EP1810371B1 - Antennenanordnung mit linse - Google Patents

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EP1810371B1
EP1810371B1 EP05784691A EP05784691A EP1810371B1 EP 1810371 B1 EP1810371 B1 EP 1810371B1 EP 05784691 A EP05784691 A EP 05784691A EP 05784691 A EP05784691 A EP 05784691A EP 1810371 B1 EP1810371 B1 EP 1810371B1
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antenna
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radome
lens
antenna elements
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Tore Toennesen
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome

Definitions

  • the invention is based on an antenna arrangement with antenna elements on a carrier and a radome at a defined distance from the carrier.
  • An antenna arrangement for a motor vehicle radar system is known with antenna elements on a component carrier and a dielectric lens at a defined distance in front of it.
  • an apparatus for detecting and evaluating objects in a vehicle environment in which an antenna is protected by a radome which is lens-shaped in order to influence the electromagnetic radiation of the antenna in its direction.
  • At least one lens element for beam shaping and / or influencing the gain of the antenna arrangement is provided, which is integrated into the radome or attached to the radome, it is possible in addition to the beam shaping by the actual antenna array targeted beam forming with respect to individual antenna elements or groups of antenna elements. Thus side lobes can be selectively suppressed, without changing anything on the actual antenna array.
  • the invention offers the possibility to increase the gain of a receiving antenna and thus the sensitivity of a radar sensor, so that the transmission power does not have to be increased in order to achieve a higher range.
  • An increase in the transmission power is usually out of the question anyway, as would be disturbed by the broadband of a radar system, for example: 4GHz other radio services and thus a license of the radar system would fail.
  • the beam shaping predetermined by the antenna array can be selectively changed, e.g. Narrowing or expanding the detection field.
  • a radome usually provided anyway in particular in motor vehicle applications is used according to the invention, to which the lens elements are fastened or into which they are directly integrated.
  • the solution according to the invention is advantageously suitable for antenna arrays with parasitic elements, i. at least one antenna element is provided remote from the carrier of the antenna elements, which is excited by at least one of the antenna elements on the carrier.
  • This subergereten antenna element can be specifically assigned a lens element, which can also influence tolerances and unwanted disturbances of this element or compensate.
  • Both the filtered element (s) may be attached to or integrated with the radome.
  • FIG. 1 shows an antenna arrangement according to the invention.
  • antenna elements 1 are provided which, for example, form an antenna array. With this antenna array, a beam shaping of the antenna characteristic or the antenna gain is possible.
  • the carrier 2 can also have the feed networks required for feeding the antenna elements 1, which are advantageously arranged on the back side of the carrier 2.
  • a radome 3 which is typically present for protection against soiling and moisture ingress, especially in motor vehicle radar applications.
  • At least one lens element 4 which is suitable for additional beam shaping and / or increase in the gain and thus the range of the antenna arrangement, is provided at the radome 3 or in the radome.
  • FIG. 1 shows according to the invention at least one antenna element 11, which is remote from the carrier 2, that is, the plane for the other antenna elements 1, is arranged. It is excited by at least one antenna element 1 on the carrier 2, so it is suberregt.
  • This antenna element 11 can be arranged between carrier 2 and radome 3 and, for example, be fixed in a foam of low dielectric constant between carrier 2 and radome 3 or as FIG. 1 shows attached to the radome 3 or be there integrated into the radome.
  • the lens element 4 is assigned directly to the antenna element 11 and mounted over the antenna element 11.
  • the antenna elements 1 and 11 may be formed as slit and / or patch elements.
  • the structure of the antenna arrangement is one way to increase the gain of the receiving antenna and thus the sensitivity of a radar sensor using a lens element, so that the transmission power does not need to be increased in order to achieve a higher range.
  • the lens element or a plurality of lens elements It is also possible to carry out beamforming on the transmitting side and / or on the receiving side.
  • the lens elements can be integrated into the radome, for example, injection into a PBT radome, and are therefore inexpensive and low in tolerance.
  • Another advantage of the lens elements is that the side lobes of the receiving or transmitting antennas can be reduced and so among other things the detection security can be improved.
  • the lens-type design Compared to the use of large-area arrays, the lens-type design has the advantage of requiring less space on the RF board for the antenna and eliminating the electrical losses associated with the feed networks required by the array. This also represents a cost advantage.
  • radome and lens element (s) need not be identical.
  • this is a cylindrical lens which extends over the exciters 11 in or on the radome 3 of an antenna column.
  • each Suberreger 11 an antenna column is assigned a separate lens element 4.
  • each Suberreger 11 is assigned a separate lens element 4.
  • antenna gaps with suppressors with common and / or separate lens elements 4 or 41.
  • antenna lines within an array may have suppressors and carry separate or common lens elements.
  • any beam bundles can be adjusted in the azimuth and / or elevation direction.
  • the lens element shapes can be chosen arbitrarily, such as plano-convex or biconvex.
  • Lens shape, arrangement and structure for associated antenna elements may be different in particular for receiving and transmitting path.
  • the radome 3 is shown in the embodiments as a plane surface. It can of course have arbitrarily selected shapes, depending on the configuration of the radar sensor or the installation conditions on the motor vehicle (adaptation to vehicle outer contours).
  • the antenna arrangement according to the invention is advantageously suitable for increasing the range of a motor vehicle radar system without increasing the transmission power for a given number of antenna elements and array design, such as e.g. given array area.

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Bei einer Antennenanordnung sind in oder am Radom (3) Linsenelemente (4, 41) zur Strahlformung und/oder Beeinflussung des Gewinns der Antennenanordnung vorgesehen.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Antennenanordnung mit Antennenelementen auf einem Träger und einem Radom in einem definierten Abstand zum Träger.
  • Aus der WO 01/56 11 89 A1 ist eine Antennenanordnung bekannt mit dielektrischen Elementen, die ein Antennenarray im Sinne einer Strahlfokussierung beeinflussen und somit als Linse wirken.
  • Aus der EP 0896 749 A1 ist eine Antennenanordnung für ein Kraftfahrzeug-Radarsystem bekannt mit Antennenelementen auf einem Bauelementeträger und einer dielektrischen Linse in einem definierten Abstand davor.
  • Aus der US 6,366,245 B1 ist eine Vorrichtung zum direktionalen Abstrahlen und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen bekannt, bei welcher dielektrische Linsen zur Fokussierung elektromagnetischer Strahlung von Strahlelementen vorgesehen sind.
  • Aus der WO 2004/019057 A1 ist eine Vorrichtung zur Detektion und Evaluation von Objekten in einem Fahrzeugumfeld bekannt, bei welcher eine Antenne durch ein Radom geschützt ist, welches linsenartig geformt ist, um die elektromagnetische Strahlung der Antenne in ihrer Richtung zu beeinflussen.
  • Aus der EP 0 884 799 A2 ist ein Halbleiterelement bekannt, bei welchem oberhalb eines Antennenelementes eine Konvergenzlinse angeordnet ist.
    • Vorteile
  • Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1, d.h. es ist mindestens ein Linsenelement zur Strahlformung und/oder Beeinflussung des Gewinns der Antennenanordnung vorgesehen, welches in das Radom integriert ist oder am Radom befestigt ist, ist es möglich zusätzlich zur Strahlformung durch das eigentliche Antennenarray gezielt eine Strahlformung bezüglich einzelner Antennenelemente oder Gruppen von Antennenelementen zu erreichen. Damit können Nebenkeulen gezielt unterdrückt werden, ohne am eigentlichen Antennenarray etwas zu verändern.
  • Dies ist wichtig um unerwünschte Störstrahlung in einem vorgegebenen Frequenzbereich wirksam zu unterdrücken. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich eine geringe Baugröße für einen Radarsensor zu erzielen mit Einhaltung vorgegebener Frequenz- und/oder Störstrahlungstoleranzen.
  • Die Erfindung bietet die Möglichkeit, den Gewinn einer Empfangsantenne und damit die Empfindlichkeit eines Radarsensor zu erhöhen, sodass die Sendeleistung nicht erhöht werden muss, um eine höhere Reichweite zu erzielen. Eine Erhöhung der Sendeleistung kommt meist sowieso nicht in Frage, da durch die Breitbandigkeit eines Radarsystems, z.B: 4GHz andere Funkdienste gestört werden würden und damit eine Zulassung des Radarsystems scheitern würde.
  • Mit den Linsenelementen kann sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite die durch das Antennenarray vorgegebene Strahlformung gezielt verändert werden, z.B. Einengung oder Erweiterung des Detektionsfeldes.
  • Für die Anordnung der Linsenelemente wird erfindungsgemäß ein meist sowieso insbesondere bei Kraftfahrzeuganwendungen vorgesehenes Radom verwendet, an dem die Linsenelemente befestigt werden oder in das sie direkt integriert werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich vorteilhaft für Antennenarrays mit suberregten Elementen, d.h. es ist mindestens ein Antennenelement entfernt vom Träger der Antennenelemente vorgesehen, welches durch mindestens eines der Antennenelemente auf dem Träger erregt wird. Diesem suberregten Antennenelement kann gezielt ein Linsenelement zugeordnet werden, das auch Toleranzen und ungewollte Störungen dieses Elements beeinflussen bzw. kompensieren kann.
  • Sowohl das oder die suberregte/n Element/e kann/können am Radom befestigt werden oder in dieses integriert werden.
    • Zeichnungen
  • Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen
    • Figur 1
    eine Antennenanordnung mit einem suberregten Antennenelement mit zugehö- rigem Linsenelement in/am Radom,
    Figur 2
    eine Anordnung gemäß Figur 1 mit einer Gruppe suberregter Antennenelemente mit einem gemeinsamen Linsenelement in/am Radom,
    Figur 3
    eine Antennenanordnung mit mehreren suberregten Antennenelementen mit Linsenelementen über jedem suberregten Antennenelement.
    Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Figur 1 zeigt eine Antennenanordnung gemäß der Erfindung. Auf einem Träger 2, insbesondere einer HF-Platine, sind Antennenelemente 1 vorgesehen, die bspw. ein Antennenarray bilden. Mit diesem Antennenarray ist eine Strahlformung der Antennencharakteristik bzw. des Antennengewinns möglich. Der Träger 2 kann auch die für die Speisung der Antennenelemente 1 erforderlichen Speisenetzwerke aufweisen, die vorteilhafterweise auf der Rückseite des Trägers 2 angeordnet sind. In einem definierten Abstand zum Träger 2 befindet sich ein Radom 3, welches zum Schutz gegen Verschmutzen und Eindringen von Feuchtigkeit insbesondere bei Kraftfahrzeugradaranwendungen typischerweise vorhanden ist. Am Radom 3 oder im Radom integriert ist mindestens ein Linsenelement 4 vorgesehen, welches zur zusätzlichen Strahlformung und/oder Erhöhung des Gewinns und damit der Reichweite der Antennenanordnung geeignet ist. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 zeigt erfindungsgemäß mindestens ein Antennenelement 11, welches entfernt vom Träger 2, d.h. der Ebene für die anderen Antennenelemente 1, angeordnet ist. Es wird von mindestens einem Antennenelement 1 auf dem Träger 2 erregt, ist also suberregt. Dieses Antennenelement 11 kann zwischen Träger 2 und Radom 3 angeordnet sein und bspw. in einem Schaum niedriger Dielektrizitätszahl zwischen Träger 2 und Radom 3 fixiert sein oder wie Figur 1 zeigt am Radom 3 befestigt sein oder da in das Radom integriert sein. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist das Linsenelement 4 direkt dem Antennenelement 11 zugeordnet und über dem Antennenelement 11 angebracht. Die Antennenelemente 1 und 11 können als Schlitz- und/oder Patchelemente ausgebildet sein. Der Aufbau der Antennenanordnung stellt eine Möglichkeit dar, den Gewinn der Empfangsantenne und damit die Empfindlichkeit eines Radarsensors mit Hilfe eines Linsenelements zu erhöhen, sodass die Sendeleistung nicht erhöht werden muss, um eine höhere Reichweite zu erzielen. Durch das Linsenelement bzw. mehrere Linsenelemente kann auch eine Strahlformung auf der Sende- und/oder auf der Empfangsseite durchgeführt werden.
  • Die Linsenelemente können in das Radom mit integriert werden, z.B.: Einspritzen in ein PBT-Radom, und sind deshalb kostengünstig und toleranzarm.
  • Ein weiterer Vorteil der Linsenelemente besteht darin, dass die Nebenkeulen der Empfangs- oder Sendeantennen verringert werden können und so unter anderem die Detektionssicherheit verbessert werden kann.
  • Gegenüber der Verwendung von großflächigen Arrays hat die Ausführung mit Linsenelementen den Vorteil, dass weniger Platz auf dem HF-Bord für die Antenne benötigt wird und auch die elektrischen Verluste durch die vom Array benötigten Speisenetzwerke entfallen. Dies stellt ebenfalls einen Kostenvorteil dar.
  • Mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung ist eine Bündelung in Elevation und/oder Azimutrichtung möglich. Das Material von Radom und Linsenelement/en müssen nicht identisch sein.
  • Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 2 ist mehreren Antennenelementen 11, die ein Array oder Teil eines Arrays bilden (Antennenspalten oder -zeilen) ein gemeinsames Linsenelemente 41 zugeordnet. In Figur 2 ist dies eine Zylinderlinse, die sich über die Suberreger 11 im oder auf dem Radom 3 einer Antennenspalte erstreckt.
  • Bei der Ausführungsvariante nach Figur 3 ist jedem Suberreger 11 einer Antennenspalte ein separates Linsenelement 4 zugeordnet. Bei den Ausführungsvarianten gemäß Figur 2 und 3 können auch noch weitere Antennenspalten mit Suberregern vorgesehen sein mit gemeinsamen und/oder separaten Linsenelementen 4 bzw. 41. Anstelle von Antennenspalten können Antennenzeilen innerhalb eines Arrays Suberreger aufweisen und separate oder gemeinsame Linsenelemente tragen. Somit können beliebige Strahlbündelungen in Azimut- und/oder Elevationsrichtung eingestellt werden.
  • Die Linsenelementformen können beliebig gewählt werden, wie z.B. plankonvex oder bikonvex.
  • Linsenform, Anordnung und Aufbau für zugeordnete Antennenelemente können insbesondere für Empfangs- und Sendepfad unterschiedlich sein. Das Radom 3 ist in den Ausführungsbeispielen als Planfläche dargestellt. Es kann selbstverständlich beliebig gewählte Formen aufweisen, je nach Ausgestaltung des Radarsensors oder den Einbaugegebenheiten am Kraftfahrzeug (Anpassung an Fahrzeugaußenkonturen).
  • Die erfindungsgemäße Antennenanordnung eignet sich vorteilhaft zur Erhöhung der Reichweite eines Kraftfahrzeugradarsystems ohne Erhöhung der Sendeleistung bei gegebener Zahl von Antennenelementen und Arraydesign, wie z.B. vorgegebene Arrayfläche.

Claims (7)

  1. Antennenanordnung mit Antennenelementen auf einem Träger (2) und einem Radom (3) in einem definierten Abstand zum Träger (2), wobei mindestens ein Linsenelement (4, 41) zur Strahlformung und/oder zur Beeinflussung des Gewinns der Antennenanordnung vorgesehen ist, welches in das Radom (3) integriert ist oder am Radom (3) befestigt ist, wobei mindestens ein Antennenelement (11) entfernt vom Träger (2) vorgesehen ist, das durch mindestens ein Antennenelement (1) auf dem Träger (2) erregt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der entfernt vom Träger (2) angeordneten Antennenelemente (11) am Radom (3) befestigt oder in das Radom (3) integriert ist.
  2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente (4, 41) am oder im Radom (3) über einzelnen Antennenelementen (1, 11) oder Gruppen von Antennenelementen eines Antennenarrays angeordnet sind.
  3. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der entfernt vom Träger (2) angeordneten Antennenelemente (11) in ein Medium, z.B. Schaum niedriger Dielektrizitätszahl, eingebettet ist.
  4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente (1, 11) als Patch- und/oder Schlitzantennenelemente ausgebildet sind.
  5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente (4, 41) konvex, insbesondere plankonvex oder bikonvex ausgebildet sind.
  6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Linsenelement (41) für eine Gruppe von Antennenelementen (1, 11), z.B. eine Spalte oder eine Zeile eines Antennenarrays, vorgesehen ist.
  7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenformen, Anordnung und Aufbau für zugeordnete Antennenelemente (1, 11) unterschiedlich ausgebildet sind, insbesondere für Antennenelemente des Empfangs- und Sendepfades.
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