenDue to its symmetry, the phase (and amplitude-symmetrical feed 22p) has advantageous properties in that a simpler design of the feed can be achieved for a power distribution that drops outwards from the center, particularly with regard to a reduction in the side lobes of the phase and amplitude symmetrical feed 22p
Symmetrie vorteilhafterweise nur ein geringes oder gar kein "Schielen" in Elevation E auf.Symmetry advantageously has little or no "squint" in elevation E.
Wie beim neunten Ausführungsbeispiel in Figur 16 dargestellt ist, kann der jeweilige Phasenunterschied Δφ zwischen den AntennenelementenAs shown in the ninth embodiment in FIG. 16, the respective phase difference Δφ between the antenna elements
32, 34, 36, 38 - auf der einen Seite (= oberer Bereich in Figur 16) der Zentralspeisung eines derartigen Feed- oder Speisenetzwerks durch "dielectric loading" mittels der dielektrischen Kappe 40 vergrößert und - auf der anderen Seite (= unterer Bereich in Figur 16) der Zentralspeisung eines derartigen Feed- oder Speisenetzwerks durch Vorsehen eines leitfähigen Körpers 50 verkleinert werden. Damit kann auch für dieses Speisenetzwerk der Elevationswinkel Θ eingestellt werden.32, 34, 36, 38 - on one side (= upper area in FIG. 16) of the central feed of such a feed or feed network by "dielectric loading" by means of the dielectric cap 40 and - on the other side (= lower area in Figure 16) of the central feed of such a feed or feed network can be reduced by providing a conductive body 50. The elevation angle Θ can thus also be set for this feed network.
In Figur 17, in Figur 18, in Figur 19, in Figur 20 und in Figur 21 sind fünf verschiedene Varianten einer gleichphasigen Speisung 22g dargestellt, die ohne Phasendifferenzen von 360 Grad zwischen den Antennenelementen 32, 34, 36, 38 auskommen und damit insbesondere für breitbandige Radarsysteme (sogenannte U[ltra]W[ide]B[and]- Radarsysteme) und für breitbandige KommunikationssystemeIn Figure 17, in Figure 18, in Figure 19, in Figure 20 and in Figure 21 are five Different variants of an in-phase feed 22g are shown, which do not require a phase difference of 360 degrees between the antenna elements 32, 34, 36, 38 and thus in particular for broadband radar systems (so-called U [ltra] W [ide] B [and] radar systems) and for broadband communication systems
(sogenannte U[ltra]W[ide]B[and]-Kommunikationssysteme) geeignet sind.(so-called U [ltra] W [ide] B [and] communication systems) are suitable.
In diesem Zusammenhang werden unter U[ltra]W[ide]B[and]-Systemen im allgemeinen Radar- und Kommunikationssysteme verstanden, die mit gepulsten Signalen arbeiten, deren Pulslänge sehr kurz und derenIn this context, U [ltra] W [ide] B [and] systems are generally understood to mean radar and communication systems which work with pulsed signals, the pulse length of which is very short and the latter
Bandbreite daher sehr groß ist.Bandwidth is therefore very large.
Hierzu wird in das SpeisenetzwerkThis is done in the dining network
- ein erstes, eine Phasenverschiebung von 2Δφ bewirkendes binär abgestuftes Phasenverschiebungselement 60,a first, binary-shifted phase shift element 60 causing a phase shift of 2Δφ,
- ein zweites, eine Phasenverschiebung von Δφ bewirkendes binär abgestuftes Phasenverschiebungselement 62 sowiea second, phase-shifting phase shifting element 62, which effects a phase shift of Δφ, and
- ein drittes, eine Phasenverschiebung von Δφ bewirkendes binär abgestuftes Phasenverschiebungselement 64 eingebaut (vgl. Figur 17), um eine gewisse Strahlablenkung nΔφ (mit n =- A third, phase-shifting phase shifting element 64 causing a phase shift of Δφ is installed (see FIG. 17) by a certain beam deflection nΔφ (with n =
0 für das erste Strahlelement 32 bzw. n = 1 für das zweite Strahlelement 34 bzw. n = 2 für das dritte Strahlelement 36 bzw. n = 3 für das vierte Strahlelement 38) einzustellen.0 for the first beam element 32 or n = 1 for the second beam element 34 or n = 2 for the third beam element 36 or n = 3 for the fourth beam element 38).
DurchBy
- ein erstes, eine Phasenverschiebung von 2Δφ bewirkendes und geeignet strukturiertes dielektrisches Element 40,a first dielectric element 40, which causes a phase shift of 2Δφ and is suitably structured,
- ein zweites, eine Phasenverschiebung von Δφ bewirkendes und geeignet strukturiertes dielektrisches Element 42 sowie - ein drittes, eine Phasenverschiebung von Δφ bewirkendes und geeignet strukturiertes dielektrisches Element 44 kann die mittels der drei binär abgestuftena second, suitably structured dielectric element 42 causing a phase shift of Δφ and a third, suitably structured dielectric element 44 causing a phase shift of Δφ can be graded using the three binary
Phasenverschiebungselemente 60, 62, 64 eingebaute Phasenverschiebung nΔφPhase shift elements 60, 62, 64 built-in phase shift nΔφ
- entweder kompensiert werden, so dass die Strahlablenkung verkleinert wird oder sogar verschwindet (vgl. zehntes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 18),are either compensated so that the beam deflection is reduced or even disappears (cf. tenth exemplary embodiment according to FIG. 18),
- oder verstärkt werden, so dass die Strahlablenkung exemplarisch zu 2nΔφ (mit n = 0, 1 , 2, 3) vergrößert wird (vgl. elftes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 19).- or be amplified, so that the beam deflection is exemplarily increased to 2nΔφ (with n = 0, 1, 2, 3) (cf. eleventh embodiment according to FIG. 19).
Hierbei sind die drei dielektrischen Elemente 40, 42, 44 als geeignet strukturierte dielektrische Kappen ausgebildet, wobei die erste dielektrische Kappe 40 [<--> Phasenverschiebung 2 Δφ] doppelt so lang wie die zweite dielektrische Kappe 42 [<--> Phasenverschiebung Δφ] und wie die dritte dielektrische Kappe 44 [<-> Phasenverschiebung Δφ] ausgebildet ist.Here, the three dielectric elements 40, 42, 44 are designed as suitably structured dielectric caps, the first dielectric cap 40 [<--> phase shift 2 Δφ] being twice as long as the second dielectric cap 42 [<--> phase shift Δφ] and how the third dielectric cap 44 [<-> phase shift Δφ] is formed.
Anstelle des Einsatzes von dielektrischen Elementen 40, 42, 44 ist auch der Einsatz von leitfähigen Elementen 50, 52, 54 zum Kompensieren oder zum Verstärken der Strahlablenkung möglich, nämlich dergestalt, dass durchInstead of using dielectric elements 40, 42, 44, it is also possible to use conductive elements 50, 52, 54 to compensate or to amplify the beam deflection, namely in such a way that
- ein erstes, eine Phasenverschiebung von 2 (-Δφ) bewirkendes und geeignet strukturiertes leitfähiges Element 50,a first conductive element 50, which causes a phase shift of 2 (-Δφ) and is suitably structured,
- ein zweites, eine Phasenverschiebung von -Δφ bewirkendes und geeignet strukturiertes leitfähiges Element 52 sowiea second, suitably structured conductive element 52, which causes a phase shift of -Δφ and
- ein drittes, eine Phasenverschiebung von -Δφ bewirkendes und geeignet strukturiertes leitfähiges Element 54 die mittels der drei binär abgestuften Phasenverschiebungselemente 60, 62, 64 eingebaute Phasenverschiebung n Δφ - entweder kompensiert werden kann, so dass die Strahlablenkung verkleinert wird oder sogar verschwindet (vgl. zwölfes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 20),- a third, suitably structured conductive element 54, which causes a phase shift of -Δφ and which can be compensated for by means of the three binary graded phase shift elements 60, 62, 64, phase shift n Δφ - so that the beam deflection is reduced or even disappears (cf. zwölfes Embodiment according to Figure 20),
- oder verstärkt werden kann, so dass die Strahlablenkung exemplarisch zu 2n Δφ (mit n = 0, 1 , 2, 3) vergrößert wird (vgl. dreizehntes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 21 ).- or can be amplified so that the beam deflection is exemplarily increased to 2n Δφ (with n = 0, 1, 2, 3) (cf. thirteenth exemplary embodiment according to FIG. 21).
Hierbei sind die drei leitfähigen Elemente 50, 52, 54 als geeignet strukturierte metallische Kappen ausgebildet, wobei die erste metallische Kappe 50 [<--> Phasenverschiebung 2 (-Δφ)] doppelt so lang wie die zweite metallische Kappe 52 [<--> Phasenverschiebung -Δφ] und wie die dritte metallische Kappe 54 [<--> Phasenverschiebung -Δφ] ausgebildet ist.Here, the three conductive elements 50, 52, 54 are designed as suitably structured metallic caps, the first metallic cap 50 [<--> phase shift 2 (-Δφ)] being twice as long as the second metallic cap 52 [<--> Phase shift -Δφ] and how the third metallic cap 54 [<--> phase shift -Δφ] is formed.
Die aus einem Vergleich von Figur 18 (= zehntes Ausführungsbeispiel) mit Figur 20 (= zwölftes Ausführungsbeispiel) sowie aus einem Vergleich von Figur 19 (= elftes Ausführungsbeispiel) mit Figur 21 (= dreizehntesThe comparison of Figure 18 (= tenth embodiment) with Figure 20 (= twelfth embodiment) and a comparison of Figure 19 (= eleventh embodiment) with Figure 21 (= thirteenth)
Ausführungsbeispiel) ersichtliche, jeweils entgegengesetzte Anordnung der die Phasenverschiebung nΔφ beeinflußenden Elemente 40, 42, 44 bzw. 50, 52, 54 auf den einzelnen Ästen des Feednetzwerks oder Speisenetzwerks bei verschwindender Strahlablenkung in den Figuren 18 und 20 bzw. bei in bezug auf Figur 17 verdoppelter Strahlablenkung in den Figuren 19 und 21 erklärt sich dadurch, dass die effektive Dielektrizitätszahl e^ auf dem Speisenetzwerk und damit die Phasenverschiebung nΔφ zwischen den Antennenelementen 32, 34, 36, 38 - durch die dielektrischen Materialien 40, 42, 44 gesteigert wird (vgl. Figur 18 und Figur 19), was einer elektrischen Verlängerung des planaren Leitungssystems 20 entspricht, undEmbodiment) apparent, respectively opposite arrangement of the elements 40, 42, 44 or 50, 52, 54 influencing the phase shift nΔφ on the individual branches of the feed network or feed network when the beam deflection disappears in FIGS. 18 and 20 or in relation to FIG. 17 The doubled beam deflection in FIGS. 19 and 21 is explained by the fact that the effective dielectric constant e ^ on the feed network and thus the phase shift nΔφ between the antenna elements 32, 34, 36, 38 - is increased by the dielectric materials 40, 42, 44 (cf. 18 and 19), which corresponds to an electrical extension of the planar line system 20, and
- durch die leitfähigen Materialien 50, 52, 54 verringert wird (vgl. Figur 20 und Figur 21), was einer elektrischen Verkürzung des planaren Leitungssystems 20 entspricht. Zwei Varianten der vorliegenden Erfindung in Form eines mäanderförmigen Speisenetzwerks, das heißt in Form einer mäanderförmigen Führung der Speiseleitung 20 zur stärkeren Beeinflussung der Phasen sowie des resultierenden Antennendiagramms sind in Figur 22 (= vierzehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100) und in Figur 23 (= fünfzehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100) dargestellt.is reduced by the conductive materials 50, 52, 54 (cf. FIG. 20 and FIG. 21), which corresponds to an electrical shortening of the planar line system 20. Two variants of the present invention in the form of a meandering feed network, that is to say in the form of a meandering guide of the feed line 20 to influence the phases to a greater extent, and the resulting antenna diagram are shown in FIG. 22 (= fourteenth embodiment of the device 100) and in FIG. 23 (= fifteenth embodiment) of the device 100).
Damit kann die elektrische Weglänge zwischen den Strahl(er)elementen 32, 34, 36, 38 ein Vielfaches der halben Wellenlänge betragen, indem dieThus, the electrical path length between the beam (er) elements 32, 34, 36, 38 can be a multiple of half the wavelength by the
Felder der Strahl(er)elemente 32, 34, 36, 38 antiparallel zueinander (vgl. Figur 22) oder parallel zueinander (vgl. Figur 23) ausgerichtet werden, wobei jeweils exemplarisch eine elektromagnetische Schlitzkopplung von der Rückseite der H[och]F[requenz]-Platine 10 erfolgt.Fields of the beam (s) elements 32, 34, 36, 38 are aligned antiparallel to each other (see FIG. 22) or parallel to each other (see FIG. 23), each using an electromagnetic slot coupling as an example from the rear of the H [och] F [ requenz] board 10 takes place.
Nachstehend erfolgt nun eine detaillierte theoretische Erläuterung des Aufbaus und des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung, wobei zunächst auf die Strahlablenkung Θ in Elevation E eingegangen werden soll:The following is a detailed theoretical explanation of the structure and the functional principle of the present invention, the beam deflection Θ in elevation E being discussed first:
Gemäß Figur 7 hängt der Strahlwinkel Θ mit der Phasenverschiebung Δφ zwischen zwei Antennen- oder Strahl(er)elementen 32, 34, 36, 38 wie folgt zusammen (vgl. S. K. Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Band 1 und Band 2, Artech House, Boston, London, 1991): Δφ = Δφ2 - Δφ! = (ω/c) a sinΘAccording to FIG. 7, the beam angle Θ is related to the phase shift Δφ between two antenna or beam (s) elements 32, 34, 36, 38 as follows (cf. SK Koul, B. Bhat, "Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters", Volume 1 and Volume 2, Artech House, Boston, London, 1991): Δφ = Δφ 2 - Δφ ! = (ω / c) a sinΘ
Für den Ausbreitungskoeffizienten der verlustlosen Leitung gilt näherungsweise (für Leitungen für T[ransversal]E[lectro]M[agnetic]- Wellen, das heißt für Leitungen für elektromagnetische Wellen ohneFor the propagation coefficient of the lossless line the following applies approximately (for lines for T [ransversal] E [lectro] M [agnetic] waves, that is for lines for electromagnetic waves without
Feldanteile in Ausbreituπgsrichtung gilt sogar exakt): \1/2 1/2 ß = ω*(L-cy = ω (μo εoεβff)Field proportions in the direction of expansion even apply exactly): \ 1/2 1/2 ß = ω * (L-cy = ω (μo εoεβff)
Damit läßt sich für das Verhältnis Δφ2 / Δφi der Phasenverschiebung Δφ zwischen zwei Elementen in Abhängigkeit von der effektiven Dielektrizitätszahl ε^ für zwei Konfigurationen der dielektrischen Kappe 40 (vgl. Figur 11 und Figur 12) finden:It can thus be found for the ratio Δφ 2 / Δφi of the phase shift Δφ between two elements as a function of the effective dielectric constant ε ^ for two configurations of the dielectric cap 40 (see FIGS. 11 and 12):
Δφ2 / Δ(pι = ß2 l / ßι l = / εeff.i) 1/2Δφ 2 / Δ (pι = ß 2 l / ßι l = / ε e ff.i) 1/2
Damit ergibt sich die Strahlablenkung Θ zu:This gives the beam deflection Θ to:
Θ = arcsin{Δφ1/[2πa [(εeff,2 / εeff,ι) 11/2 -1]},Θ = arcsin {Δφ 1 / [2πa [(ε eff, 2 / ε eff, ι) 1 1/2 -1]},
wobei der Abstand a des dielektrischen Elements 40 auf die Wellenlänge λ normiert ist: a' = a/λ.where the distance a of the dielectric element 40 is normalized to the wavelength λ: a '= a / λ.
Für eine verschwindende Strahlablenkung (Θ gleich null Grad) ohne Einfluß der Dielektrizitätskonstante εr,2 des dielektrischen Materials 40 ergibt sich zwischen zwei Antennenelementen 32, 34 bzw. 34, 36 bzw. 36,For a vanishing beam deflection (Θ equal to zero degrees) without influence of the dielectric constant ε r , 2 of the dielectric material 40, the result is between two antenna elements 32, 34 and 34, 36 and 36,
38 eine Phasendifferenz Δφi = 2ττ.38 a phase difference Δφi = 2ττ.
Wenn eine nicht-verschwindende Strahlablenkung (Θ ungleich null Grad) nach oben wie auch nach unten realisiert und ausschließlich "dielectric loading" (<-> Vorsehen mindestens eines dielektrischen Körpers 40) eingesetzt werden soll, so wird eine Phasendifferenz Δφ! < 2ττ gewählt, denn durch "dielectric loading" kann eine Leitung 20 nur elektrisch verlängert werden.If a non-vanishing beam deflection (Θ not equal to zero degrees) is realized both upwards and downwards and only "dielectric loading" (<-> provision of at least one dielectric body 40) is to be used, then a phase difference Δφ! <2ττ selected, because "dielectric loading" can only extend a line 20 electrically.
Des weiteren ist zu berücksichtigen, dass sich neben demIt should also be borne in mind that in addition to the
Ausbreitungskoeffizienten ß auch die Leitungsimpedanz Z ändert: 1/2 -1/2 Z = (L7C) ~ Eeff-Propagation coefficient ß also changes the line impedance Z: 1/2 -1/2 Z = (L7C) ~ Eeff-
Eine gewisse Fehlanpassung ist normalerweise tolerierbar. Diese Fehlanpassung bestimmt die maximal erreichbare Strahlablenkung Θ, sofern nicht Konfigurationen gefunden werden, bei denen sich die Kapazität C und die Induktivität L' in ähnlicher Weise ändern.A certain mismatch is usually tolerable. This mismatch determines the maximum achievable beam deflection Θ unless configurations are found in which the capacitance C and the inductance L 'change in a similar manner.
Eine derartige Konfiguration kann in erfindungswesentlicher Weise durch eine partielle oder vollständige Metallisierung mindestens einer dann als metallisches Element 50 zum Einstellen des Elevationswinkels Θ fungierenden Kunststoffkappe gegeben sein (vgl. zweites Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 9A, 9B, 9C).Such a configuration can be given in a manner essential to the invention by partial or complete metallization of at least one plastic cap which then functions as a metallic element 50 for adjusting the elevation angle ((cf. second exemplary embodiment according to FIGS. 9A, 9B, 9C).
Ansonsten bleibt auch noch die erfindungswesentliche Möglichkeit, dieOtherwise, there remains the possibility essential to the invention, the
Länge der Leitung 20 bzw. die Phasenverschiebung Δφ zwischen zwei Antennen- oder Strahl(er)elementen 32, 34, 36, 38 zu Δφ = n 2π zu vergrößern (vgl. zehntes Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 18 sowie elftes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 19).To increase the length of the line 20 or the phase shift Δφ between two antenna or beam (er) elements 32, 34, 36, 38 to Δφ = n 2π (cf. tenth exemplary embodiment according to FIG. 18 and eleventh exemplary embodiment according to FIG. 19).
Was nun erreichbare Änderungen der effektiven Dielektrizitätszahl εeff der Planarleitung 20 anbelangt, so ist allgemein festzuhalten, dass die effektive Dielektrizitätszahl einer Mikrostreifenleitung (= sogenannte "microstrip line") im allgemeinen weniger stark von der Dielektrizitätszahl εr,ι des Substrats 10 abweicht, als dies bei der Dielektrizitätszahl einerAs far as achievable changes in the effective dielectric constant εeff of the planar line 20 are concerned, it can generally be stated that the effective dielectric number of a microstrip line (= so-called "microstrip line") generally deviates less than the dielectric constant ε r , ι of the substrate 10 than this at the dielectric constant one
(symmetrischen oder unsymmetrischen) Koplanarleitung (= sogenannter "coplanar waveguide") oder bei der Dielektrizitätszahl einer Schlitzleitung (= sogenannte "slot line") der Fall ist.(symmetrical or asymmetrical) coplanar line (= so-called "coplanar waveguide") or the case of the dielectric constant of a slot line (= so-called "slot line").
Abschätzungen für die effektiven Dielektrizitätszahlen derartigerEstimates for the effective dielectric constant of such
Pianarleitungen finden sich auf den Seiten 151 und 176 in R. E. Collin, "Foundations for Microwave Engineering", 2. Auflage, McGraw-Hill International Editions, New York usw., 1992.Piano guides can be found on pages 151 and 176 in RE Collin, "Foundations for Microwave Engineering", 2nd edition, McGraw-Hill International Editions, New York etc., 1992.
Für eine Koplanarleitung und für eine Schlitzleitung mit unendlich dünner Metallisierung und mit Luft oberhalb des Substrats 10 ist die effektive Dielektrizitätszahl For a coplanar line and for a slot line with infinitely thin metallization and with air above the substrate 10, the effective dielectric constant is
wobei εr,ι die Dielektrizitätskonstante des Substrats 10 ist.where ε r , ι is the dielectric constant of the substrate 10.
Für eine Mikrostreifenleitung ist die effektive Dielektrizitätszahl ε^ von der Dicke h des Substrats 10 und von der Breite w des Mikrostreifens abhängig. Im Falle unendlich dünner Metallisierung und bei Luft oberhalb des Substrats 10 gilt: εβff = 0,5 ^ + 1 ) + 0,5 (εr,ι - 1) (1+12h/w)"1/2 + 0,02 (εrι1 - 1) (1-w/h)2 für w < h; εθff = 0,5 *r.ι + 1) + 0,5 (εr,ι - 1) (1+12h/wV1 2 für w < h.For a microstrip line, the effective dielectric constant ε ^ depends on the thickness h of the substrate 10 and on the width w of the microstrip. In the case of infinitely thin metallization and with air above the substrate 10, the following applies: ε βff = 0.5 ^ + 1) + 0.5 (ε r, ι - 1) (1 + 12h / w) "1/2 + 0, 02 (ε rι1 - 1) (1-w / h) 2 for w <h; ε θff = 0.5 *r .ι + 1) + 0.5 (ε r , ι - 1) (1+ 12h / wV 1 2 for w <h.
Dies bedeutet, dass die effektive Dielektrizitätszahl εeff der Mikrostreifenleitung immer größer als die effektive Dielektrizitätszahl εeιτ der Koplanarleitung oder der Schlitzleitung ist.This means that the effective dielectric constant ε e ff of the microstrip line is always greater than the effective dielectric constant ε e ιτ of the coplanar line or the slot line.
Aus den vorstehenden Gleichungen ergibt sich, dass durch "dielectric loading" mit einem Material 40, dessen Dielektrizitätszahl εr,2 gleich der Dielektrizitätszahl εr,ι des Substrats 10 ist, maximal eine effektiveFrom the above equations it follows that "dielectric loading" with a material 40 whose dielectric constant ε r , 2 is equal to the dielectric constant ε r, ι of the substrate 10 results in an effective maximum
Dielektrizitätszahl εeff erreichbar ist, die gleich der Dielektrizitätszahl εrι1 des Substrats 10 ist.Dielectric constant ε eff can be achieved, which is equal to the dielectric constant ε rι1 of the substrate 10.
Für Koplanarleitungen oder Schlitzleitungen ist mit einer dielektrischen Kappe 40, deren Dielektrizitätskonstante εr,2 größer als dieFor coplanar lines or slot lines with a dielectric cap 40, whose dielectric constant ε r , 2 is greater than that
Dielektrizitätskonstante εr.ι des Substrats 10 ist, maximal eine effektive Dielektrizitätszahl £<# = 0,5 (εr,ι + εr,2) erreichbar, für Mikrostreifenleitungen hat eine zweite leitfähige Ebene hinzuzukommen (vgl. Figuren 10A, 10B, 10C), so dass sich eine symmetrische Streifenleitung ergibt.Dielectric constant ε r .ι of the substrate 10 is an effective maximum Dielectric constant £ < # = 0.5 (ε r, ι + ε r, 2 ) achievable, a second conductive level has to be added for microstrip lines (see FIGS. 10A, 10B, 10C), so that a symmetrical strip line results.
Für die Mikrostreifenleitung mit "dielectric loading" bleibt die effektive Dielektrizitätszahl εeff ansonsten stets kleiner als für das gleiche "dielectric loading" bei der Koplanarleitung oder Schlitzleitung.For the microstrip line with "dielectric loading", the effective dielectric constant εe ff always remains smaller than for the same "dielectric loading" for the coplanar line or slot line.
Wird hingegen ein leitfähiges Element 50 über der Leitung 20 plaziert, so kann die effektive Dielektrizitätszahl εeff theoretisch bis auf den Wert Eins abgesenkt werden. Genaue Ergebnisse lassen sich mit Simulationsprogrammen erhalten.If, on the other hand, a conductive element 50 is placed over the line 20, the effective dielectric constant εeff can theoretically be reduced to the value one. Exact results can be obtained with simulation programs.
Die nachfolgende Tabelle gibt einige Beispiele.The table below gives some examples.
Konfiguration Leitung 20 ohne Kappe 40 Leitung 20 mit Kappe 40Line 20 configuration without cap 40 Line 20 with cap 40
Leitung 20 a' Z0 Δ(pι εrθ f,ι εr.2 εeff,2 Z ΘLine 20 a 'Z 0 Δ (pι ε r , ι θ f, ι εr.2 εeff, 2 Z Θ
Mikrostreifen 0,64 50 2π 3 2,44 3 3 45 9,8° (SRR)Microstrip 0.64 50 2π 3 2.44 3 3 45 9.8 ° (SRR)
Koplanar 0,64 50 2ττ 3 2 3 3 41 20,6°Coplanar 0.64 50 2ττ 3 2 3 3 41 20.6 °
Mikrostreifen 0,5 50 2π 3 2,44 3 3 45 12,6°Microstrip 0.5 50 2π 3 2.44 3 3 45 12.6 °
Mikrostreifen 0,5 50 2ττ 3 2,44 4 3,24 38 41 ,0°Microstrip 0.5 50 2ττ 3 2.44 4 3.24 38 41.0 °
Koplanar 0,5 50 2π 3 2 3 3 41 26,7°Coplanar 0.5 50 2π 3 2 3 3 41 26.7 °
Mikrostreifen + 0,5 50 2ττ 3 2,44 11 2,2 ge53 -5,8° leitfähiges Element 50 schätztMicrostrip + 0.5 50 2ττ 3 2.44 11 2.2 ge53 -5.8 ° conductive element 50 estimates
Mikrostreifen + 0,5 50 2ττ 3 2,44 1 2,0 ge55 -10,9° leitfähiges Element 50 schätztMicrostrip + 0.5 50 2ττ 3 2.44 1 2.0 ge55 -10.9 ° conductive element 50 estimates
Mikrostreifen 0,4 50 2π 3 2,44 3 3 45 15,8°Microstrip 0.4 50 2π 3 2.44 3 3 45 15.8 °
Die Mikrostreifenleitung (S[hort]R[ange]R[adar]; acht Millimeter bei einerThe microstrip line (S [hort] R [ange] R [adar]; eight millimeters at one
Frequenz von 24 Gigahertz) bezieht sich auf eine fünfzig Ohm-Leitung bei einer Frequenz von 24 Gigahertz auf 10 mil Ro3003. Mit einem Sprung von fünfzig Ohm Leitungsimpedanz auf 41 Ohm Leitungsimpedanz ist eine Anpassung von Sn = -20 Dezibel erzielbar. Wenn ein großer Einstellbereich für die Strahlablenkung Θ bei geringer Fehlanpassung gefordert ist, bietet es sich an, den Abstand a der Antennen- oder Strahl(er)elemente 32, 34, 36, 38 in Elevation E zu verringern.24 gigahertz frequency) refers to a fifty ohm line at a frequency of 24 gigahertz to 10 mil Ro3003. With a jump from fifty ohm line impedance to 41 ohm line impedance, an adjustment of Sn = -20 decibels can be achieved. If a large setting range for the beam deflection Θ is required with a slight mismatch, it is advisable to reduce the distance a of the antenna or beam (s) elements 32, 34, 36, 38 in elevation E.
Um nun das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern und zu verifizieren, werden nachfolgend verschiedene auf Simulationen beruhende Ergebnisse vorgestellt, wobei zunächst die serielle Speisung betrachtet wird:In order to explain and verify the functional principle of the present invention, various results based on simulations are presented below, the serial feed being considered first:
Für das Strahl(er)element des S[hort]R[ange]R[adar]-Sensors (schlitzgekoppeltes Patch) wird ein provisorisches, nicht optimiertes Design für eine Serienspeisung berechnet; dementsprechend ist in Figur 24 ein (einfaches) Feednetzwerk oder Speisenetzwerk fürFor the beam (er) element of the S [hort] R [ange] R [adar] sensor (slot-coupled patch), a provisional, non-optimized design for a series feed is calculated; Accordingly, a (simple) feed network or feed network for is in FIG
Simulationsrechnungen dargestellt, wobei gleiche Leistung an allen vier Patches zugrunde gelegt wird, das heißt die Leistungsauskopplung an allen Antennen- oder Strahl(er)elementen ist nominell gleich; der Abstand der Antennen- oder Strahl(er)elemente beträgt λs = 8 Millimeter bzw. Aq^ = 2ττ.Simulation calculations are shown, whereby the same power is taken as a basis for all four patches, that is to say the power output on all antenna or beam (er) elements is nominally the same; the distance between the antenna or beam (er) elements is λ s = 8 millimeters or Aq ^ = 2ττ.
Beim Design für die Serienspeisung wird Wert darauf gelegt, dass alle Verbindungen zwischen den Abzweigungen zu den Antennen- oder Strahl(er)elementen (im Schaltplan senkrecht verlaufend) auf einer möglichst großen Länge mit einer ähnlichen Leitungsimpedanz (zwischen vierzig Ohm und fünfzig Ohm) ausgeführt werden, damit die Beeinflussung durch die dielektrische und/oder leitfähige Kappe möglichst gleichmäßig wird. Aus diesem Grunde wird die Leitung zum letzten Element auf das Impedanzniveau von 45 Ohm transformiert (an den Leitungen sind die jeweiligen Impedanzniveaus angegeben). Dieses Design für die Serienspeisung wird in einem H[igh]F[requency]S[tructure]S[imulator]-Modell im Rahmen eines finite- Elemente-Simulationsprogramms für elektromagnetische Wellen in dreidimensionalen Strukturen umgesetzt, wobei schlitzgekoppelte Patchelemente eingesetzt werden.In the design for the series supply, it is important that all connections between the branches to the antenna or beam elements (running vertically in the circuit diagram) are made as long as possible with a similar line impedance (between forty ohms and fifty ohms) be so that the influence of the dielectric and / or conductive cap is as uniform as possible. For this reason, the line to the last element is transformed to the impedance level of 45 ohms (the respective impedance levels are indicated on the lines). This design for series feeding is implemented in a H [igh] F [requency] S [structure] S [imulator] model as part of a finite element simulation program for electromagnetic waves in three-dimensional structures, using slot-coupled patch elements.
Dieses HFSS-Simulationsmodell für vier schlitzgekoppelte, seriengespeiste Patches ist in Figur 25 dargestellt, wobei auch das Ra[dar]dom[e] sowie Kleber für das Ra[dar]dom[e] enthalten ist. Für die Lage der Referenzebenen an den Verzweigungen der Abzweigleitungen zu den Patches wird eine separate Simulationsrechnung durchgeführt; sämtliche Abzweigleitungen werden dementsprechend um 350 Mikrometer verlängert.This HFSS simulation model for four slot-coupled, series-fed patches is shown in FIG. 25, which also contains the Ra [dar] dom [e] and adhesive for the Ra [dar] dom [e]. A separate simulation calculation is carried out for the position of the reference planes at the branches of the branch lines to the patches; all branch lines are extended accordingly by 350 micrometers.
Die Simulationsrechnungen des Einflusses der dielektrischen und/oder metallisierten Kappe werden in zwei Konfigurationen vorgenommen:The simulation calculations of the influence of the dielectric and / or metallized cap are carried out in two configurations:
- der gesamte Raum unterhalb des Feed- oder Speisenetzwerks wird mit einem Dielektrikum gefüllt; in der Ebene der Metallisierung von zwanzig Mikrometern Dicke, also im Raum neben den Leiterbahnen, befindet sich Luft (vgl. Figur 25);- The entire space below the feed or dining network is filled with a dielectric; There is air in the level of the metallization of twenty micrometers thick, ie in the space next to the conductor tracks (cf. FIG. 25);
- eine Kappe, die im Bereich des Verteilnetzwerks graduell an die Leiterbahn herangeführt wird, wird unterhalb des Speisenetzwerks angebracht (vgl. Figur 26, in der das HFSS-Simulationsmodell, und zwar nur Leitungen, Koppelschlitze und Kappe, für Simulationsrechnungen zum Einfluß einer metallischen Kappe dargestellt ist).- A cap, which is gradually brought up to the conductor track in the area of the distribution network, is attached below the feed network (see FIG. 26, in which the HFSS simulation model, namely only lines, coupling slots and cap, for simulation calculations on the influence of a metallic cap is shown).
Figur 27 zeigt einen dreidimensionalen Plot der in Dezibel gemessenen Direktivität in Elevation der Anordnung mit einfachem Feed- oder Speisenetzwerk ohne dielektrische und/oder leitfähige Kappe bei einerFIG. 27 shows a three-dimensional plot of the directivity measured in decibels in elevation of the arrangement with a simple feed or feed network without a dielectric and / or conductive cap in one
Frequenz von 24 Gigahertz. Figur 28 zeigt die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel (ab z-Achse) aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit einfachem Feed- oder Speisenetzwerk ohne dielektrische und/oder leitfähige Kappe. Durch die serielle Speisung ist der Strahlwinkel frequenzabhängig, wobei die unterschiedlichen Frequenzen 22 Gigahertz, 24 Gigahertz, 26 Gigahertz und 28 Gigahertz betrachtet werden.Frequency of 24 gigahertz. FIG. 28 shows the directivity plotted against the beam deflection angle measured in degrees (from the z-axis) and measured in decibels in elevation of the arrangement with a simple feed or feed network without a dielectric and / or conductive cap. Due to the serial feed, the beam angle is frequency-dependent, the different frequencies 22 gigahertz, 24 gigahertz, 26 gigahertz and 28 gigahertz being considered.
In Figur 29 sind gegen den in Grad gemessenen StrahlablenkungswinkelIn Figure 29 are against the beam deflection angle measured in degrees
(ab z-Achse) aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivitäten in Elevation der Anordnung mit einfachem Feed- oder Speisenetzwerk bei einer Frequenz von 24 Gigahertz für die folgenden verschiedenen Konfigurationen zusammengestellt: - Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe;(from z-axis) applied directivities measured in decibels in elevation of the arrangement with simple feed or feed network at a frequency of 24 gigahertz compiled for the following different configurations: - array without dielectric and / or metallized cap;
- vollständig überdeckende dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3, direkt auf den Leiterbahnen aufliegend (vgl. Figur 25);- completely covering dielectric cap with dielectric constant ε = 3, lying directly on the conductor tracks (cf. FIG. 25);
- vollständig überdeckende dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 4,2, direkt auf den Leiterbahnen aufliegend (vgl. Figur 25); und - metallische Kappe im Abstand von einhundert Mikrometern von den Leiterbahnen (vgl. Figur 26), die im Randbereich graduell an das Verteil netzwerk herangeführt wird.- completely covering dielectric cap with dielectric constant ε = 4.2, lying directly on the conductor tracks (cf. FIG. 25); and - metallic cap at a distance of one hundred micrometers from the conductor tracks (cf. FIG. 26), which is gradually brought up to the distribution network in the edge region.
In diesem Zusammenhang ergibt sich ein Schwenkbereich von etwa + zehn Grad, wie vorstehend bereits dargelegt.In this context, there is a swivel range of approximately + ten degrees, as already explained above.
Nachdem vorstehend anhand von Simulationsergebnissen das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung im Falle einer allgemeinen Serienspeisung erläutert und verifiziert ist, werden nachfolgend verschiedene, zum Teil auf Simulationen beruhende Ergebnisse für denAfter the functional principle of the present invention in the case of a general series feed has been explained and verified above on the basis of simulation results, various results, partly based on simulations, for the
Fall einer mäanderförmigen seriellen Speisung betrachtet: Figur 30 zeigt ein mäanderförmiges Feed- oder Speisenetzwerk analog zu Figur 22 (= vierzehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100) und zu Figur 23 (= fünfzehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100), das die Antennen- oder Strahl(er)elemente bzw. Patches mit einer elektrischenConsidering the case of a meandering serial feed: Figure 30 shows a meandering feed or feed network analogous to Figure 22 (= fourteenth embodiment of the device 100) and to Figure 23 (= fifteenth embodiment of the device 100) that the antenna or beam (er) elements or patches with an electrical
Weglänge von Δφi = 4ττ (entsprechend 2λs, also der doppelten Wellenlänge des Substrats) verbindet, um eine möglichst große Ablenkung der Strahlkeule zu erreichen.Path length of Δφi = 4ττ (corresponding to 2λ s , i.e. twice the wavelength of the substrate) connects in order to achieve the greatest possible deflection of the beam lobe.
Weiterhin wird der Abstand der Antennen- oder Strahl(er)elemente bzw.Furthermore, the distance of the antenna or beam (er) elements or
Patches auf sechs Millimeter (entsprechend 0,5 λ bei 25 Gigahertz) verringert, womit sich die Ablenkung der Strahlkeule weiter erhöht. Das Feed- oder Speisenetzwerk gemäß Figur 30 erzeugt bei einer Amplitudenbelegung von 0,5 / 1 / 1 / 0,5 eine Leistungsverteilung von 0,25 / 1 / 1 / 0,25. Damit werden die Nebenkeulen auf etwa -20 Dezibel unterhalb des Hauptkeulenmaximums reduziert; außerdem verbreitert sich die Hauptkeule.Patches reduced to six millimeters (corresponding to 0.5 λ at 25 gigahertz), which further increases the deflection of the beam lobe. The feed or feed network according to FIG. 30 generates an output distribution of 0.25 / 1/1 / 0.25 with an amplitude assignment of 0.5 / 1/1 / 0.5. This reduces the side lobes to about -20 decibels below the main lobe maximum; the main lobe also widens.
Figur 31 zeigt die gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel (ab z-Achse) aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivität in Elevation der Anordnung mit mäanderförmigem Feed- oder Speisenetzwerk ohne dielektrische und/oder leitfähige Kappe, wobei die unterschiedlichen Frequenzen 22 Gigahertz, 24 Gigahertz, 26 Gigahertz und 28 Gigahertz betrachtet werden.FIG. 31 shows the directivity plotted against the beam deflection angle measured in degrees (from the z axis) and measured in decibels in elevation of the arrangement with a meandering feed or feed network without a dielectric and / or conductive cap, the different frequencies being 22 gigahertz, 24 gigahertz, 26 gigahertz and 28 gigahertz can be considered.
Durch die in Vergleich zu Figur 28 größere Leitungslänge zwischen den Patches wird die Frequenzabhängigkeit des Strahlwinkels stärker. Der Abstand der Antennen- oder Strahl(er)elemente bzw. Patches von sechs Millimetern entspricht einer halben Freiraumwellenlänge von 26 Gigahertz. Höhere Frequenzen sind nicht in Figur 31 aufgenommen, weilDue to the longer line length between the patches compared to FIG. 28, the frequency dependence of the beam angle becomes stronger. The spacing of the antenna or beam (er) elements or patches of six millimeters corresponds to half a free space wavelength of 26 gigahertz. Higher frequencies are not included in Figure 31 because
"grating lobes" auftreten. In Figur 32 sind gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel (ab z-Achse) aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivitäten in Elevation der Anordnung mit mäanderförmigem Feed- oder Speisenetzwerk bei einer Frequenz von 24 Gigahertz für die folgenden verschiedenen Konfigurationen zusammengestellt:"grating lobes" occur. In FIG. 32, the directivities, measured in decibels, and measured in decibels in elevation of the arrangement with a meandering feed or feed network at a frequency of 24 gigahertz at a frequency of 24 gigahertz are compiled for the following different configurations against the beam deflection angle (from z-axis).
- Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe;- array without dielectric and / or metallized cap;
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 2;- dielectric cap with dielectric constant ε = 2;
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3; - metallische Kappe im Abstand von zweihundert Mikrometern von den Leiterbahnen; und- dielectric cap with dielectric constant ε = 3; - metallic cap at a distance of two hundred micrometers from the conductor tracks; and
- metallische Kappe im Abstand von vierhundert Mikrometern von den Leiterbahnen.- metallic cap at a distance of four hundred micrometers from the conductor tracks.
In diesem Zusammenhang verschlechtert eine metallische Kappe in geringem Abstand die Strahlform, so dass sich mit einer metallischen Kappe im Abstand von zweihundert Mikrometern eine Strahlablenkung von -7 Grad erreichen läßt.In this context, a metallic cap at a short distance deteriorates the beam shape, so that a metallic cap at a distance of two hundred micrometers can achieve a beam deflection of -7 degrees.
Für größere Ablenkungen müsste das mäanderförmige Speisenetzwerk speziell für den Einsatz einer metallischen Kappe ausgelegt werden. Demgegenüber bewirkt eine dielektrische Kappe bei dieser Anordnung eine sehr starke Strahlablenkung, die bereits für eine Dielektrizitätszahl ε = 2 größer als fünfzehn Grad ist und für eine Dielektrizitätszahl ε = 3 einen Winkel von dreißig Grad erreicht.For larger distractions, the meandering dining network would have to be specially designed for the use of a metallic cap. In contrast, a dielectric cap in this arrangement causes a very strong beam deflection, which is already greater than fifteen degrees for a dielectric constant ε = 2 and reaches an angle of thirty degrees for a dielectric constant ε = 3.
In Figur 33 sind gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel (ab z-Achse) aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivitäten in Elevation der Anordnung mit mäanderförmigem Feed- oder Speisenetzwerk in einem Frequenzbereich von 24 Gigahertz bis 26In FIG. 33, directivities, measured in decibels, are plotted against the beam deflection angle measured in degrees (from the z axis) in elevation of the arrangement with a meandering feed or feed network in a frequency range from 24 gigahertz to 26
Gigahertz für die folgenden verschiedenen Konfigurationen zusammengestellt:Gigahertz for the following different configurations compiled:
- Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von 24 Gigahertz;- Array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of 24 gigahertz;
- Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von 25 Gigahertz;- array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of 25 gigahertz;
- Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von 26 Gigahertz;- Array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of 26 gigahertz;
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 2 bei einer Frequenz von 24 Gigahertz; - dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 2 bei einer Frequenz von 25 Gigahertz;- dielectric cap with dielectric constant ε = 2 at a frequency of 24 gigahertz; - dielectric cap with dielectric constant ε = 2 at a frequency of 25 gigahertz;
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 2 bei einer Frequenz von 26 Gigahertz;- dielectric cap with dielectric constant ε = 2 at a frequency of 26 gigahertz;
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 24 Gigahertz;- dielectric cap with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 24 gigahertz;
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 25 Gigahertz; und- dielectric cap with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 25 gigahertz; and
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 26 Gigahertz.- dielectric cap with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 26 gigahertz.
In diesem Zusammenhang geht die frequenzabhängige Winkeldifferenz der Strahlmaxima für große Strahlablenkungen zurück, bleibt aber auch dort sehr groß.In this context, the frequency-dependent angle difference of the beam maxima decreases for large beam deflections, but remains very large there as well.
Während sich die beiden vorstehend dargelegten AnordnungenWhile the two arrangements outlined above
(einfaches Feed- oder Speisenetzwerk gemäß den Figuren 24 bis 29; mäanderförmiges Feed- oder Speisenetzwerk gemäß den Figuren 30 bis 33) aus diesem Grunde vorrangig für schmal bandigere Anwendungen, wie zum Beispiel für ein langreichweitiges Radar (sogenanntes L[ong]R[ange]R[adar], typischerweise für einen bei einer Frequenz von 77(simple feed or feed network according to FIGS. 24 to 29; meandering feed or feed network according to FIGS. 30 to 33) for this reason primarily for narrow band applications, such as for a long-range radar (so-called L [ong] R [ange ] R [adar], typically for one at a frequency of 77
Gigahertz arbeitenden, den Abstand regelnden Tempomaten, das heißt für ein A[daptive]C[ruise]C[ontrol]-System) mit planarer Antenne eignen, wird abschließend in den Figuren 24, 25 und 26 ein gleichphasig ausgelegtes Speisenetzwerk mit binär abgestufter Phasendifferenz analog zu Figur 17, zu Figur 18 (= zehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100), zu Figur 19 (= elftes Ausführungsbeispiel derGigahertz working, regulating the distance, that is suitable for an A [daptive] C [ruise] C [ontrol] system) with a planar antenna, in FIGS. 24, 25 and 26 an in-phase feed network with a binary graded phase difference analogous to FIG. 17 and FIG. 18 (= tenth embodiment of the device 100), to Figure 19 (= eleventh embodiment of the
Vorrichtung 100), zu Figur 20 (= zwölftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100) und zu Figur 21 (= dreizehntes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100) untersucht.Device 100), to Figure 20 (= twelfth embodiment of the device 100) and to Figure 21 (= thirteenth embodiment of the device 100) examined.
Figur 34 zeigt ein gleichphasiges Speisenetzwerk, das alleFigure 34 shows an in-phase feed network, all
Antennenelemente prinzipiell gleichphasig, das heißt mit verschwindender Phasenverschiebung (Δφ! = 0) versorgt.In principle, antenna elements are in phase, that is, they are supplied with a vanishing phase shift (Δφ! = 0).
Um eine große Strahlablenkung zu erhalten, betragen die Leitungslängen von den Patches bis zur ersten Verzweigung etwa acht Millimeter, das heißt die Leitungslängen von den Patches bis zur ersten Verzweigung entsprechen etwa λs. Die Leitungslänge zwischen der ersten Verzweigung und der zweiten Verzweigung beträgt etwa zehn Millimeter bis etwa zwölf Millimeter.In order to obtain a large beam deflection, the line lengths from the patches to the first branch are approximately eight millimeters, that is to say the line lengths from the patches to the first branch correspond to approximately λ s . The line length between the first branch and the second branch is about ten millimeters to about twelve millimeters.
In das gleichphasige Speisenetzwerk wird eine Phasenverschiebung zwischen den Antennen- oder Strahl(er)elementen von 35 Grad eingefügt, die sich auf den vorstehend genannten Leitungslängen durch eine dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3 gerade kompensieren läßt (analog Figur 18).A phase shift of 35 degrees between the antenna or beam elements is inserted into the in-phase feed network, which can just be compensated for on the above-mentioned line lengths by a dielectric cap with a dielectric constant ε = 3 (analogously to FIG. 18).
Damit ergibt sich per Design eine Strahlablenkung ohne dielektrische und/oder leitfähige Kappe von zehn Grad. Die Amplitudenbelegung beträgt wieder 0,5 / 1 / 1 / 0,5 (vgl. Figur 30), der Abstand der Antennen- oder Strahl(er)elemente 5,4 Millimeter zueinander. Die Bereiche unterhalb der Leiterbahnen sind die Bereiche der dielektrischen Kappe, die für die Strahlablenkung "vorwärts" bzw. "nach vorne" und "rückwärts" bzw. "nach hinten" genutzt werden.This results in a beam deflection of ten degrees without a dielectric and / or conductive cap. The amplitude assignment is again 0.5 / 1/1 / 0.5 (see FIG. 30), the distance between the antenna or beam (er) elements is 5.4 millimeters to one another. The areas below the conductor tracks are the areas of the dielectric cap which are used for the beam deflection "forwards" or "forwards" and "backwards" or "backwards".
In Figur 35 sind gegen den in Grad gemessenen StrahlablenkungswinkelIn Figure 35 are against the beam deflection angle measured in degrees
(ab z-Achse) aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivitäten in Elevation der Anordnung mit gleichphasigem Feed- oder Speisenetzwerk bei einer Frequenz von 24 Gigahertz für die folgenden verschiedenen Konfigurationen zusammengestellt: - Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe (Strahlablenkung im Design);(from z-axis) applied directivities measured in decibels in elevation of the arrangement with in-phase feed or feed network at a frequency of 24 gigahertz compiled for the following different configurations: - array without dielectric and / or metallized cap (beam deflection in the design);
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3 (Strahlablenkung "vorwärts"); und- dielectric cap with dielectric constant ε = 3 (beam deflection "forward"); and
- dielektrische Kappe mit Dielektrizitätszahl ε = 3 (Strahlablenkung "rückwärts").- dielectric cap with dielectric constant ε = 3 (beam deflection "backwards").
In diesem Zusammenhang gelingt es, die durch die Leitungslängen vorgegebene Strahlablenkung von etwa zehn Grad durch eine erste dielektrische Kappe genau zu kompensieren; andererseits kann eine im Vergleich zur ersten dielektrischen Kappe anders geformte zweite dielektrische Kappe die Strahlablenkung mehr als verdoppeln.In this context, it is possible to exactly compensate the beam deflection of approximately ten degrees, which is predetermined by the line lengths, by means of a first dielectric cap; on the other hand, a second dielectric cap shaped differently from the first dielectric cap can more than double the beam deflection.
In Figur 36 sind gegen den in Grad gemessenen Strahlablenkungswinkel (ab z-Achse) aufgetragene, in Dezibel gemessene Direktivitäten in Elevation der Anordnung mit gleichphasigem Feed- oder Speisenetzwerk in einem Frequenzbereich von zwanzig Gigahertz bis 28 Gigahertz für die folgenden verschiedenen Konfigurationen zusammengestellt:In FIG. 36, the directivities, measured in decibels, and measured in decibels in elevation of the arrangement with in-phase feed or feed network in a frequency range from twenty gigahertz to 28 gigahertz for the following different configurations are compiled against the beam deflection angle (from z-axis).
- Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von zwanzig Gigahertz; - Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von 22 Gigahertz; - Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von 24 Gigahertz;- Array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of twenty gigahertz; - Array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of 22 gigahertz; - Array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of 24 gigahertz;
- Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von 26 Gigahertz; - Array ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe bei einer Frequenz von 28 Gigahertz;- Array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of 26 gigahertz; - Array without dielectric and / or metallized cap at a frequency of 28 gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung vorwärts" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von zwanzig Gigahertz;- dielectric cap in the "swivel forward" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of twenty gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung vorwärts" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 22 Gigahertz;- dielectric cap in the "swivel forward" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 22 gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung vorwärts" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 24 Gigahertz;- dielectric cap in the "swivel forward" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 24 gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung vorwärts" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 26 Gigahertz; - dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung vorwärts" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 28 Gigahertz;- dielectric cap in the "swivel forward" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 26 gigahertz; - dielectric cap in the area "swivel forward" with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 28 gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung zurück" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von zwanzig Gigahertz;- dielectric cap in the "swivel back" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of twenty gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung zurück" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 22 Gigahertz;- dielectric cap in the "swivel back" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 22 gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung zurück" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 24 Gigahertz;- dielectric cap in the "swivel back" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 24 gigahertz;
- dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung zurück" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 26 Gigahertz; und - dielektrische Kappe im Bereich "Schwenkung zurück" mit Dielektrizitätszahl ε = 3 bei einer Frequenz von 28 Gigahertz.- dielectric cap in the "swivel back" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 26 gigahertz; and - dielectric cap in the "swiveling back" area with dielectric constant ε = 3 at a frequency of 28 gigahertz.
In diesem Zusammenhang ergibt sich für die Anordnung ohne dielektrische und/oder metallisierte Kappe sowie für die dielektrische Kappe, die die Strahlablenkung kompensiert (Bereich "Schwenkung zurück") eine relativ geringe Variation des Strahlkeulenmaximums mit der Frequenz.In this context, the arrangement without a dielectric and / or metallized cap and for the dielectric cap which compensates for the beam deflection (area "swiveling back") results in a relatively small variation in the beam lobe maximum with the Frequency.
Auch die Variation des Maximums mit der Frequenz beim Schwenken "vorwärts" ist verhältnismäßig klein, jedoch - genau wie die Nebenkeulen - noch optimierbar; eine derartige Optimierung umfaßt insbesondereThe variation of the maximum with the frequency when swiveling "forward" is relatively small, but - like the side lobes - can still be optimized; such optimization includes in particular
- Form und Plazierung der dielektrischen und/oder leitfähigen Kappen,Shape and placement of the dielectric and / or conductive caps,
- Phasenfehler an den Antennen- oder Strahl(er)elementen und- Phase errors on the antenna or beam (er) elements and
- den Abstand der Antennen- oder Strahl(er)elemente zueinander.- The distance of the antenna or beam (er) elements to each other.
Zusammenfassend betrachtet illustrieren die vorstehendenIn summary, the above illustrate
Ausführungsbeispiele an drei unterschiedlichen Speisenetzwerken (einfaches Feed- oder Speisenetzwerk gemäß den Figuren 24 bis 29; mäanderförmiges Feed- oder Speisenetzwerk gemäß den Figuren 30 bis 33; gleichphasiges Speisenetzwerk mit binär abgestufter Phasendifferenz gemäß den Figuren 34 bis 36) das Potential der im Rahmen dieserExemplary embodiments of three different feed networks (simple feed or feed network according to FIGS. 24 to 29; meandering feed or feed network according to FIGS. 30 to 33; in-phase feed network with a binary graded phase difference according to FIGS. 34 to 36) the potential of the latter
Erfindung vorgeschlagenen Einstellung des Elevationswinkels einer planaren Radarantenne.Invention proposed setting of the elevation angle of a planar radar antenna.
Hierbei wird für die Simulationsrechnungen eine Spalte aus vier schlitzgekoppelten Patches bei einer Frequenz von 24 Gigahertz verwendet, wobei diese Patches als optimierte Antennen- oder Strahl(er)elemente für die Simulation verfügbar sind. Die Beschränkung auf vier Antennen- oder Strahl(er)elemente hält den Aufwand für die Simulation in Grenzen.A column of four slot-coupled patches at a frequency of 24 gigahertz is used for the simulation calculations, these patches being available as optimized antenna or beam (s) elements for the simulation. The limitation to four antenna or beam (er) elements keeps the effort for the simulation within limits.
Die Strahlkeule dieser Spalte ist allerdings so breit, dass sich im Schwenkbereich nur ein Unterschied der Direktivitäten von wenigen Dezibel ergibt, so dass sich der Aufwand also - nicht zuletzt auch wegen der zusätzlichen Verluste durch die Schwenkung - für diese Konfiguration nicht lohnen würde; gleichwohl machen diese Simulationen jedoch denHowever, the beam lobe of this column is so wide that there is only a difference in the directivities of a few decibels in the swivel range, so that the effort - not least because of the additional losses due to the swivel - would not be worthwhile for this configuration; however, these simulations do
Effekt der Strahlschwenkung deutlich. Weiterhin kann eine bessere Unterdrückung der Nebenkeulen und der "grating lobes" durch ein optimiertes Design des Speisenetzwerks realisiert werden.Effect of beam swiveling clearly. Furthermore, a better one Suppression of the side lobes and the "grating lobes" can be realized by an optimized design of the dining network.
Wenn planare Antennen im mittleren Entfernungsbereich und für L[ong]R[ange]R[adar]-Anwendungen eingesetzt werden, sind Spalten mit etwa zwanzig Antennen- oder Strahl(er)elementen einzusetzen, um die notwendigen Antennengewinne überhaupt erreichen zu können. Die Strahlkeule ist dann nur noch wenige Grad breit, und ein Einbau um etwa fünf Grad bis etwa zehn Grad aus dem Lot kann somit unter keinen Umständen mehr toleriert werden.If planar antennas are used in the medium range and for L [ong] R [ange] R [adar] applications, columns with about twenty antenna or beam (er) elements must be used in order to be able to achieve the necessary antenna gains at all. The beam is then only a few degrees wide, and an installation of about five degrees to about ten degrees from the plumb line can no longer be tolerated under any circumstances.
Die einfache serielle Speisung hat die größte Relevanz für ein schmalbandiges L[ong]R[ange]R[adar]. Hier ist allerdings der Winkelbereich, der sich durch "dielectric loading" erreichen läßt, begrenzt. Abhilfe kann durch die VerwendungThe simple serial feed has the greatest relevance for a narrowband L [ong] R [ange] R [adar]. Here, however, the angular range that can be achieved by "dielectric loading" is limited. Remedy can be found through the use
- von Materialien mit höherer Dielektrizitätszahl,- of materials with a higher dielectric constant,
- von alternativen Leitungstypen, zum Beispiel Koplanarleitungen, oder- of alternative line types, for example coplanar lines, or
- von sogenannten "Slow Wave"-Strukturen und/oder von sogenannten P[hotonic]B[and]G[ap]-Strukturen im dielektrischen bzw. leitfähigen, insbesondere kappenförmigen Körper geschaffen werden.- Be created by so-called "slow wave" structures and / or by so-called P [hotonic] B [and] G [ap] structures in the dielectric or conductive, in particular cap-shaped body.
Im Ausführungsbeispiel des gleichphasigen Speisenetzwerks (vgl. Figuren 34 bis 36) wird auch das Potential für breitbandige Systeme und für einen großen Schwenkbereich gezeigt, wobei allerdings dieIn the exemplary embodiment of the in-phase feed network (see FIGS. 34 to 36), the potential for broadband systems and for a large swivel range is also shown, although the
Speisenetzwerke recht aufwendig und groß werden.Dining networks become quite complex and large.
Hinsichtlich der Nachweisbarkeit der vorliegenden Erfindung amWith regard to the detectability of the present invention on
Erzeugnis erfolgt dieser Nachweis durch öffnen und Vergleichen zweier Radarsensoren für unterschiedliche Einbauwinkel, die zum Beispiel von zwei verschiedenen Kraftfahrzeugen stammen. Wenn die Platinen, auf denen sich das Speisenetzwerk und die Antennen befinden, identisch sind und wenn sich die dielektrischen bzw. leitfähigen, insbesondere kappenförmigen Körper unterscheiden, dann ist der Nachweis vollzogen.This product is verified by opening and comparing two radar sensors for different installation angles, for example from two different motor vehicles. If the boards, on to which the feed network and the antennas are located, are identical and if the dielectric or conductive, in particular cap-shaped bodies differ, then the proof is completed.
Für den Fall, dass die Leiterbahnen und/oder die Antennen- bzw.In the event that the conductor tracks and / or the antenna or
Strahl(er)elementθ mit einer undurchsichtigen Beschichtung versehen sind (in diesem Falle ist nicht sichtbar, ob die Platinen identisch sind oder nicht), ist die Beschichtung, zum Beispiel mittels Lösungsmittel, zu entfernen, oder es sind Röntgenbilder der H[och]F[requenz]-Platinen anzufertigen.Beam (er) element θ are provided with an opaque coating (in this case it is not visible whether the boards are identical or not), the coating has to be removed, for example by means of a solvent, or X-ray images of H [och] F to produce [requenz] boards.
Wenn die dielektrischen bzw. metallisierten, insbesondere kappenförmigen Körper, zum Beispiel infolge Lackierung, identisch aussehen und auch identische Abmessungen aufweisen, so ist die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen bzw. metallisierten, insbesondere kappenförmigen Körper zu bestimmen; hierfür gibt es geeignete Meßtechniken. If the dielectric or metallized, in particular cap-shaped bodies, for example as a result of painting, look identical and also have identical dimensions, then the dielectric constant of the dielectric or metallized, in particular cap-shaped bodies must be determined; there are suitable measuring techniques for this.

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Vorrichtung (100) zum Abstrahlen und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von elektromagnetischer H[och]F[requenz]-Radarstrahlung, aufweisend mindestens ein einschichtiges oder mehrschichtiges, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisendes Substrat (10), auf dem mindestens eine planar ausgebildete Leitung (20), insbesondere in Form einer Bandleitung oder in Form einer symmetrischen oder unsymmetrischen Koplanarleitung (20k) oder in Form einer Mikrostreifenleitung (20m) oder in Form einer Schlitzleitung (20s) oder in Form einer koplanaren Zweibandleitung, mit mindestens zwei Antennenelementen (32, 34, 36, 38), insbesondere Strahlelementen, aufgebracht ist, deren insbesondere zumindest partiell serielle Speisung (22s) und/oder insbesondere zumindest partiell gleichphasige Speisung (22g) und/oder insbesondere zumindest partiell phasen- und/oder amplitudensymmetrische Speisung (22p) zum Beispiel mittels direkten oder kapazitiven Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks auf der den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) zugewandten Oberseite (10o) des Substrats (10) oder - mittels durch jeweils mindestens einen Schlitz (32s, 34s, 36s, 38s) erfolgenden elektromagnetischen Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks von der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10) her oder über jeweils mindestens eine elektrische Durchführung (32d, 34d, 36d, 38d) von der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10) her erfolgt, wobei auf der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10) mindestens eine Metallisierungsschicht (12) angeordnet sein kann, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen der von verschiedenen Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgestrahlten und/oder empfangenen elektromagnetischen Strahlung bzw. der Winkel (Θ), insbesondere der Elevationswinkel, des Abstrahlens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Strahlung in Elevation (E) durch Variieren der effektiven Dielektrizitätszahl (εeff), insbesondere des Ausbreitungskoeffizienten, der Leitung (20) und/oder durch zur Leitung (20) und/oder zu den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) variabel beabstandbares Anordnen mindestens eines zumindest partiell aus leitfähigem Material, insbesondere zumindest partiell aus Metall, gebildeten Elements (50, 52, 54) einstellbar ist.1. Device (100) for emitting and / or receiving electromagnetic radiation, in particular electromagnetic H [och] F [requenz] radar radiation, comprising at least one single-layer or multilayer, in particular also at least one metallic layer, substrate (10) , on which at least one planar line (20), in particular in the form of a ribbon line or in the form of a symmetrical or asymmetrical coplanar line (20k) or in the form of a microstrip line (20m) or in the form of a slot line (20s) or in the form of a coplanar two-band line , with at least two antenna elements (32, 34, 36, 38), in particular beam elements, whose in particular at least partially serial feed (22s) and / or in particular at least partially in phase feed (22g) and / or in particular at least partially phase and / or amplitude-symmetrical feed (22p), for example by means of direct or capacitive coupling one of at least one feed network on the upper side (10o) of the substrate (10) facing the antenna elements (32, 34, 36, 38) or - by means of at least one slot (32s, 34s, 36s, 38s), which is at least one electromagnetic network, at least one feed network from the underside (10u) of the substrate (10) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38) or via at least one electrical feedthrough (32d, 34d, 36d, 38d) from the one from the antenna elements (32, 34 , 36, 38) facing away from the bottom (10u) of the substrate (10) takes place, whereby at least one metallization layer (12) can be arranged on the underside (10u) of the substrate (10) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38), so that the phase shift (Δφ) between that of various antenna elements (32, 34, 36, 38) emitted and / or received electromagnetic radiation or the angle (Θ), in particular the elevation angle, the radiation and / or reception of the electromagnetic radiation in elevation (E) by varying the effective dielectric constant ( ε eff ), in particular the propagation coefficient, the line (20) and / or by arranging at least one at least partially made of conductive material, in particular at least partially, at a distance from the line (20) and / or the antenna elements (32, 34, 36, 38) partially made of metal, formed elements (50, 52, 54) is adjustable.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Dielektrizitätszahl (εeff) der Leitung (20) und damit die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) durch zur Leitung (20) und/oder zu den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) variabel beabstandbares Anordnen von dielektrischem, insbesondere kappenförmig ausgebildetem Material (40, 42, 44) auf der den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) zugewandten Oberseite (10o) des Substrats (10), insbesondere oberhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem dielektrischen Material (40, 42, 44) und der Leitung (20), und/oder auf der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10), insbesondere unterhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem dielektrischen Material (40, 42, 44) und der Leitung (20), variierbar, insbesondere vergrößerbar, ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the effective dielectric constant (ε eff ) of the line (20) and thus the phase shift (Δφ) between the antenna elements (32, 34, 36, 38) through to the line (20) and / or to the antenna elements (32, 34, 36, 38) variably spaced arrangement of dielectric, in particular cap-shaped material (40, 42, 44) on the top (10o) of the substrate facing the antenna elements (32, 34, 36, 38) (10), in particular above the line (20) with air between the dielectric material (40, 42, 44) and the line (20), and / or on the underside (10u) of the substrate (10) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38), in particular below the line (20) with air between the dielectric material (40, 42, 44) and the line (20), can be varied, in particular enlarged.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Dielektrizitätszahl (εeff) der Leitung (20) und damit die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) durch zur Leitung (20) und/oder zu den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) variabel beabstandbares Anordnen des insbesondere kappenförmig gestalteten, zum Beispiel als partiell oder vollständig metallisierte Kunststoff kappe ausgebildeten leitfähigen Elements (50, 52, 54) auf der den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) zugewandten Oberseite (10o) des Substrats (10), insbesondere oberhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem leitfähigen Element (50, 52, 54) und der Leitung (20), und/oder - auf der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10), insbesondere unterhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem leitfähigen Element (50, 52, 54) und der Leitung (20), variierbar, insbesondere verkleinerbar, ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the effective dielectric constant (ε eff ) of the line (20) and thus the phase shift (Δφ) between the antenna elements (32, 34, 36, 38) through to the line (20) and / or to the antenna elements (32, 34, 36, 38) at a variable spacing from the arrangement of the particularly cap-shaped conductive element (50, 52, 54), for example in the form of a partially or completely metallized plastic cap, on the antenna elements (32, 34 , 36, 38) facing top (10o) of the substrate (10), in particular above the line (20) with air between the conductive element (50, 52, 54) and the line (20), and / or - on the of The underside (10u) of the substrate (10) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38), in particular below the line (20) with air between the conductive element (50, 52, 54) and the line (20), can be varied , in particular can be reduced.
4. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (40) mindestens eine leitfähige Schicht (50s) aufweist und/oder - dass das leitfähige Element (50) mindestens eine dielektrische Schicht (40s) aufweist. 4. The device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the dielectric material (40) has at least one conductive layer (50s) and / or - that the conductive element (50) has at least one dielectric layer (40s).
5. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Typenbezeichnung der Vorrichtung (100), - die Typenbezeichnung des Fortbewegungsmittels (200), insbesondere des Kraftfahrzeugs, für das die Vorrichtung (100) vorgesehen ist, der Elevationswinkel (Θ) der Vorrichtung (100) und/oder der Einbauort im Fortbewegungsmittel (200), für den die Vorrichtung (100) mit dem ausgewählten Elevationswinkel (Θ) vorgesehen ist, auf dem dielektrischem Material (40, 42, 44) und/oder auf dem leitfähigen Element (50, 52, 54) vermerkt, insbesondere eingeprägt, ist.5. The device according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the type designation of the device (100), - the type designation of the means of transport (200), in particular the motor vehicle for which the device (100) is provided, the elevation angle ( Θ) of the device (100) and / or the installation location in the means of transportation (200) for which the device (100) is provided with the selected elevation angle (Θ) on the dielectric material (40, 42, 44) and / or on the conductive element (50, 52, 54) is noted, in particular stamped.
6. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) und/oder der Winkel (Θ), insbesondere der Elevationswinkel, des Abstrahlens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Strahlung in Elevation (E) mittels Variieren des Abstands des metallbeschichteten (50s) oder dielektrischen Materials (40, 42, 44) vom Speisenetzwerk, mittels der Dielektrizitätskonstante (εr,2) des metallbeschichteten (50s) oder dielektrischen Materials (40, 42, 44) und/oder mittels einer vom Elevationswinkel (Θ) abhängigen, insbesondere periodischen, Strukturierung des metallbeschichteten (50s) oder dielektrischen Materials (40, 42, 44), etwa durch Löcher, durch Rillen, durch Säulen, durch Stufen, durch Waben, durch eine P[hotonic]B[and]G[ap]-Struktur unter Bildung einer "Slow Wave"- Struktur oder durch dergleichen, exakt einstellbar, insbesondere genau vergrößerbar, ist.6. The device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the phase shift (Δφ) between the antenna elements (32, 34, 36, 38) and / or the angle (Θ), in particular the elevation angle, the radiation and / or receiving the electromagnetic radiation in elevation (E) by varying the distance of the metal-coated (50s) or dielectric material (40, 42, 44) from the feed network, by means of the dielectric constant (ε r , 2 ) of the metal-coated (50s) or dielectric material ( 40, 42, 44) and / or by means of a, in particular periodic, structuring of the metal-coated (50s) or dielectric material (40, 42, 44) depending on the elevation angle (period), for example through holes, through grooves, through columns, through steps , by honeycombs, by a P [hotonic] B [and] G [ap] structure to form a "slow wave" structure or by the like, is exactly adjustable, in particular can be enlarged exactly.
7. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (40, 42, 44) und/oder das leitfähige Element (50, 52, 54) einen gleichen oder ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material des insbesondere als H[och]F[requenz]-Platine ausgebildeten Substrats (10) aufweist.7. The device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the dielectric material (40, 42, 44) and / or the conductive element (50, 52, 54) have the same or similar thermal expansion coefficient as the material of the particular substrate (10) designed as a high [F] requence circuit board.
8. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (40, 42, 44) und/oder das leitfähige Element (50, 52, 54) in direktem Kontakt, insbesondere über punktuelle Kontaktflächen, oder - über mindestens einen Abstandshalter unter optionalem Einsatz von Klemmen und/oder Schrauben in Verbindung oder durch punktuelles oder vollflächiges Verkleben in Verbindung mit dem insbesondere als H[och]F[requenz]-Platine ausgebildeten Substrat (10) steht.8. The device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the dielectric material (40, 42, 44) and / or the conductive element (50, 52, 54) in direct contact, in particular via point contact areas, or - is connected via at least one spacer with the optional use of clamps and / or screws or by means of selective or full-area gluing in connection with the substrate (10), which is designed in particular as a H [och] F [requenz] board.
9. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (40, 42, 44) und/oder das leitfähige Element (50, 52, 54) einteilig oder mehrteilig aufgebaut ist, zum Beispiel indem - mindestens ein die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder den Elevationswinkel (Θ) beeinflußendes dielektrisches und/oder leitfähiges Element über dem Speisenetzwerk und/oder unter dem Speisenetzwerk angeordnet ist und mindestens ein weiteres die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder den Elevationswinkel (Θ) beeinflußendes dielektrisches und/oder leitfähiges Element die Vorrichtung (100) insbesondere gegen Umwelteinflüsse schützt.9. The device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the dielectric material (40, 42, 44) and / or the conductive element (50, 52, 54) is constructed in one part or in several parts, for example by - at least a dielectric and / or conductive element influencing the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) is arranged above the feed network and / or under the feed network and at least one further influencing the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) dielectric and / or conductive element against the device (100) in particular Protects environmental influences.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das (weitere) dielektrische und/oder leitfähige Element in mindestens eine Aussparung des dielektrischen Materials (40, 42, 44) und/oder des leitfähigen Elements (50, 52, 54) einsetzbar und zusammen mit dem dielektrischen Material (40, 42, 44) und/oder mit dem leitfähigen Element (50, 52, 54) über dem Speisenetzwerk und/oder unter dem Speisenetzwerk montierbar ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the (further) dielectric and / or conductive element in at least one recess of the dielectric material (40, 42, 44) and / or the conductive element (50, 52, 54) can be used and can be mounted together with the dielectric material (40, 42, 44) and / or with the conductive element (50, 52, 54) above the feed network and / or below the feed network.
11. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des dielektrischen Materials (40, 42, 44) und/oder des leitfähigen Elements (50, 52, 54) zur Leitung (20) im insbesondere metallisierten Übergangsbereich (40, 42, 44t bzw. 50t) von den die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder den Elevationswinkel (Θ) beeinflußenden Bereichen (40b bzw. 50b) zu den die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder den Elevationswinkel (Θ) nicht beeinflußenden, insbesondere nicht metallisierten Bereichen (40n bzw. 50n) graduell, beispielsweise stufenförmig, und/oder kontinuierlich, beispielsweise linear trapezförmig, zunimmt.11. The device according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the distance of the dielectric material (40, 42, 44) and / or the conductive element (50, 52, 54) to the line (20) in the metallized transition region in particular (40, 42, 44t and 50t) from the areas (40b and 50b) influencing the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) to those not influencing the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) , in particular non-metallized areas (40n or 50n) increases gradually, for example step-like, and / or continuously, for example linearly trapezoidal.
12. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer zumindest partiell phasen- und/oder amplitudensymmetrischen Speisung (22p) auf der einen Seite der Zentralspeisung des Speisenetzwerks die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder der Elevationswinkel (Θ) mittels des dielektrischen Materials (40, 42, 44) vergrößerbar und auf der anderen Seite der Zentralspeisung des Speisenetzwerks die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder der Elevationswinkel (Θ) mittels des leitfähigen Elements (50, 52, 54) verkleinerbar ist.12. The device according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that in the case of an at least partially phase and / or amplitude symmetrical feed (22p) on one side of the central feed of the feed network, the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle ( Θ) can be enlarged by means of the dielectric material (40, 42, 44) and on the other side of the central feed of the feed network the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) can be reduced by means of the conductive element (50, 52, 54).
13. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum stärkeren Beeinflussen der Phasenverschiebung (Δφ) und/oder des Elevationswinkels (Θ) das Speisenetzwerk in einem anderen Typ, zum Beispiel in Form einer Koplanarleitung (20k) oder in Form einer Schlitzleitung (20s) oder in Form einer koplanaren Zweibandleitung, ausgebildet ist als die Leitung (20) selbst, die zum Beispiel in Form einer Mikrostreifenleitung (20m) ausgebildet ist.13. The device according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that for influencing the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) to a greater extent, the feed network in another type, for example in the form of a coplanar line (20k) or in In the form of a slot line (20s) or in the form of a coplanar two-band line, it is designed as the line (20) itself, which is, for example, in the form of a microstrip line (20m).
14. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere im Falle besonders breitbandiger Radarsysteme oder U[ltra]W[ide]B[and]- Radarsysteme zum Einstellen einer bestimmten Strahlablenkung (Θ) in das Speisenetzwerk mindestens ein binär abgestuftes Phasenverschiebungselement (60, 62, 64) eingebaut ist, das mittels des dielektrischen Materials (40, 42, 44) und/oder mittels des leitfähigen Elements (50, 52, 54) so kompensierbar ist, dass die Auslenkung der Strahlkeule verkleinerbar ist, oder so verstärkbar ist, dass die die Auslenkung der Strahlkeule vergrößerbar ist.14. The device according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that in particular in the case of particularly broadband radar systems or U [ltra] W [ide] B [and] radar systems for setting a certain beam deflection (Θ) in the feed network at least one Binary graded phase shift element (60, 62, 64) is installed, which can be compensated by means of the dielectric material (40, 42, 44) and / or by means of the conductive element (50, 52, 54) so that the deflection of the beam lobe can be reduced , or can be amplified so that the deflection of the beam can be increased.
15. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum stärkeren Beeinflussen der Phasenverschiebung (Δφ) und/oder des Elevationswinkels (Θ) die Leitung (20), insbesondere die Speiseleitung, mäanderförmig geführt ist, so dass die elektromagnetischen Felder der Antennenelemente (32, 34, 36, 38) antiparallel zueinander oder parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder die elektrische Weglänge zwischen den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) ein Vielfaches der halben Wellenlänge der abgestrahlten und/oder empfangenen elektromagnetischen Strahlung beträgt.15. The device according to at least one of claims 1 to 14, characterized in that to influence the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) to a greater extent, the line (20), in particular the feed line, is meandering, so that the electromagnetic fields of the antenna elements (32, 34, 36, 38) are aligned anti-parallel to one another or parallel to one another and / or the electrical path length between the antenna elements (32, 34, 36, 38) is a multiple of half the wavelength of the emitted and / or received electromagnetic radiation.
16. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (40, 42, 44) und/oder das leitfähige Element (50, 52, 54) insbesondere über mindestens einen Elektromotor verstellbar ausgebildet ist, um die abgestrahlte und/oder empfangene elektromagnetische Strahlung in Elevation (E) auch bei unterschiedlicher Belastung des Fortbewegungsmittels (200) auf dem gleichen Winkel (Θ), insbesondere auf dem gleichen Elevationswinkel, zu halten.16. The device according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the dielectric material (40, 42, 44) and / or the conductive element (50, 52, 54) is in particular adjustable via at least one electric motor to the to keep emitted and / or received electromagnetic radiation in elevation (E) at the same angle (Θ), in particular at the same elevation angle, even with different loads on the means of transportation (200).
17. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens ein insbesondere von außerhalb der Vorrichtung (100) zugängliches Kodierelement, wie etwa mindestens einen Jumper und/oder mindestens einen Schalter, zum Kommunizieren und Speichern der Einbaulage der Vorrichtung (100).17. The device according to at least one of claims 1 to 16, characterized by at least one coding element, in particular accessible from outside the device (100), such as at least one jumper and / or at least one switch, for communicating and storing the installation position of the device (100). ,
18. Verfahren zum Abstrahlen und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von elektromagnetischer H[och]F[requenz]-Radarstrahlung, mittels mindestens zweier Antennenelemente (32, 34, 36, 38), insbesondere Strahlelemente, die über mindestens eine planar ausgebildete Leitung (20), insbesondere in Form einer Bandleitung oder in Form einer symmetrischen oder unsymmetrischen Koplanarleitung (20k) oder in Form einer Mikrostreifenleitung (20m) oder in Form einer Schlitzleitung (20s) oder in Form einer koplanaren Zweibandleitung, insbesondere zumindest partiell seriell (22s) und/oder insbesondere zumindest partiell gleichphasig (22g) und/oder insbesondere zumindest partiell phasen- und/oder amplitudensymmetrisch (22p) zum Beispiel mittels direkten oder kapazitiven Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks auf der den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) zugewandten Oberseite (10o) mindestens eines einschichtigen oder mehrschichtigen, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisenden Substrats (10) oder mittels durch jeweils mindestens einen Schlitz (32s, 34s, 36s, 38s) erfolgenden elektromagnetischen Ankoppeins mindestens eines Speisenetzwerks von der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (1 Ou) mindestens eines einschichtigen oder mehrschichtigen, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisenden Substrats (10) her oder über jeweils mindestens eine elektrische Durchführung (32d, 34d, 36d, 38d) von der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) mindestens eines einschichtigen oder mehrschichtigen, insbesondere auch mindestens eine metallische Schicht, aufweisenden Substrats (10) her gespeist werden, wobei auf der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10) mindestens eine18. Method for emitting and / or receiving electromagnetic radiation, in particular electromagnetic high-frequency radar radiation, by means of at least two antenna elements (32, 34, 36, 38), in particular beam elements, which have at least one planar trained line (20), in particular in the form of a ribbon line or in the form of a symmetrical or asymmetrical Coplanar line (20k) or in the form of a microstrip line (20m) or in the form of a slot line (20s) or in the form of a coplanar two-band line, in particular at least partially in series (22s) and / or in particular at least partially in phase (22g) and / or in particular at least partially phase and / or amplitude symmetrical (22p), for example by means of direct or capacitive coupling to at least one feed network on the upper side (10o) facing the antenna elements (32, 34, 36, 38) of at least one single-layer or multi-layer, in particular also at least one metallic layer, comprising substrate (10) or by means of at least one feed network from at least one single-layer underside (1 Ou) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38) by at least one slot (32s, 34s, 36s, 38s) or multilayer, in particular also having at least one metallic layer n substrate (10) or via at least one electrical feedthrough (32d, 34d, 36d, 38d) from the underside (10u) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38) of at least one single-layer or multi-layer, in particular also at least a substrate (10) having a metallic layer is fed, at least one on the underside (10u) of the substrate (10) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38)
Metallisierungsschicht (12) vorgesehen werden kann,Metallization layer (12) can be provided
d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t ,characterized ,
dass die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen der von verschiedenen Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgestrahlten und/oder empfangenen elektromagnetischen Strahlung bzw. der Winkel (Θ), insbesondere der Elevationswinkel, des Abstrahlens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Strahlung in Elevation (E) eingestellt wird, - indem die effektive Dielektrizitätszahl (εeff), insbesondere der Ausbreitungskoeffizient, der Leitung (20) variiert wird und/oder indem mindestens ein zumindest partiell aus leitfähigem Material, insbesondere zumindest partiell aus Metall, gebildetes Element (50, 52, 54) variabel beabstandet zur Leitung (20) und/oder zu den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) angeordnet wird.that the phase shift (Δφ) between that radiated by different antenna elements (32, 34, 36, 38) and / or received electromagnetic radiation or the angle (Θ), in particular the elevation angle, the radiation and / or reception of the electromagnetic radiation in elevation (E) is set, - by the effective dielectric constant (ε eff ), in particular the coefficient of propagation, which Line (20) is varied and / or by variably spacing at least one element (50, 52, 54) formed at least partially from conductive material, in particular at least partially from metal, from line (20) and / or antenna elements (32, 34 , 36, 38) is arranged.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Dielektrizitätszahl (εeff) der Leitung (20) und damit die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) variiert, insbesondere vergrößert, wird, indem dielektrisches, insbesondere kappenförmig ausgebildetes Material (40, 42, 44) auf der den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) zugewandten Oberseite (10o) des Substrats (10), insbesondere oberhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem dielektrischen Material (40, 42, 44) und der Leitung (20), und/oder auf der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10), insbesondere unterhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem dielektrischen Material (40, 42, 44) und der Leitung (20), variabel beabstandet zur Leitung (20) und/oder zu den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) angeordnet wird.19. The method according to claim 18, characterized in that the effective dielectric constant (ε e ff) of the line (20) and thus the phase shift (Δφ) between the antenna elements (32, 34, 36, 38) varies, in particular is increased, by dielectric, in particular cap-shaped material (40, 42, 44) on the top (10o) of the substrate (10) facing the antenna elements (32, 34, 36, 38), in particular above the line (20) with air between the dielectric Material (40, 42, 44) and the line (20), and / or on the underside (10u) of the substrate (10) facing away from the antenna elements (32, 34, 36, 38), in particular below the line (20) with air between the dielectric material (40, 42, 44) and the line (20), variably spaced from the line (20) and / or to the antenna elements (32, 34, 36, 38).
20. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Dielektrizitätszahl (εeff) der Leitung (20) und damit die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) variiert, insbesondere verkleinert, wird, indem das insbesondere kappenförmig gestaltete, zum Beispiel als partiell oder vollständig metallisierte Kunststoffkappe ausgebildete leitfähige Element (50, 52, 54) - auf der den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) zugewandten Oberseite (10o) des Substrats (10), insbesondere oberhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem leitfähigen Element (50, 52, 54) und der Leitung (20), und/oder auf der von den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) abgewandten Unterseite (10u) des Substrats (10), insbesondere unterhalb der Leitung (20) mit Luft zwischen dem leitfähigen Element (50, 52, 54) und der Leitung (20), variabel beabstandet zur Leitung (20) und/oder zu den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) angeordnet wird.20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the effective dielectric constant (ε eff ) of the line (20) and thus the phase shift (Δφ) between the antenna elements (32, 34, 36, 38) is varied, in particular reduced, by the conductive element (50, 52, 54), which is in particular cap-shaped, for example in the form of a partially or completely metallized plastic cap, on which the antenna elements (32, 34, 36, 38) facing upper side (10o) of the substrate (10), in particular above the line (20) with air between the conductive element (50, 52, 54) and the line (20), and / or on that of the antenna elements (32, 34, 36, 38) facing away from the bottom (10u) of the substrate (10), in particular below the line (20) with air between the conductive element (50, 52, 54) and the line (20), variably spaced from Line (20) and / or to the antenna elements (32, 34, 36, 38) is arranged.
21. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen den Antennenelementen (32, 34, 36, 38) und/oder der Winkel (Θ), insbesondere der Elevationswinkel, des Abstrahlens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Strahlung in Elevation (E) exakt eingestellt, insbesondere genau vergrößert, wird, indem der Abstand des metallbeschichteten (50s) oder dielektrischen Materials (40, 42, 44) vom Speisenetzwerk variiert wird, indem die Dielektrizitätskonstante (εr,2) des metall beschichteten (50s) oder dielektrischen Materials (40, 42, 44) ausgewählt wird und/oder indem das metall beschichtete (50s) oder dielektrische Material (40, 42, 44), etwa durch Löcher, durch Rillen, durch Säulen, durch Stufen, durch Waben, durch eine P[hotonic]B[and]G[ap]-Struktur unter Bildung einer "Slow Wave"-Struktur oder durch dergleichen, in Abhängigkeit vom Elevationswinkel (Θ) insbesondere periodisch strukturiert wird.21. The method according to at least one of claims 18 to 20, characterized in that the phase shift (Δφ) between the antenna elements (32, 34, 36, 38) and / or the angle (Θ), in particular the elevation angle, the radiation and / or reception of the electromagnetic radiation in elevation (E) is precisely adjusted, in particular precisely increased, by varying the distance of the metal-coated (50s) or dielectric material (40, 42, 44) from the feed network, by changing the dielectric constant (ε r , 2 ) the metal-coated (50s) or dielectric material (40, 42, 44) is selected and / or by the metal-coated (50s) or dielectric material (40, 42, 44), for example through holes, through grooves, through columns, through steps, through honeycombs, through a P [hotonic] B [and] G [ap] structure with a "slow wave" structure or the like, depending on the elevation angle (Θ) in particular periodically structured.
22. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer zumindest partiell phasen- und/oder amplitudensymmetrischen Speisung (22p) auf der einen Seite der Zentralspeisung des Speisenetzwerks die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder der Elevationswinkel (Θ) mittels des dielektrischen Materials (40, 42, 44) vergrößert und auf der anderen Seite der Zentralspeisung des Speisenetzwerks die Phasenverschiebung (Δφ) und/oder der Elevationswinkel (Θ) mittels des leitfähigen Elements (50, 52, 54) verkleinert wird.22. The method according to at least one of claims 18 to 21, characterized in that in the case of an at least partially phase and / or amplitude symmetrical feed (22p) on one side of the central feed of the feed network, the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle ( Θ) is increased by means of the dielectric material (40, 42, 44) and the phase shift (Δφ) and / or the elevation angle (Θ) is reduced by means of the conductive element (50, 52, 54) on the other side of the central feed of the feed network.
23. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere im Falle besonders breitbandiger Radarsysteme oder U[ltra]W[ide]B[and]- Radarsysteme eine bestimmte Strahlablenkung (Θ) eingestellt wird, indem in das Speisenetzwerk mindestens ein binär abgestuftes Phasenverschiebungselement (60, 62, 64) eingebaut wird, das mittels des dielektrischen Materials (40, 42, 44) und/oder mittels des leitfähigen Elements (50, 52, 54) so kompensiert wird, dass die Auslenkung der Strahlkeule verkleinert wird, oder so verstärkt wird, dass die Auslenkung der Strahlkeule vergrößert wird.23. The method according to at least one of claims 18 to 22, characterized in that, in particular in the case of particularly broadband radar systems or U [ltra] W [ide] B [and] radar systems, a specific beam deflection (Θ) is set by entering the feed network at least one binary graded phase shift element (60, 62, 64) is installed, which is compensated for by means of the dielectric material (40, 42, 44) and / or by means of the conductive element (50, 52, 54) such that the deflection of the beam lobe is reduced, or is increased so that the deflection of the beam is increased.
24. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (40, 42, 44) und/oder das leitfähige Element (50, 52, 54) insbesondere über mindestens einen Elektromotor verstellt wird, um die abgestrahlte und/oder empfangene elektromagnetische Strahlung in Elevation (E) auch bei unterschiedlicher Belastung des Fortbewegungsmittels (200) auf dem gleichen Winkel (Θ), insbesondere auf dem gleichen Elevationswinkel, zu halten.24. The method according to at least one of claims 18 to 23, characterized in that the dielectric material (40, 42, 44) and / or the conductive element (50, 52, 54) in particular over at least one electric motor is adjusted in order to keep the emitted and / or received electromagnetic radiation in elevation (E) at the same angle (Θ), in particular at the same elevation angle, even with different loads on the means of transportation (200).
25. Verwendung mindestens einer Vorrichtung (100) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 und/oder eines Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 24 zum Sensieren, insbesondere zum Radarsensieren, des Umgebungsbereichs eines Fortbewegungsmittels (200), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, etwa zum Zwecke des objekteindeutigen Messens des Abstands und/oder der Geschwindigkeit von mindestens einem Objekt im Umfeld des Fortbewegungsmittels (200), des automatischen Regeins des Abstands und/oder der Geschwindigkeit des Fortbewegungsmittels (200), des stop-and-go-Betrieb des Fortbewegungsmittels (200), des Erhöhens der Sicherheit beim Betrieb des Fortbewegungsmittels (200) im Hinblick auf ein Schärfen von Airbag und/oder Gurtstraffer, ein Optimieren des Auslösezeitpunkts von Airbag und/oder Gurtstraffer oder ein Warnen vor und Vermeidung einer Kollision, zum Beispiel mit einem anderen Fortbewegungsmittel (202). 25. Use of at least one device (100) according to at least one of claims 1 to 17 and / or a method according to at least one of claims 18 to 24 for sensing, in particular for radar sensing, the surrounding area of a means of transportation (200), in particular a motor vehicle, for example for the purpose of object-specific measurement of the distance and / or the speed of at least one object in the vicinity of the means of transportation (200), the automatic adjustment of the distance and / or the speed of the means of transportation (200), the stop-and-go operation of the means of transportation (200), increasing the safety when operating the means of transportation (200) with regard to sharpening the airbag and / or belt tensioner, optimizing the triggering time of the airbag and / or belt tensioner or warning of and avoiding a collision, for example with a other means of transportation (202).
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