EP1907882A1 - Antenneneinrichtung mit einem radom zum einbau in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Antenneneinrichtung mit einem radom zum einbau in einem kraftfahrzeug

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EP1907882A1
EP1907882A1 EP06763425A EP06763425A EP1907882A1 EP 1907882 A1 EP1907882 A1 EP 1907882A1 EP 06763425 A EP06763425 A EP 06763425A EP 06763425 A EP06763425 A EP 06763425A EP 1907882 A1 EP1907882 A1 EP 1907882A1
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EP
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radome
antenna device
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antenna
elevation
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EP06763425A
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Joerg Schoebel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01S7/4026—Antenna boresight
    • G01S7/4034—Antenna boresight in elevation, i.e. in the vertical plane

Definitions

  • the invention relates to an antenna device, in particular a radar antenna device with a particular planar excitation field and an upstream radome.
  • a radar antenna for environment sensing in a motor vehicle is known.
  • a radar antenna usually several antenna elements are arranged one above the other, which are within a column with a fixed
  • Phase and amplitude relationship are controlled to each other. This achieves elevation beam focusing, which serves to increase range and eliminate unwanted targets that are at a very low or high altitude.
  • the antenna elements are arranged in an excitation field with an upstream radome.
  • the installation of such radar antenna arrangements places high demands on the size as well as on the shape, especially for the side area.
  • planar exciters such as patch or slot antennas, the array becomes flat. Since radar arrangements can not be installed behind the metallic outer walls of a motor vehicle, remain as installation space in the side area especially around the corners of the vehicle drawn plastic bumpers, trim, scratch and
  • the radar devices are often installed obliquely, because of the behind the panels such as bumpers, trim strips and the like available space for a vertical installation is insufficient.
  • the resulting deviations of the beam lobes from the horizontal are compensated in DE 103 45 314 Al in that elements with different dielectric constants are introduced into the signal lines to the antenna exciters or mechanically controllable phase shifters are used in the supply lines of the individual antenna exciters.
  • Beam characteristic can be made without the delay elements have to be adjusted or adjusted.
  • the change of the phase front of the radiated or received wave is purely passive, without electrical measures.
  • Another advantage is that a similar exciter field including control for different vehicle types and / or installation locations can be used without adjustment. It is only after the assembly of the exciter field together with control a radome mounted, the thickness change is in each case adapted to the tilting relative to the vertical. The angle of the beam lobe relative to the horizontal is therefore adjusted only by the attachment of different caps (radome). At the same time, all electronic and HF modules remain unchanged with regard to their adjustments. This enables a cost-effective vehicle-specific production.
  • FIG. 1 shows antenna elements with conventionally upstream radome
  • Figure 2 shows an antenna arrangement according to the invention with linear thickness change of
  • FIG. 3 shows a variant of the linear change in the thickness of the radome
  • FIG. 4 shows an antenna arrangement according to the invention with a stepped radome profile
  • FIG. 5 shows an antenna arrangement with a planar antenna column of patch radar profiles.
  • FIG. 6 shows an antenna diagram of a planar antenna column without the invention
  • FIG. 7 shows an antenna diagram of a planar antenna column with a radome profile according to the invention.
  • FIG. 1 shows a conventional antenna device with an excitation field consisting of four antenna elements 1, which are suitable both for the radiation and for the reception of electromagnetic waves, in particular radar signals, and an upstream radome 2 of constant thickness.
  • the radiated wavefront appears in phase on the outside of the radome.
  • the wavefront received from a direction perpendicular to the surface of the excitation field appears on the inside of the radome, that is, on the side closest to the antenna elements 1, likewise in phase.
  • the thickness of the radome 2 varies over the exciter field in such a way that during transmission mode, a location-dependent phase delay of the radiated wavefront on the outside of the radome is achieved.
  • the direction of the forming beam lobe can be influenced.
  • the wavefront which still appears in phase on the outside of the radome, is deflected by the different transit times in the dielectric of the radome due to the varying thickness, so that it arrives at the antenna elements 1 at different times.
  • the signals incident to the antenna elements in-phase.
  • the thickness profile of the radome 2 is linear in the embodiment shown in Figure 2 with respect to the vertical coordinate. Of course, it can also be linear with a horizontal coordinate.
  • the inventive antenna structure can also be implemented for an exciter field whose antenna signals, e.g. via a feed network, non-in-phase fed or tapped and further processed.
  • FIG. 3 shows a variant of the linear change in thickness. In contrast to
  • the thickness profile of the radome 2 can also be at least partially additionally not linearly increasing or decreasing, for example, concave or convex, that is, the wavefront appears beyond bundled or scattered. The thickness variation can take place in the elevation and / or azimuth direction of the exciter field.
  • FIG. 4 shows an antenna arrangement with a stepped radome profile, that is to say a thickness profile similar to fresnel lenses. It can also be provided any combinations of Dickenprof ⁇ len.
  • Figure 5 shows an antenna device with a planar antenna column consisting of four patch antenna elements 1 on a circuit board 3 with a wedge-like upstream radome 2, whose thickness is increasing or decreasing linearly.
  • the dielectric constant of the radome (usually plastic) is typically in the range 2 to 3.
  • Figure 6 shows the antenna diagram of a planar antenna column in the elevation direction without radome and Figure 7 shows the corresponding antenna diagram with inventive antenna device with a radome whose thickness varies linearly.
  • the described antenna device according to the invention can be easily integrated into radar sensors based on digital beam sweep or on high-resolution methods, in particular location-selective resolution, as provided for in newer generations of LRR (Longrangeradar) / ACC (Adaptive Cruise Control).
  • LRR Longrangeradar
  • ACC Adaptive Cruise Control

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Abstract

Bei einer Antenneneinrichtung insbesondere einer Radarantenneneinrichtung mit Erregerfeld (1) und vorgelagertem Radom (2) wird die Dicke des Radoms (2) derart variiert, dass eine ortsabhängige Phasenverzögerung der abgestrahlten oder empfangenen Wellenfront erzielbar ist. Damit können Verkippungen insbesondere beim nicht senkrechten Einbau von Radareinrichtungen in Kraftfahrzeuge, die zu unerwünschten Strahlkeulenabweichungen führen, auf einfache Weise ausgeglichen werden.

Description

ANTENNENEINRICHTUNG MIT EINEM RADOM ZUM EINBAU IN EINEM KRAFTFAHRZEUG
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Antenneneinrichtung insbesondere einer Radarantenneneinrichtung mit einem insbesondere planaren Erregerfeld und einem vorgelagerten Radom.
Aus der DE 103 45 314 Al ist eine Radarantenne zur Umfeldsensierung bei einem Kraftfahrzeug bekannt. Bei einer solchen Radarantenne 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 erreicht, die der Erhöhung der Reichweite und der Ausblendung von unerwünschten Zielen, die sich in sehr geringer oder größerer Höhe befinden, dient. Die Antennenelemente sind in einem Erregerfeld angeordnet mit einem vorgelagerten Radom. Der Einbau solcher Radarantennenanordnungen stellt insbesondere für den Seitenbereich hohe Anforderungen an die Baugröße sowie an die Form. Durch Verwendung planarer Erreger wie Patch- oder Schlitzantennen wird die Anordnung flach. Da Radaranordnungen nicht hinter den metallischen Außenwänden eines Kraftfahrzeugs verbaut werden könne, verbleiben als Einbauraum im Seitenbereich vor allem um die Ecken des Fahrzeugs gezogene Kunststoff- Stoßfänger, Zierleisten, Kratz- und
Prallschutzelemente sowie Spoiler.
Da die Außenwände von Kraftfahrzeugen normalerweise nicht exakt senkrecht sind, sind die Radareinrichtungen oft schräg einzubauen, weil der hinter den Verkleidungen wie Stoßfänger, Zierleisten und dergleichen zur Verfügung stehende Bauraum für einen senkrechten Einbau nicht ausreicht. Die dadurch entstehenden Abweichungen der Strahlkeulen von der Horizontalen werden bei der DE 103 45 314 Al dadurch kompensiert, dass in die Signalleitungen zu den Antennenerregern Elemente mit unterschiedlichen Dielektrizitätszahlen eingebracht werden oder es werden mechanisch steuerbare Phasenschieber in den Zuleitungen der einzelnen Antennenerreger verwendet.
Alternativ hierzu ist vorgesehen eine Phasenverschiebung durch Variation des Abstandes eines leitfähigen Elements vom Wellenleiter in der Zuleitung zu einem Antennenerreger vorzunehmen.
Aus der US 2002/0084869 Al ist es bekannt zur Beeinflussung der Wellenfront und damit der Abstrahlrichtung dielektrische Strukturen vorzusehen.
Aus der DE 199 51 123 Al ist es bekannt eine Rotman - Linse zur Beeinflussung der Strahlcharakteristik eines Antennenerregerfeldes vorzusehen.
Vorteile der Erfindung
Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1, dass heißt mit einer Variation der Dicke des Radoms über dem Erregerfeld derart, dass eine ortsabhängige Phasenverzögerung der abgestrahlten oder empfangenen Wellenfront erzielbar ist, kann eine Beeinflussung der
Strahlcharakteristik vorgenommen werden, ohne das Laufzeitverzögerungselemente eingestellt oder abgeglichen werden müssen. Die Änderung der Phasenfront der abgestrahlten oder empfangenen Welle erfolgt rein passiv, ohne elektrische Maßnahmen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein gleichartiges Erregerfeld samt Ansteuerung für verschiedene Fahrzeugtypen und/oder Einbauorte ohne Abgleich verwendet werden kann. Es wird lediglich nach der Montage des Erregerfeldes samt Ansteuerung ein Radom aufgesetzt, dessen Dickenänderung jeweils der Verkippung gegenüber der Vertikalen angepasst ist. Der Winkel der Strahlkeule gegenüber der Horizontalen wird demnach lediglich durch die Anbringung unterschiedlicher Kappen (Radome) eingestellt. Dabei bleiben alle Elektronik- und HF- Baugruppen auch bezüglich ihres Abgleiche unverändert. Dies ermöglicht eine kostengünstige fahrzeugspezifische Fertigung.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aufgezeigt. Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 Antennenelemente mit herkömmlich vorgelagertem Radom,
Figur 2 eine erfindungsgemäße Antennenanordnung mit linearer Dickenänderung des
Radoms,
Figur 3 eine Variante zur linearen Dickenänderung des Radoms,
Figur 4 eine erfindungsgemäße Antennenanordnung mit gestuftem Radomprofil, Figur 5 eine Antennenanordnung mit einer planaren Antennenspalte von Patch-
Elementen,
Figur 6 ein Antennendiagramm einer planaren Antennenspalte ohne erfindungsgemäßem
Radomprofil,
Figur 7 ein Antennendiagramm einer planaren Antennenspalte mit erfindungsgemäßem Radomprofil.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt eine herkömmliche Antenneneinrichtung mit einem Erregerfeld bestehend aus vier Antennenelementen 1, die sowohl für die Abstrahlung wie auch zum Empfang elektromagnetischer Wellen insbesondere Radarsignalen geeignet sind und einem vorgelagerten Radom 2 konstanter Dicke. Die abgestrahlte Wellenfront erscheint an der Radomaußenseite gleichphasig. Bei Empfang erscheint die aus einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Erregerfelds empfangene Wellenfront an der Radominnenseite, dass heißt an der den Antennenelementen 1 nächstgelegenen Seite ebenfalls gleichphasig.
Bei der erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung nach Figur 2 variiert die Dicke des Radoms 2 über dem Erregerfeld und zwar derart, dass bei Sendebetrieb eine ortsabhängige Phasenverzögerung der abgestrahlten Wellenfront an der Radomaußenseite erzielbar ist. Damit kann die Richtung der sich ausbildenden Strahlkeule beeinflusst werden. Bei Empfangsbetrieb wird die an der Radomaußenseite noch gleichphasig erscheinende Wellenfront durch die aufgrund der variierenden Dicke unterschiedlichen Laufzeiten im Dielektrikum des Radoms abgelenkt, sodass sie zu unterschiedlichen Zeitpunkten bei den Antennenelementen 1 eintrifft. Für eine Strahlkeule, die aus einer bestimmten Richtung abweichend von der Oberflächen-Normalen einfällt, werden die an - A -
den Antennenelementen einfallenden Signale hingegen gleichphasig. Der Dickenverlauf des Radoms 2 ist bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel linear bezüglich der vertikalen Koordinate. Sie kann natürlich auch linear mit einer horizontalen Koordinate verlaufen.
Die erfϊndungsgemäße Antennenstruktur kann auch für ein Erregerfeld implementiert werden, dessen Antennensignale, z.B. über ein Speisenetzwerk, nicht-gleichphasig zugeführt oder abgegriffen und weiter verarbeitet werden.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsvariante der linearen Dickenänderung. Im Gegensatz zur
Figur 2, bei der der Abstand der Antennenelemente zur Radominnenseite konstant ist und sich nur der Abstand der Radomaußenseite zu einem entfernteren Objekt von oben nach unten hin vergrößert, ist hier der Abstand zu einem entfernten Objekt in etwa konstant, wohingegen sich der Abstand der Radominnenseite zu den Antennenelementen 1 von oben nach unten hin vergrößert. Der Dickenverlauf des Radoms 2 kann auch zumindest teilweise zusätzlich nicht linear zunehmend oder abnehmend sein, zum Beispiel konkav oder konvex, das heißt die Wellenfront erscheint darüber hinaus noch gebündelt oder gestreut. Die Dickenvariation kann in Elevations- und/oder Azimutrichtung des Erregerfeldes erfolgen.
Figur 4 zeigt eine Antenneanordnung mit gestuftem Radomprofϊl, dass heißt einem Fresnellinsen ähnlichen Dickenverlauf. Es können auch beliebige Kombinationen von Dickenprofϊlen vorgesehen sein.
Figur 5 zeigt eine Antenneneinrichtung mit einer planaren Antennenspalte bestehend aus vier Patch- Antennenelementen 1 auf einer Leiterplatte 3 mit einem keilartig vorgelagerten Radom 2, dessen Dicke linear zunehmend bzw. abnehmend ist. Die Dielektrizitätszahl des Radoms (üblicherweise Kunststoff) liegt typischerweise im Bereich 2 bis 3.
Figur 6 zeigt das Antennendiagramm einer planaren Antennenspalte in Elevationsrichtung ohne Radom und Figur 7 das entsprechende Antennendiagramm mit erfindungsgemäßer Antenneneinrichtung mit einem Radom, dessen Dicke linear variiert. Mit solchen gemäß Figur 5 keilartig vorgelagerten Radomprofϊlen kann der durch Verkippen beim nicht senkrechten Einbau von Radareinrichtungen resultierende Versatz der Strahlkeulen von der Horizontalen kompensiert werden.
In Figur 7 ist das Maximum der Strahlkeule um ca. 11° aus der Horizontalen abgelenkt.
Die beschriebene erfindungsgemäße Antenneneinrichtung lässt sich auf einfache Weise in Radarsensoren integrieren, die auf digitaler Strahlschwenkung oder auf hoch auflösenden Verfahren insbesondere ortsselektiver Auflösung beruhen wie sie bei neueren Generationen von LRR (Longrangeradar) / ACC (Adaptive cruise control) zum Einsatz vorgesehen sind. Bei solchen hochauflösenden Winkelschätzverfahren werden die Korrelationseigenschaften der Signale an den Antennenelementen ausgenutzt.

Claims

Ansprüche
1. Antenneneinrichtung, insbesondere Radarantenneneinrichtung mit einem Erregerfeld (1) und einem vorgelagerten Radom (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des
Radoms (2) über dem Erregerfeld derart variiert, dass eine ortsabhängige Phasenverzögerung der abgestrahlten oder empfangenen Wellenfront erzielbar ist.
2. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenänderung des Radoms (2) linear zunehmend oder abnehmend zur Elevations- oder
Azimutrichtung des Erregerfeldes erfolgt.
3. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenänderung des Radoms (2) gestuft linear zunehmend oder abnehmend zur Elevations- oder Azimutrichtung des Erregerfeldes erfolgt.
4. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenänderung zumindest teilweise zusätzlich nicht linear zunehmend oder abnehmend zur Elevations- und/oder Azimutrichtung des Erregerfeldes erfolgt.
5. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dielektizitätszahl des Radoms (2) im Bereich von 2 bis 3 gewählt ist.
6. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerfeld aus einer Spalte von Patch-Elementen (1) besteht mit einem Radom (2) mit linear zunehmender oder abnehmender Dicke in Elevationsrichtung.
7. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verwendung bei nicht senkrechtem Einbau in einem Kraftfahrzeug zur Umfeldsensierung.
8. Antenneneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerfeld und dessen Ansteuerung bei verschiedenen Fahrzeugtypen und/oder Einbauorten gleich gewählt ist und die bei verschiedenen Fahrzeugtypen und/oder Einbauorten unterschiedliche Verkippung gegenüber der Vertikalen durch die Variation der Dicke des Radoms ausgeglichen wird.
9. Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Verwendung für Radareinrichtungen mit insbesondere digitaler Strahlschwenkung und/oder hochauflösender Winkelschätzverfahren, die insbesondere die Korrelationseigenschaften der Signale an den Antennenelementen ausnutzen.
EP06763425A 2005-07-18 2006-05-31 Antenneneinrichtung mit einem radom zum einbau in einem kraftfahrzeug Withdrawn EP1907882A1 (de)

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