EP1769564A1

EP1769564A1 - Vorrichtung und verfahren zum senden/empfangen elektromagnetischer hf-signale

Info

Publication number: EP1769564A1
Application number: EP05726517A
Authority: EP
Inventors: Ewald Schmidt; Jürgen Hasch; Michael Mahler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: DE502005005706D1; EP1769564B1; DE102004032175A1; JP4171048B2; JP2006528473A; US20080258975A1; WO2006003059A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale bereit mit: einem ersten im Wesentlichen dreieckförmigen, elektrisch leitfähigen Antennenabschnitt (10) zum Senden und/oder Empfangen von HF-Signalen; mindestens einem zweiten, dritten und vierten Antennenabschnitt (10), welche dem ersten Antennenabschnitt (10) im Wesentlichen entsprechen und ein Polygon bilden, wobei jeweils eine Dreiecksspitze (12) in etwa im Bereich des Mittelpunktes (11) des Polygons vorgesehen ist, in dessen Zentrum eine Antennenachse (14) liegt; und einer Trägereinrichtung (15) im Wesentlichen senkrecht zur Antennenachse (14), wobei jeweils die Dreieckspitzen (12) der dreieckförmigen Antennenabschnitte (10), welche von dem Mittelpunkt (11) ausgehend zumindest abschnittsweise eine Trichterform auf der der Trägereinrichtung (15) abgewandten Seite bilden, mit HF-Signalanschlüssen (15') der Trägereinrichtung (15) im Bereich des Mittelpunktes (11) des Polygons kontaktiert sind, und jeweils zwei diametral gegenüberliegende Antennenabschnitte (10) ein Antennenelement bilden. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale bereit.

Description

Vorrichtimg und Verfahren zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HP-Signale

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale, und insbesondere eine HF- Antenne für eine Radareinrichtung, welche in einem Frequenzbereich zwischen 1 bis 5 GHz betrieben wird.

Antennen für Einrichtungen, welche zur Detektion von Objekten, wie beispielsweise Leitungen in Wänden, abgestimmt sind, sind im Allgemeinen auf das Senden und/oder

Empfangen hochfrequenter (HF-)Radarsignale optimiert. Eine bekannte Antenne in planarer Ausführung ist aus der DE 101 04 863 Al bekannt.

Diese bekannte planare Antenne ist mit hoher mechanischer Stabilität auf einer Leiterplatte fϊxierbar und erzeugt ein relativ symmetrisches Richtdiagramm mit weitgehend reduzierten Nebenmaxima bzw. Nebenkeulen. Die bekannte Antenne besteht aus einer elektrisch leitenden Platte, welche an einander gegenüberliegenden Rändern zwei abgewinkelte Seitenäbschnitte aufweist, die als Leitungsarme zur Ankopplung der Antenne an ein Speisenetzwerk dienen. Dabei ist jeder der beiden Leitungsarme mit einem eigenen Anschluss versehen, welcher mit dem auf einer Leiterplatte befindlichen

Speisenetzwerk verbindbar ist. Von Nachteil bei der bekannten Antennenanordnung ist eine recht voluminöse Bauform sowie eine parasitäre Abstrahlung zwischen den angewinkelten Seitenabschnitten und der elektrisch leitenden Platte. Darüber hinaus ist lediglich eine Abstrahlrichtung mit der bekannten Radarantenne möglich. VORTEBLE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF- Signale mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren zum

Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale mit den Merkmalen des Anspruchs 11 weist gegenüber dem bekannten Lösungsansatz den Vorteil auf, dass Messdaten in zwei zueinander orthogonalen Richtungen mittels der Antenne gewonnen werden können, um Messobjekte besser detektieren zu können. Außerdem wird trotz der ermöglichten dualen Abstrahlung/Empfang eine kleinere Bauform als im Stand der Technik ermöglicht.

Parasitäre Abstrahlungen entsprechend dem angeführten Stand der Technik, d.h. die Abstrahlung unerwünschter elektromagnetischer Felder werden durch die erfindungsgemäße Konfiguration mittels einer Schirmung unterbunden. Abgesehen davon ist eine einfache Montage gewährleistet, wobei die Anordnung mechanisch sehr stabil ist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im Wesentlichen darin, dass sich im Wesentlichen dreieckförmige, elektrisch leitfähige, trichterförmig auffächernde Antennenabschnitte diametral gegenüberliegen, wodurch bei entsprechender Anregung dieser Antennenäbschnitte solche elektromagnetische Felder ausgebildet werden, welche sich ablösen, und somit eine Antenne bilden. Die Geometrie der erfindungsgemäßen Anordnung ist dabei so gestaltet, dass ein sich ablösendes Feld sowohl im Quer- als auch im Längsschnitt im Raum oberhalb der Antenne ohne Einbrüche bzw. Nebenmaxima ausbildet. Benachbarte Antennenabschnitte sind dabei weitgehend entkoppelt.

Mit anderen Worten wird insbesondere eine Vorrichtung zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale bereitgestellt mit: einem ersten im Wesentlichen dreieckförmigen, elektrisch leitfähigen Antennenabschnitt zum Senden und/oder Empfangen von HF-Signalen; mindestens einem zweiten, dritten und vierten Antennenabschnitt, welche dem ersten Antennenabschnitt im Wesentlichen entsprechen und ein Polygon bilden, wobei jeweils eine Dreiecksspitze in etwa im Bereich des Mittelpunktes des Polygons vorgesehen ist, in dessen Zentrum eine Antennenachse liegt; und einer Trägereinrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Antennenachse, wobei jeweils die Dreiecksspitzen der dreieckförmigen Antennenabschnitte, welche von dem Mittelpunkt ausgehen, zumindest abschnittsweise eine Trichterform auf der der Trägereinrichtung abgewandten Seite bilden, mit HF-Signalanschlüssen der Trägereinrichtung im Bereich des Mittelpunkts des Polygons kontaktiert sind und jeweils zwei diametral gegenüberliegende Antennenäbschnitte ein Antennenelement bilden.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der in Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weisen jeweils die Dreiecksspitzen der im

Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitte, welche sich vorzugsweise in einen rechteckförmigen Steg verjüngen, eine vorbestimmte Krümmung in Richtung zu der Trägereinrichtung, insbesondere einer mehrschichtigen Leiterplatte, auf und münden an dieser im Wesentlichen senkrecht an den elektrisch voneinander isolierten HF- Signalanschlüssen. Diese Merkmale dienen einer weiteren Verbesserung der

Abstrahlcharakteristik der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Oberfläche der mindestens vier im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenäbschnitte zumindest abschnittsweise eben oder konvex oder konkav und/oder gewellt oder getreppt ausgeführt, wobei ein

Übergangsbereich, welcher vorzugsweise zumindest abschnittsweise senkrecht zur Antennenachse verläuft, zwischen der Trichterform und elektrisch leitfähigen Schirmwänden vorgesehen ist, welche jeweils im Wesentlichen parallel zur Antennenachse verlaufen und in welche die vier im Wesentlichen dreieckförmigen Abschnitte jeweils auf einer der Dreiecksspitze gegenüberliegenden Seite übergehen.

Dies birgt den Vorteil der Reduktion von parasitären Abstrahlungen bzw. dem Empfang parasitärer Signale, wodurch die Antennencharakteristik sich weiter steigert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind jeweils zwei freiliegende Kanten der zumindest vier im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitte mit eckigen und/oder runden Ausnehmungen zum Anpassen von Antennencharakteristika versehen. Von Vorteil ist dabei die individuelle Abstimmmöglichkeit zur Optimierung der Sende- /Empfangseigenschaften. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bilden genau vier im Wesentlichen dreieckförmige Antennenäbschnitte ein Quadrat oder ein Rechteck als Polygon, wobei die HF-Signalanschlüsse der zwei benachbarten, jeweils diametral gegenüberliegenden Antennenabschnitte mit zwei HF-Signalbändern, vorzugsweise unterschiedlicher, gegebenenfalls teilweise überlappender Frequenzbereiche, beaufschlagbar sind. Damit lassen sich die Abstrahl- bzw. Empfangsfrequenzen auf die Form der Antennenvorrichtung abstimmen und umgekehrt, wobei sich die Signale aufgrund unterschiedlicher Frequenzspektren leicht unterscheiden lassen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bilden genau vier im Wesentlichen dreiecksförmige Antennenabschnitte ein Quadrat oder ein Rechteck als Polygon, wobei die HF-Signalanschlüsse der zwei benachbarten jeweils diametral gegenüberliegenden Antennenabschnitte alternierend mit einem HF-Signal beaufschlagbar sind. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung ist ein Betrieb mit zwei unterschiedlichen Polarisationsebenen möglich, welche vorzugsweise etwa 90° zueinander versetzt liegen, wobei eine HF-

Quelle über einen Umschalter die zwei HF-Signalanschlusspaare differentiell ansteuert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Schirmwände mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmeinrichtung der Trägereinrichtung kontaktiert, welche vorzugsweise auf oder in der Trägereinrichtung vorgesehen ist, und vorzugsweise beide, insbesondere großflächig, an ein Bezugspotenzial angeschlossen sind. Diese vorteilhafte Maßnahme bietet eine nochmals verbesserte Abstrahl-/ Empfangscharakteristik aufgrund verbesserter Schirmung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist in etwa parallel zur

Trägereinrichtung ein Radom als Abdeckung über den mindestens vier im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitten vorgesehen, wobei die Antennenvorrichtung vorzugsweise über mit Rädern versehenen Achsen beweglich gelagert ist. Ein Schutz der Sende-/Empfangsvorrichtung wird somit gewährleistet und die Vorrichtung ist vorzugsweise über starr mittels Achsen verbundener Räder verschiebbar gewährleistet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bestehen die mindestens vier im Wesentlichen dreieckfbrmigen Antennenabschnitte aus separaten Blechen, welche vorzugsweise im Bereich von Schirmwänden miteinander mechanisch und/oder elektrisch verbunden sind, oder aus einem einstückigen Metalldruckgussteil oder einem Kunststoffdruckgussteil, welches zumindest abschnittsweise mit einer leitfahigen Metallisierung versehen ist. Kostengünstige Herstellungsvarianten werden somit vorteilhaft bereitgestellt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Dreiecksspitzen der zumindest vier im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitte über Lötkontaktierangen oder leitfäbige Klebekontaktierungen elektrisch an die HF-Signalanschlüsse der Trägereinrichtung angeschlossen. Daraus resultiert vorteilhaft ebenfalls eine kostengünstige und einfache Montage.

ZEICHNUNGEN

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schrägdraufsicht einer Sende-/Empfangsvorrichtung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig.2 eine schematische Querschnittsansicht einer Sende-ZEmpfangsvorrichtung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer vereinfachten Sende-

/Empfangsvorrichtung zur Erläuterung der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 und 5 eine schematische Schrägdraufsicht bzw. -unteransicht einer Sende- /Empfangsvorrichtung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf einen Antennenäbschnitt zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 7 eine schematische Schrägdraufsicht der Vorrichtung gemäß Fig.6 in gebogenem Zustand;

Fig. 8 eine schematische Schrägdraufsicht einer Sende-ZEmpfangsvorrichtung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 und 10 eine schematische Schrägdraufsicht bzw. -unteransicht einer Sende- /Empfangsvorrichtung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 11 eine schematische Schrägdraufsicht einer Sende-ZEmpfangsvorrichtung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ih den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.

In Fig. 1 ist eine Antennengrandform auf einer Trägereinrichtung 15, beispielsweise einer Leiterplatte, ohne Abdeckung dargestellt. Dabei sind vier im Wesentlichen identische, elektrisch leitfahige, im Wesentlichen dreieckförmige Antennenabschnitte 10 derart angeordnet, dass sie in Draufsicht ein Quadrat mit im Bereich des Mittelpunktes 11 des Quadrats liegenden Dreiecksspitzen 12 bilden. Die im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitte 10 gehen an den Außenseiten des Quadrats in im Wesentlichen senkrecht zur Trägereinrichtung 15 verlaufende elektrisch leitfahige Schirmwände 13 über. Gemäß Fig. 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, in welcher die vier Antennenabschnitte 10 sowie die jeweiligen Schirmwände 13 einstückig z.B. aus Aluminiumdruckguss hergestellt sind. Die im Bereich des Mittelpunktes 11 der Anordnung liegenden Dreiecksspitzen 12 sind dabei in Bezug auf die Oberkanten der Schirmwände 13 nach unten in Richtung der Trägereinrichtung 15 verlagert, so dass eine

Trichter- bzw. Konusform resultiert. Die Dreiecksspitzen 12 sind dabei mit HF- Signalanschlüssen (in Fig. 1 nicht dargestellt) der Trägereinrichtung 15 kontaktiert. Ih Fig. 2 ist eine mit Fig. 1 vergleichbare Konfiguration im Querschnitt jedoch mit einer Abdeckeinrichtung 17 in Form eines Radoms aus einem elektrisch nicht leitfahigen Material dargestellt. Die Abdeckeinrichtung 17 verläuft dabei im Wesentlichen parallel zur Trägereinrichtung 15. Zwischen den im Wesentlichen dreieckformigen Antennenabschnitten 10 und den Schirmwänden 13 ist ein Übergangsabschnitt 18 vorgesehen, welcher im Wesentlichen parallel zur Trägereinrichtung 15 verläuft und insbesondere die Abdeckeinrichtung 17 berührt.

Kommen mechanische Belastungen auf die Abdeckeinrichtung 17, d.h. insbesondere ein Radom, welches die Sende-ZEmpfangseinrichtung an deren Oberseite berührt, so wird die

Last großflächig über die Schirmwand 13 am gesamten Umfang auf die Trägereinrichtung 15 übertragen. Innen liegende HF-Signalanschlüsse 15', welche mit den Dreiecksspitzen 12 der im Wesentlichen dreieckformigen Antennenabschnitte 10 in Draufsicht betrachtet elektrisch verbunden ist, sind gegeneinander isoliert. Die im Wesentlichen dreieckformigen Antennenabschnitte 10 gehen vorzugsweise in den

Dreiecksspitzen 12 in rechteckförmige Stege (in Fig. 1 und 2 nicht zu sehen) über, welche einen vorbestimmten Krümmungsradius aufweisen. Der Krümmungsradius zwischen den im Querschnitt gemäß Fig. 2 schräg verlaufenden Antennenabschnitten 10 und den im Bereich der Trägereinrichtung senkrecht zur Trägereinrichtung 15 mündenden Dreiecksspitzen 12 ist derart gestaltet, dass sich Radarwellen leicht ablösen können.

Aus dem Schnittbild in Fig.2 ist die Trichterform zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Antennenabschnitten 10 ersichtlich, wobei im Bereich des Mittelpunktes 11 eine Antennenachse 14 verläuft. Die Trägereinrichtung 15 ist vorzugsweise eine Mehrschicht- bzw. Multi-Layer-Leiterplatte, welche eine durchgängige Abschirmebene (in Fig. 2 nicht dargestellt) aufweist, wobei die Abschirmebene vorzugsweise mit den Schirmwänden 13 elektrisch leitend verbunden ist.

Ih der Konfiguration gemäß Fig. 3 ist lediglich ein Antennenelement bestehend aus den im Wesentlichen dreieckformigen Antennenabschnitten 10 sowie den Schirmwänden 13 nebst Übergangsabschnitt 18 dargestellt. Durch die gebogenen Pfeile ist ein elektromagnetisches Wechselfeld dargestellt, welches von differentiellen, d.h. mit im Wesentlichen um 180° zueinander verschobenen HF-Signalen gespeist wird. Entlang der Antennenachse 14 breiten sich die elektromagnetischen Wellen vorzugsweise im Radarbereich mit einer Frequenz zwischen 2 und 5 GHz aus. Vorzugsweise besteht die Antenne dabei aus einem quaderförmigen Gehäuse mit vier innen liegenden HF- Signalanschlüssen 15' gemäß Fig. 1 und 2.

Jeweils zwei diametral gegenüberliegende HF-Signalanschlüsse 15' werden gemäß Fig.3 mit um etwa 180° zueinander phasenverschobenen HF-Signalen differentiell angeregt. Daraus resultiert ein Betrieb der Vorrichtung mit zwei unterschiedlichen, vorzugsweise um etwa 90° zueinander versetzten, Polarisationsebenen. Die gegenüberliegenden Anschlüsse liegen geometrisch nahe beieinander und weisen zur Antennenachse 14 vorzugsweise eine parallele Richtung, jedoch zumindest einen spitzen Winkel auf. Nach einem vorzugsweise rechteckförmigen, kurzen Steg geht die Dreiecksspitze 12 in einen im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenäbschnitt 10 über. Die Dreiecksspitze weist eine abgerundete Krümmung auf, welche vorzugsweise in einen ebenen Antennenäbschnitt 10 übergeht. Vorstellbar ist jedoch auch eine zumindest abschnittsweise gewellte und/oder getreppte und/oder konkave und/oder konvexe

Querschnittsgestalt der Antennenabschnitte 10.

Ein oberer Abschnitt des Antennenabschnitts 10 geht in eine Tangentiallinie über, wenn Radien im Betrag bei gleichem Mittelpunkt zwischen dem schrägen Antennenabschnitt 10 und der senkrechten Sehirmwand 13 zusammenfallen. Die Schirmwand 13 ist an deren unteren Ende im Bereich der Trägereinrichtung 15 flächig oder zumindest partiell mit einer Systemmasse, vorzugsweise einem Bezugspotenzial, ebenso verbunden wie eine in der Trägereinrichtung 15 integrierte flächige Abschirmung aus elektrisch leitfähigen Material. Damit werden elektromagnetische Felder, welche sich unterhalb der Antennenabschnitte 10 ausbilden, nach außen hin abgeschirmt.

Zwischen den sich diametral gegenüberliegenden, konus- bzw. trichterförmig verlaufenden Antennenabschnitten 10 bilden sich somit solche elektromagnetischen Felder aus, die sich in bekannter Weise ablösen. Die Geometrie ist derart gestaltet, dass sich ein ablösendes Feld im Quer- wie im Längsschnitt oberhalb der Sende-

/Empfangseinrichtung ohne Einbrüche ausbildet. Die dabei direkt benachbarten Antennenabschnitte sind dabei weitgehend entkoppelt. Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 weist die Sende-ZEmpfangseinrichtung 4 Symmetrieebenen, eine horizontale, eine vertikale sowie die dazu im Winkel von 45° liegenden Ebenen in Draufsicht der Konfiguration gemäß Fig. 1 betrachtet auf. Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, zwei senkrecht zueinander durch die diametral gegenüberliegenden Antennenäbschnitte 10 gebildeten Antennenelemente unterschiedlich zu dimensionieren, so dass anstatt eines Quadrates gemäß Fig. 1 in Draufsicht ein Rechteck (nicht dargestellt) entsteht. Antennenäbschnitte 10 entlang der Längsseite werden dabei vorzugsweise mit einer niedrigeren Frequenz von beispielsweise 2 bis 3 GHz und entlang der Querseite, d.h. in orthogonaler Richtung dazu, beispielsweise von 2,5 bis 4 GHz betrieben. Daraus resultieren lediglich zwei Symmetrieebenen.

Für Kunststoffhalter (nicht dargestellt) unterhalb der Antennenäbschnitte 10 können partielle Ausnehmungen in die Schirmwände 13 eingebracht werden, unter der Voraussetzung, dass diese nicht zu groß und derart positioniert sind, dass sich im abgeschirmten Raum zwischen Trägereinrichtung 15 und Antennenäbschnitten 10 sowie

Schirmwänden 13 keine Maximas aufweisen. Dann haben derartige Ausnehmungen keinen negativen Einfluss auf die sich oben nach außen ablösenden elektromagnetischen Wellen.

Die vier HF-Signalanschlüsse 15' ragen vorteilhaft in entsprechend voneinander isolierte

Durchkontaktierungen der Trägereinrichtung 15 bzw. Leiterplatte und werden dort elektrisch mit den Dreiecksspitzen 12 kontaktiert. Eine vorzugsweise vorgesehene, der Trichterform abgewandte Metalllage in/aus der Trägereinrichtung 15 ist vorzugsweise weitgehend vollflächig mit einer Systemmasse bzw. einem Bezugspotenzial kontaktiert sowie die Unterseite der Schirmwände 13. Möglich ist jedoch auch ein Kontakt jeweils zwischen einem Mittelleiter eines Koaxialkabels und einer Dreiecksspitze 12 eines Antennenabschnitts 10, wobei dessen Außenleiter mit der Systemmasse bzw. einem Bezugspotenzial verbunden ist. Außerdem sind Kombinationen der eben genannten Möglichkeiten angedacht.

Vorgegebene Randbedingungen, wie eine untere und obere Grenzfrequenz, eine maximale horizontale und/oder vertikale Einbaugeometrie der Sende- /Empfangsvorrichtung können innerhalb gewisser Grenzen Berücksichtigung finden und angepasst werden. Prinzipiell bestimmt die gestreckte Länge und obere Breite der im Wesentlichen dreieckfδrmigen Antennenäbschnitte 10 den möglichen Sende-/ Empfangsbereich. Durch Ausnehmungen 16 gemäß Fig. 4 in den im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenäbschnitten 10 können Antennencharakteristika modifiziert und insbesondere die Abstrahlcharakteristik angepasst werden. Außerdem ist es möglich, die für eine untere Sollfrequenz erforderliche Abmessung durch entsprechende

Ausnehmungen 16 zu reduzieren. Durch die Ausnehmungen 16 gemäß Fig. 4 und Fig. 5 (in Unteransicht), welche sich an den zwei freiliegenden Kanten des Antennenabschnitts 10 im oberen und mittleren Bereich befinden, können die untere Grenzfrequenz verkleinert und partielle Verbesserungen der Antennenanpassung erzielt werden. Möglich sind dabei auch andere Gestaltungen der Ausnehmungen, beispielsweise rund, sägezahnfδrmig, gewellt, mittels welcher bei geeigneter Auslegung gleichartige Effekte erzielbar sind.

Die in den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 dargestellten Antennenvorrichtungen sind vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss hergestellt und weisen Ausformungen 20 mit Befestigungslöchern auf, vermittels welcher die Sende-/ Empfangsvorrichtung auf der Trägereinrichtung 15 mechanisch und/oder elektrisch verbunden ist. Die Achsen 19 dienen zur starren Verbindung außen liegender Räder (nicht dargestellt), mit deren Hilfe die Sende-ZEmpfangsvorrichtung parallel über Flächen bewegt werden können. Zur Platzeinsparung verlaufen diese Achsen 19 vorzugsweise innerhalb der

Außenabmessungen der Sende-ZEmpfangsvorrichtung mit ihren Antennenäbschnitten 10 und sind aus einem nicht leitfähigen Material. Die Öffnungen zur Durchführung der Achsen 19 liegen dabei an vorbestimmten berechneten Positionen, an welchen kein Feldmaximum der elektromagnetischen Wellen im von den Antennenabschnitten 10 gebildeten Raum auftritt.

Die zum Betrieb der Sende-/Empfangsvorrichtung erforderliche HF-Signalzuleitung bzw. -ableitung bzw. -Verteilung erfolgt vorteilhaft auf oder innerhalb der Trägereinrichtung 15, vorzugsweise einer Multi-Layer-Leiterplatte. Wenn Zuleitungen auf der zur Antennenseite gewandten Abschirmlage (nicht dargestellt) elektrisch davon isoliert verlaufen, sind diese vorzugsweise durch Grounded-Koplanar-Technik realisiert. Neben einer Ausführungsform als Druckgussteil aus Metall, vorzugsweise Aluminiumdruckguss, besteht die Möglichkeit, ein vergleichbares Spritzgussteil aus Kunststoff vorzusehen, welches mit einer leitfähigen Metallschicht nach bekannten Verfahren überzogen ist. Durch verteilte, spritzgussgerechte Durchbriiche im Kunststofikörper wird ein quasi homogenes, abschnittsweise leitfähiges Antennenelement mit vergleichbaren Eigenschaften gebildet.

Gemäß den vorliegend beschriebenen Ausführungsformen gestaltet sich eine Montage sehr einfach, da die Sende-/Erπpfangsantenne auf die Trägereinrichtung 15 bzw. eine Leiter oder Massepotenzialplatte über die mitgegossenen oder mitgespritzten Befestigungslöcher 20 gemäß Fig.4 und 5 angeschraubt wird. Die vier HF- Anschlusskontakte 15' werden mit den Dreiecksspitzen 12 entweder verlötet oder mit leitfähigem Klebstoff verklebt. Außerdem kann bei einer quadratischen Grundform die

Antennen in beliebiger Richtung montiert werden.

Die durch die HF-Signalanschlüsse 15' unabhängig voneinander ansteuerbaren, diametral gegenüberliegenden Antennenäbschnitte 10 können somit zwei orthogonal zueinander liegende Polarisationen senden/empfangen.

In Fig. 6 ist ein im Wesentlichen dreieckförmiger Antennenäbschnitt 10 als Einzelblech 10' dargestellt. Das Einzelblech 10' ist dabei vorzugsweise ein Stanzteil aus einem Metall, wie beispielsweise Weißblech, und weist neben der Dreiecksspitze 12 und der Schirmwand 13 die Ausnehmungen 16 sowie ein Verrast und/oder Einhängeelement 22 sowie eine Verrast- und/oder Einhängeöffhung 23 auf. Über mechanische und/oder elektrische Verbindungselemente 21 kann das Einzelblech 10' auf einer Trägereinrichtung 15 mechanisch und/oder elektrisch angebunden werden. In Fig. 7 ist das Einzelblech 10' gemäß Fig. 6 nach einer verformenden Bearbeitung dargestellt. Die Schirmwand 13 weist gegenüber dem im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitt 10 einen Winkel kleiner als 90° auf, und die Dreiecksspitze 12 zeigt eine vorbestimmte Krümmung. Im Bereich des Verrast- und/oder Einhängeelementes 22 ist die Schirmwand 13 umgebogen.

In der Schrägdraufsicht gemäß Fig. 9 sind vier Antennenelemente gemäß Fig. 7 in einer mit Fig. 1 vergleichbaren Konfiguration auf eine Trägereinrichtung 15 montiert. Die

Einzelbleche 10' sind dabei mit den Verrast- und/oder Einhängeelementen 22 sowie den Verrast- und/oder Einhängeöffhungen 23 derart ausgebildet, dass sie ineinander verschachtelt gefügt werden und dann eine Antenneneinheit bilden. Diese Einheit kann dann beispielsweise in eine Trägerplatte 15, vorzugsweise eine Leiterplatte, eingelötet werden. Die Einzelbleche 10' können bei Bedarf an den Kanten und Verrast- und/oder Einhängeelementen bzw. -Öffnungen 22, 23 entweder vor oder nach der Montage auf der Trägereinrichtung 15 verlötet oder verklebt werden. Dadurch wird bei einem gewissen Vormontageaufwand eine stabile Sende-ZEmpfangsvorrichtung vergleichbar der mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen bereitgestellt. In Fig. 10 ist die Anordnung gemäß Fig. 9 in Unteransicht ohne Trägereinrichtung dargestellt.

Außerdem besteht die Möglichkeit, Einzelbleche 10' einzeln auf der Trägereinrichtung zu montieren, welches erst nach der Montage auf der Trägereinrichtung 15 eine elektrische und/oder mechanische Verbindung aufweisen. Wenn alle vier Bleche 10' montiert sind, ist die Antenne vollständig, wobei die Bleche 10' bei Bedarf ebenfalls an den gemeinsamen Kanten verlötet werden können. Die Ausführungsform gemäß Fig. 11 beschreibt eine Konfiguration, bei welcher sich die Einzelbleche 10' gegenseitig auch nach der Montage auf der Trägereinrichtung 15 nicht direkt berühren. Jedes Einzelblech 10' wird dabei für sich in die Trägereinrichtung eingelötet. Erst mit dem Einbau aller vier

Einzelbleche 10' bildet sich die Sende-ZEmpfangsvorrichtung. Zur Reduktion von Wirbelstromeffekten in den im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitten 10 sind gemäß Fig. 11 Schlitze bzw. Ausnehmungen 25 vorgesehen. Diese Schlitze bzw. Ausnehmungen zur Reduktion von Wirbelstromeinflüssen können ebenfalls bei allen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen und sind« vorzugsweise entlang der Spiegelachse der Antennenabschnitte 10 vorgesehen. In Fig. 11 sind darüber hinaus Ausnehmungen in den Schirmwänden 13 dargestellt, wobei in Querrichtung zwei Radachsen 19 gemäß Fig. 4 und 5 eingebracht sind.

Gemäß Fig. 8 werden vier Einzelbleche 10' gemäß Fig. 7, d.h. bereits gebogen, in einen geeigneten Kunststoffhalter eingeclipst oder direkt als Einlegeteile mit eingespritzt. Dabei berühren sich die Einzelbleche 10' gegenseitig nicht, wobei der Kunststoffhalter 24 die Einzelbleche 10' primär an den Schirmwänden 13 (in Fig. 8 nicht zu sehen) geführt werden. Die Bleche berühren sich auch nach dem Einbau auf einer Trägereinrichtung 15 (nicht dargestellt) nicht. Der Runststofihalter 24 ist dann besonders vorteilhaft, wenn er gleichzeitig als Funktionsträger oder Halter für weitere Elemente, wie beispielsweise Niederfrequenzspulenträger, um die Sende-ZEmpfangsvorrichtung dient. Bei allen Varianten aus Einzelblechen sind die Kosten sehr gering. Bei niedrigen Stückzahlen können die Blechteile per Laser ausgeschnitten werden. Für die ebenfalls benötigten einfachen Biegevorrichtungen fallen nur geringe Werkzeugkosten an. Sind große Stückzahlen vorgesehen, ist eine vollständig automatische Herstellung der Einzelbleche 10' im Taktverfahren möglich. Die Guss- und/oder Spritzgussteile gemäß den Fig. 1 bis 5 erfordern jedoch komplexere Werkzeuge.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Vorangehenden mit Bezug auf bevorzugte AusfShrungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfaltige Weise modifizierbar. So können beispielsweise im Bereich zwischen der Schirmwand 13 und der Dreiecksspitze 12, d.h. auf den im Wesentlichen dreieckförmigen Aαtennenabschnitten 10, Sicken zur Reduzierung mechanischer Schwingungen vorgesehen werden.

Neben den konkret beschriebenen Ausführungsbeispielen mit jeweils vier im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitten sind auch höhere geradzahlige Anzahlen im Wesentlichen dreieckfδrmiger Antennenäbschnitte, welche dann ein

Polygon bilden, möglich, wobei sich diametral gegenüberliegende Antennenabschnitte mit einem wie beschriebenen HF-Signal zu beaufschlagen sind. Darüber hinaus sind die beschriebenen Größenverhältnisse und Materialien lediglich beispielhaft zu betrachten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale mit:

einem ersten im Wesentlichen dreieckförmigen, elektrisch leitfähigen Antennenabschnitt (10) zum Senden und/oder Empfangen von HF-Signalen;

mindestens einem zweiten, dritten und vierten Antennenabschnitt (10), welche dem ersten Antennenabschnitt (10) im Wesentlichen entsprechen und ein Polygon bilden, wobei jeweils eine Dreiecksspitze (12) in etwa im Bereich des Mittelpunktes (11) des Polygons vorgesehen ist, in dessen Zentrum eine Antennenachse (14) liegt; und

einer Trägereinrichtung (15) im Wesentlichen senkrecht zur Antennenachse (14),

wobei jeweils die Dreieckspitzen (12) der dreieckförmigen Antennenabschnitte (10), welche von dem Mittelpunkt (11) ausgehend zumindest abschnittsweise eine

Trichterform auf der der Trägereinrichtung (15) äbgewandten Seite bilden, mit HF- Signalanschlüssen (15') der Trägereinrichtung (15) im Bereich des Mittelpunktes (11) des Polygons kontaktiert sind, und jeweils zwei diametral gegenüberliegende Antennenabschnitte (10) ein Antennenelement bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch geke nnz e i c hn e t, daß jeweils die Dreieckspitzen (12) der im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitte (10), welche sich vorzugsweise in einen rechteckfδrmigen Steg verjüngen, eine vorbestimmte Krümmung in Richtung zu der Trägereinrichtung (15), insbesondere einer mehrschichtigen Leiterplatte, aufweisen und an dieser im Wesentlichen senkrecht an den elektrisch voneinander isolierten HF-Signalanschlüssen (15') münden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der mindestens vier im Wesentlichen dreiecksförmigen

Antennenabschnitte (10) zumindest abschnittsweise eben oder konvex oder konkav und/oder gewellt oder getreppt ausgeführt ist, wobei ein Übergangsbereich (18), welcher vorzugsweise zumindest abschnittsweise senkrecht zur Antennenachse (14) verläuft, zwischen der Trichterform und elektrisch leitfähigen Schirmwänden (13) vorgesehen ist, welche jeweils im Wesentlichen parallel zur Antennenachse (14) verlaufen, und in welche die vier im Wesentlichen dreieckförmigen Antennenabschnitte (10) jeweils auf einer der Dreiecksspitze (12) gegenüberliegenden Seite übergehen.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei freiliegende Kanten der zumindest vier im Wesentlichen dreiecksförmigen Antennenabschnitte (10) mit eckigen und/oder runden Ausnehmungen (16) zum Anpassen von Antennencharakteristika versehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß genau vier im Wesentlichen dreiecksförmige Antennenabschnitte (10) ein Quadrat oder ein Rechteck als Polygon bilden, wobei die HF-Signalanschlüsse (15') der zwei benachbarten jeweils diametral gegenüberliegenden Antennenabschnitte (10) mit zwei HF-Signalbändern, vorzugsweise unterschiedlicher, gegebenenfalls teilweise überlappender, Frequenzbereiche, beaufschlagbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß genau vier im Wesentlichen dreiecksförmige Antennenabschnitte (10) ein Quadrat oder ein Rechteck als Polygon bilden, wobei die BOF-Signalanschlüsse (15') der zwei benachbarten jeweils diametral gegenüberliegenden Antennenäbschnitte (10) alternierend mit einem HF-Signal beaufschlagbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadu rc h gekennz e i c hnet, daß die Schirmwände (13) mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmeinrichtung der Trägereinrichtung (15) kontaktiert sind, welche vorzugsweise auf oder in der Trägereinrichtung (15) vorgesehen ist, und vorzugsweise beide, insbesondere großflächig, an ein Bezugspotential angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennz e i chnet, daß in etwa parallel zur Trägereinrichtung (15) ein Radom (17) als Abdeckung über den mindestens vier im Wesentlichen dreiecksfδrmigen Antennenabschnitten (10) vorgesehen ist, wobei die Antennenvorrichtung vorzugsweise über mit Rädern versehenen Achsen (19) beweglich gelagert ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durc h g e k ennz e i c hn e t , daß die mindestens vier im Wesentlichen dreiecksförmigen Antennenabschnitte (10) aus separaten Blechen 0, welche vorzugsweise im Bereich von Schirmwänden (13) miteinander mechanisch und/oder elektrisch verbunden sind, oder aus einem einstückigen Metalldruckgussteil oder einem Kunststoffdruckgussteil, welches zumindest abschnittsweise mit einer leitfahigen Metallisierung versehen ist, bestehen.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurc h gekennz ei c hnet, daß die Dreieckspitzen (12) der zumindest vier im Wesentlichen dreiecksförmigen

Antennenabschnitte (10) über Lötkontaktierungen oder leitfähige Klebekontaktierungen elektrisch an die HF-Signalanschlüsse der Trägereinrichtung (15) angeschlossen sind.

11. Verfahren zum Senden/Empfangen elektromagnetischer HF-Signale mit den Schritten:

Bereitstellen eines ersten im Wesentlichen dreieckförmigen, elektrisch leitfähigen Antennenabschnitts (10);

Bereitstellen mindestens eines zweiten, dritten und vierten Antennenäbschnitts (10), welche dem ersten im Wesentlichen entsprechen, und die jeweils eine Dreiecksspitze (12) in etwa im Bereich des Mittelpunktes (11) eines Polygons aufweisen, in dessen Zentrum eine Antennenachse (14) liegt; und

Bereitstellen einer Trägereinrichtung (15) im Wesentlichen senkrecht zur Antennenachse (14); und

Beaufschlagen von jeweils zwei diametral gegenüberliegenden HF-Signalanschlüssen, welche im Bereich des Mittelpunktes (11) der Trägereinrichtung (15) angeordnet sind, mit einem zueinander um etwa 180° phasenverschobenen, differentiellen HF-Signal eines jeweils vorbestimmten Frequenzbereiches, wobei jeweils die Dreiecksspitzen (12) der dreieckförmigen Antennenabschnitte (10), welche von dem Mittelpunkt (11) ausgehend zumindest abschnittsweise eine Trichterform auf der der Trägereinrichtung (15). abgewandten Seite bilden, mit den HF- Signalanschlüssen kontaktiert sind.