EP2117077B1

EP2117077B1 - Radar antenna assembly

Info

Publication number: EP2117077B1
Application number: EP09006266.2A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Dr. Weidmann; Robert Mock
Original assignee: Innosent GmbH
Current assignee: Innosent GmbH
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: US8446323B2; PT2117077T; EP2117077A1; US20090284440A1; DE102008023030B4; DK2117077T3; ES2622176T3; DE102008023030A1

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Radarantennenanordnung für einen Radarsensor mittlerer bis großer Reichweite, beispielsweise in Mikrostreifenleiter-Technik, insbesondere mit Auflösung des Ablagewinkels zu einem reflektierenden Objekt, umfassend wenigstens eine erste Antennengruppe mit mehreren einzelnen, miteinander gekoppelten Antennenelementen, sowie wenigstens eine zweite Antennengruppe mit mehreren einzelnen, miteinander gekoppelten Antennenelementen, wobei die einzelnen Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen galvanisch nicht miteinander verbunden sind, jedoch in einer gemeinsamen, vorzugsweise ebenen Fläche auf der Vorderseite einer Platine angeordnet sind sowie wenigstens entlang einer Raumrichtung innerhalb dieser Fläche derart verschränkt angeordnet sind, dass entlang einer solchen Verschränkungsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgende Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen einander abwechseln, und wobei die miteinander verschränkten Antennenelemente in einem regelmäßigen Flächenmuster angeordnet sind mit Spalten und Zeilen, wobei benachbarte Antennenelemente der selben Antennengruppe stets etwa gleiche Abstände aufweisen.The invention is directed to a radar antenna arrangement for a radar sensor of medium to long range, for example in microstrip technology, in particular with resolution of the storage angle to a reflective object, comprising at least a first antenna group with a plurality of individual, coupled antenna elements, and at least one second antenna group a plurality of individual, mutually coupled antenna elements, wherein the individual antenna elements of different antenna groups are not electrically connected to each other, but are arranged in a common, preferably flat surface on the front side of a board and at least along a spatial direction within this surface are arranged such entangled that along a In such a direction of interleaving, immediately successive antenna elements of different antenna groups alternate with each other, and wherein the interleaved antennas Elements are arranged in a regular surface pattern with columns and rows, wherein adjacent antenna elements of the same antenna group always have approximately the same distances.

Die US 7,129,892 B2 offenbart eine planare Antenne mit mehreren Antennenflächen. Das Diagramm dieser Antenne kann variiert werden, indem einem mittleren "Zweig" mit drei galvanisch bzw. über Wellenleiter miteinander gekoppelten Antennenflächen wahlweise ein oder zwei ähnliche Zweige parallel geschalten werden können. Obwohl damit das Antennendiagramm beeinflussbar ist, bleibt dies doch stets eine einzige Antenne, die nur ein einziges Empfangssignal liefert. Die ggf. abgetrennten "Nebenzweige" dienen nicht als eigenen Antennen; sie verfügen jeweils nur über einen Anschluß zum Anlegen einer Gleichspannung, womit PIN-Dioden in Koppelleitungen zwischen den Zweigen mittels unterschiedlicher Gleichspannungen wahlweise in einen Durchlasszustand (Parallelschaltung von Zweigen) und einen Sperrzustand (Abkopplung von Zweigen) geschalten werden. Benötigt man - wie in der Radartechnik unabdingbar - zusätzlich zu einer Empfangsantenne auch eine Sendeantenne, müßte man hierfür also bspw. zwei derartige Antennen nebeneinander anordnen. Dies wiederum zieht einen relativ großen Flächenbedarf nach sich, insbesondere auch deshalb, weil die Richtcharakteristik einer Antenne, definiert durch die 3dB-Keulenbreite der Hauptkeule im Antennendiagramm, etwa umgekehrt proportional zu betreffenden Breitenerstreckung der Antenne ist, so dass eine gute Richtcharakteristik sich nur mit einer ausreichend großen Antennenfläche erreichen läßt. Im 24 GHz-Frequenzband ist aufgrund dieser Zusammenhänge damit die Bündelung oder Richtcharakteristik auf 11° x 18° begrenzt.The US 7,129,892 B2 discloses a planar antenna with multiple antenna surfaces. The diagram of this antenna can be varied by one or two similar branches can be connected in parallel to a middle "branch" with three antenna surfaces electrically coupled to one another via waveguides. Although this can be used to influence the antenna pattern, it always remains a single antenna that delivers only one received signal. The possibly separated "secondary branches" do not serve as separate antennas; they each have only one terminal for applying a DC voltage, which PIN diodes are switched in coupling lines between the branches by means of different DC voltages either in an on state (parallel connection of branches) and a blocking state (decoupling of branches). If one needs - as in the radar technology indispensable - in addition to a receiving antenna and a transmitting antenna, one would have to do so, for example, two arrange such antennas side by side. This in turn draws a relatively large area requirement, especially because the directional characteristic of an antenna, defined by the 3 dB club width of the main lobe in the antenna pattern, is approximately inversely proportional to the relevant width extension of the antenna, so that a good directional characteristic only with a can reach sufficiently large antenna surface. Due to this, the bundling or directional characteristic is limited to 11 ° x 18 ° in the 24 GHz frequency band.

Zwar gibt es in manchen Fällen die Möglichkeit, eine gemeinsame Antenne durch Umschalten einmal als Sende- und ein andermal als Empfangsantenne zu nutzen; allerdings nur, wenn eine lange Laufzeit des Radarsignals dies zuläßt. Bei Radarsensor-Anwendungen, wo die zu messenden Entfernungen nur wenige 100 Meter oder sogar darunter umfassen, ist dies zumeist nicht möglich. Hier ist insbesondere an automotive Anwendungen zu denken, wo bspw. mittels Radar vorausfahrende Fahrzeuge erkannt werden können.Although in some cases it is possible to use a common antenna by switching once as a transmitting antenna and another time as a receiving antenna; but only if a long running time of the radar signal allows this. In radar sensor applications, where the distances to be measured are only a few hundred meters or even less, this is usually not possible. This is especially to think of automotive applications, where, for example, by means of radar vehicles ahead can be detected.

Gerade in diesem Anwendungsbereich ist andererseits auch eine hohe Richtcharakteristik der Antennen wichtig. Denn bei Radarsensoren mittlerer bis großer Reichweite, also etwa 100 m oder mehr, bildet die Kombination aus Sende- und Empfangsantenne(n) und deren jeweils verfügbarer Antennengewinn ein Hauptkriterium für die Empfindlichkeit und damit für die Reichweite des Radars. Dabei entspricht der Antennengewinn dem Verhältnis aus der maximalen Strahlungsdichte einer (verlustbehafteten) Antenne mit einer Vorzugsrichtung zu der Strahlungsdichte einer idealisierten Vergleichsantenne, die möglichst ungerichtet, also isotrop, sendet. Ferner gibt es eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen dem Antennengewinn und dem Richtfaktor einer Antenne. Je kleiner der Öffnungswinkel einer Antenne ist und demzufolge je ausgeprägter ihre Richtcharakteristik, um so höher ist andererseits ihr Antennengewinn. Damit verknüpft ist auch die Apertur einer Antenne, also die Größe ihrer abstrahlenden Öffnung oder Fläche. Je größer die Apertur, um so ausgeprägter die Richtcharakteristik, und um so größer der Antennengewinn. Dies führt gerade auch bei Einsatz im Mikrowellenbereich zu relativ großen Abmessungen mit einem Durchmesser der Aperturöffnung oder der abstrahlenden Fläche bis zu etwa 10 cm.On the other hand, it is precisely in this area of application that a high directional characteristic of the antennas is important. For radar sensors medium to long range, so about 100 m or more, forms the combination of transmitting and receiving antenna (s) and their respective available antenna gain a major criterion for the sensitivity and thus for the range of the radar. In this case, the antenna gain corresponds to the ratio of the maximum radiation density of a (lossy) antenna with a preferred direction to the radiation density of an idealized reference antenna that transmits as non-directionally as possible, ie isotropically. Furthermore, there is a mutual dependence between the antenna gain and the directivity of an antenna. The smaller the aperture angle of an antenna and consequently the more pronounced its directional characteristic, the higher its antenna gain. Also associated with this is the aperture of an antenna, ie the size of its radiating aperture or area. The larger the aperture, the more pronounced the directional characteristic, and the greater the antenna gain. Even when used in the microwave range, this leads to relatively large dimensions with a diameter of the aperture opening or the radiating surface of up to approximately 10 cm.

Andererseits gibt es in vielen Anwendungsfällen - bspw. im automotiven Bereich oder auch bei industriellen Anwendungen wie bspw. der Füllstandsmessung - häufig Vorgaben hinsichtlich der maximalen Größe eines derartigen Sensors, die nur mit Antennen zu erfüllen sind, deren Durchmesser bei maximal etwa 10 bis 12 cm liegt. Die - erforderliche - Kombination einer Sende- und einer Empfangsantenne führt zu dem doppelten Flächenbedarf, was in vielen Fällen als großer Nachteil empfunden wird.On the other hand, in many applications - eg in the automotive sector or even in industrial applications such as level measurement - there are often specifications regarding the maximum size of such a sensor, which can only be met with antennas whose diameter is at most about 10 to 12 cm lies. The - required - combination of a transmitting and a receiving antenna leads to twice the space requirement, which is perceived as a major disadvantage in many cases.

Als Gegenmaßnahme könnte man versuchen, das 77 GHz-Frequenzband anstelle des 24 GHz-Frequenzbandes zu verwenden; allerdings bringt dies steigende Kosten für die dazu benötigten Hochfrequenzkomponenten mit sich.As a countermeasure one could try to use the 77 GHz frequency band instead of the 24 GHz frequency band; However, this entails rising costs for the required high-frequency components with it.

Eine andere Möglichkeit zur Reduzierung der Antennenabmessungen bestünde darin, nur eine einzige Antenne zu verwenden und dieselbe nicht mittels Schaltern umzuschalten, sondern die ein- und ausgehenden Signale mittels Sende-/Empfangsweichen od. dgl. voneinander zu trennen. Hierfür kommt einerseits ein Zirkulator in Betracht, der aber einerseits sehr teuer ist und andererseits nicht kompatibel zur Planartechnik ist, andererseits ein sog. Power-Splitter, der jedoch erheblich schlechtere, technische Eigenschaften aufweist. Eine stärkere Bündelung oder Richtcharakteristik als 11° x 11° läßt sich damit im 24 GHz-Bereich nicht erzielen.Another possibility for reducing the antenna dimensions would be to use only a single antenna and not to switch the same by means of switches, but od the incoming and outgoing signals by means of transceiver or the like. To separate from each other. For this purpose, on the one hand a circulator is considered, but on the one hand is very expensive and on the other hand is not compatible with planar technology, on the other hand, a so-called. Power splitter, however, has significantly worse technical properties. A stronger bundling or directional characteristic than 11 ° x 11 ° can not be achieved in the 24 GHz range.

Die US 2003/137456 A1 betrifft ein Dualband-Antennensystem, bspw. für die Kommunikation über größere Entfernungen, und zweifelsohne nicht für Radargeräte, bei denen Sende- und Empfangsantenne naturgemäß auf das selbe Frequenzband abgestimmt sein müssen, damit die Empfangsantenne das reflektierte Signal der Sendeantenne empfangen kann. Deswegen werden dort auch Antennenpatches mit erheblich voneinander abweichenden Abmessungen miteinander verschränkt.The US 2003/137456 A1 relates to a dual-band antenna system, for example, for the communication over long distances, and certainly not for radars in which the transmitting and receiving antenna must naturally be tuned to the same frequency band, so that the receiving antenna can receive the reflected signal of the transmitting antenna. That is why antenna patches with significantly different dimensions are interlinked with each other.

Ein ähnliches Anwendungsgebiet betrifft das US-Patent 5,923,296 A . Das daraus vorbekannte Antennensystem wäre überdies überhaupt nicht für Radaranwendungen geeignet, da die verschiedenen, miteinander verschränkten Antennenpatches unterschiedliche Vorzugsrichtungen aufweisen, was an den länglichen, überwiegend vertikalen Rechtecken und an den länglichen, überwiegend horizontalen Rechtecken dazwischen zu erkennen ist. Dies entspricht unterschiedlichen Polarisationsrichtungen, z.B. horizontal einerseits und vertikal andererseits. Bei Radargeräten hat jedoch die reflektierte Welle dieselbe Polarisationsrichtung wie die ausgesandte, so dass eine solche Sendeantenne keinesfalls die reflektierten Signale empfangen könnte.A similar field of application relates to U.S. Patent 5,923,296A , Moreover, the previously known antenna system would not be suitable for radar applications at all, since the different, mutually entangled antenna patches have different preferred directions, which is due to the elongated, predominantly vertical rectangles and to recognize the elongated, predominantly horizontal rectangles in between. This corresponds to different polarization directions, for example horizontally on the one hand and vertically on the other hand. In radars, however, the reflected wave has the same direction of polarization as that emitted, so that such a transmitting antenna could not receive the reflected signals.

Auch die US 2004/196203 A1 betrifft keine Radaranwendung, wo das ausgesandte Signal nach dessen Reflektion wieder aufgefangen wird, sondern eine Antennenanordnung für einen Satelliten eines sog. Global Positioning Systems (GPS), welches die Grundlage für moderne Navigationsgeräte darstellt. Hierbei kommt es überhaupt nicht auf den Empfang des ausgesandten Signals an, sondern nur auf die Übertragung von bestimmten, aufmodulierten Informationen. Auch aus diesem Grunde sind hier wohl die unterschiedlichen Antennenelemente nicht in einem gemeinsamen, regelmäßigen Verschränkungsmuster angeordnet, sondern es gibt räumlich unterschiedlich gestaltete Bereiche, zumeist einen zentralen Bereich mit einem anderen Muster als in dem peripheren Bereich.Also the US 2004/196203 A1 does not relate to a radar application where the emitted signal is recovered after its reflection, but an antenna arrangement for a satellite of a so-called Global Positioning System (GPS), which is the basis for modern navigation devices. It does not depend on the reception of the transmitted signal, but only on the transmission of certain modulated information. For this reason as well, the different antenna elements are probably not arranged in a common, regular entanglement pattern, but there are spatially differently shaped areas, usually a central area with a different pattern than in the peripheral area.

Ferner betrifft das US-Patent 5,017,931 A ein Feld mit Microstreifen-Antennenelementen zur Verwendung in einem Millimeterwellen-Frequenzbereich zum Abstrahlen und Empfangen eines breiten Energiestrahls, wobei ein erstes, an seinem Rand gespeistes Feld von Sendeelementen verschränkt ist mit den Sendeelementen eines im Zentrum gespeisten Feldes, mit dem Zweck, die Antenneneigenschaften möglichst stabil im Hinblick auf die Temperatur und Frequenz zu gestalten. Dabei variieren die Antennenelemente der verschiedenen Felder hinsichtlich ihrer Anordnung und Größe auf unterschiedliche Weise, so dass die Richtcharakteristiken der verschiedenen Antennenfelder erheblich voneinander abweichen. Schließlich offenbart dieses Dokument nur eine Antenne als solches ohne fest angeschlossene HF-Schaltkreise.Furthermore, this concerns U.S. Patent 5,017,931A a field with microstrip antenna elements for use in a millimeter-wave frequency range for emitting and receiving a wide energy beam, wherein a first, fed at its edge field of transmitting elements is entangled with the transmitting elements of a center-fed field, with the purpose of the antenna characteristics as possible stable in terms of temperature and frequency shape. In this case, the antenna elements of the various fields vary in their arrangement and size in different ways, so that the directional characteristics of the various antenna fields differ significantly. Finally, this document discloses only one antenna as such without permanently connected RF circuits.

Die DE 10 2006 042 487 A1 offenbart eine Planarantennenanordnung für elektromagnetische Strahlen, bestehend aus wenigstens zwei Empfangsantennen, die jeweils aus einer Vielzahl von auf ein Substrat aufgedruckten, diskreten, durch jeweils ein Speisenetzwerk miteinander verbundenen Antennenflächen bestehen, wobei die Antennenflächen in der Messrichtung verschachtelt zueinander angeordnet sind. Um ein Übersprechen zwischen den verschiedenen Antennen zu verhindern, kann zwischen jenen eine linienförmige Abschirmung aufgedruckt sein. Allerdings sind die Speisenetzwerke für die verschiedenen Antennen nicht voneinander abgeschirmt, sondern sind insbesondere in bestimmten Bereichen relativ nah beieinander vorbei geführt, so dass ein Übersprechen zwar nicht zwischen den Antennenflächen selbst stattfindet, wohl aber zwischen den jene kontaktierenden Speisenetzwerken, welche auf bestimmten Pfaden zwischen den Antennenflächen hindurch geführt sind. Darüber hinaus ist nicht erkennbar, wohin diese Speisenetzwerke führen, da keinerlei HF-Sende- oder -Empfangsbausteine offenbart sind, wo ja - gerade bei längeren Entfernungen - ebenfalls ein Übersprechung stattfinden kann.The DE 10 2006 042 487 A1 discloses a planar antenna array for electromagnetic radiation consisting of at least two receiving antennas, each consisting of a plurality of printed on a substrate, discrete, each interconnected by a feed network antenna surfaces, wherein the antenna surfaces are arranged in the measuring direction nested to each other. To prevent crosstalk between the various antennas, a line shield may be printed between them. However, the feed networks for the different antennas are not shielded from each other, but are guided in particular relatively close to each other in certain areas, so that crosstalk does not take place between the antenna surfaces themselves, but between those contacting feed networks, which on certain paths between the Antenna surfaces are guided through. In addition, it is not clear where these feed networks lead, since no RF transmitting or receiving blocks are disclosed, where indeed - especially at longer distances - also a crosstalk can take place.

Aus den beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Radarantennenanordnung derart zu optimieren, dass sowohl für die Sende- als auch für die Empfangsantenne gemeinsam eine zur Verfügung stehende Fläche von etwa 100 bis 150 cm² ausreicht. Nach Möglichkeit soll die Anordnung dabei so getroffen werden, dass dazu weder teure Zusatzbauteile wie Zirkulator, Power-Splitter, Umschalter, etc. benötigt werden, ferner soll eine Anwendung im Mikrowellen-ISM-Frequenzband bei 24 GHz möglich sein, also bei Radarfrequenzen unterhalb von 70 GHz, und schließlich sollen die Antennen möglichst optimal voneinander entkoppelt bzw. isoliert sein; ein Übersprechen soll vermieden werden.The described disadvantages of the prior art result in the problem initiating the invention of optimizing a radar antenna arrangement such that an available area of approximately 100 to 150 cm ^{2 is} sufficient for both the transmitting and the receiving antenna. If possible, the arrangement should be made in such a way that neither expensive additional components such as circulator, power splitter, changeover switch, etc. are required, furthermore an application in the microwave ISM frequency band at 24 GHz should be possible, ie at radar frequencies below 70 GHz, and finally, the antennas should be optimally decoupled from each other or isolated; Crosstalk should be avoided.

Die Lösung dieses Problems gelingt bei einer gattungsgemäßen Antennenanordnung dadurch, dass

a) der ersten und der zweiten Antennengruppe jeweils ein eigener HF-Schaltkreis mit einem HF-Sende- und/oder Empfangsbaustein zugeordnet ist, an welchen die Anschlüsse der jeweils miteinander gekoppelten Antennenelemente der betreffenden Antennengruppe fest angeschlossen sind, also ohne Einfügung eines (Um-) Schaltelementes, Zirkulators, Power-Splitters od. dgl., so dass beide Antennengruppen gleichzeitig betreibbar sind;
b) wobei ferner eine von der Vorderseite der Platine nur durch eine dünne, elektrisch isolierende Lage getrennte, ansonsten jedoch unmittelbar folgende Zwischenschicht als nahezu geschlossene, elektrisch leitende Masseschicht konzipiert ist;
c) wobei hinter der elektrisch leitenden Masseschicht, von dieser nur durch eine weitere, elektrisch isolierende Lage getrennt, eine weitere Schicht mit einem ersten Leiterbahnsystem vorgesehen ist, welches ausschließlich die Antennenflächen einer ersten Antennengruppe untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung verbindet;
d) während sich ein zweites, ausschließlich die Antennenflächen der zweiten Antennengruppe untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung verbindendes Leiterbahnsystem hinter einer zweiten, nahezu geschlossenen, elektrisch leitenden Masseschicht angeordnet ist, die von dem ersten und zweiten Leiterbahnsystem nur durch je eine elektrisch isolierende Lage getrennt ist;
e) und wobei zu jeder Antennengruppe wenigstens ein Antennenelement existiert, das in wenigstens einer Verschränkungsrichtung der betreffenden Antennenanordnung von wenigstens zwei gleich weit entfernten Antennenelementen einer anderen Antennengruppe flankiert wird sowie von wenigstens zwei, jeweils gleich weit von dem ersten Antennenelement entfernten Antennenelementen der selben Antennengruppe, wobei die Fläche aller Antennenelemente innerhalb jeder Spalte bei der jeweils mittleren Antennenfläche am größten ist und zu dem oberen und unteren Ende der Spalte hin jeweils ständig abnimmt.

The solution to this problem succeeds in a generic antenna arrangement in that

a) each of the first and the second antenna group is assigned its own RF circuit with an RF transmitting and / or receiving module to which the terminals of the mutually coupled antenna elements of the respective antenna group are firmly connected, ie without the insertion of a (Um- ) Switching element, circulator, power splitter od. Like., So that both antenna groups are operated simultaneously;
b) further wherein a separate from the front of the board only by a thin, electrically insulating layer, but otherwise immediately following Intermediate layer is designed as a nearly closed, electrically conductive ground layer;
c) wherein behind the electrically conductive ground layer, separated from this only by a further, electrically insulating layer, a further layer is provided with a first interconnect system which connects only the antenna surfaces of a first antenna group with each other and / or with a common connection line;
d) while a second, exclusively the antenna surfaces of the second antenna group with each other and / or with a common connecting line interconnecting track system behind a second, almost closed, electrically conductive ground layer is arranged, of the first and second interconnect system only by an electrically insulating layer is separated;
e) and wherein at least one antenna element exists for each antenna group, which is flanked in at least one direction of intersection of the relevant antenna arrangement of at least two equally distant antenna elements of another antenna group and of at least two, each equally far from the first antenna element remote antenna elements of the same antenna group, wherein the area of all the antenna elements within each column is greatest at the respective central antenna surface and constantly decreases towards the top and bottom of the column.

Der gleichzeitige Betrieb mehrerer Antennen bzw. mehrerer Gruppen von Antennenelementen ist für Anwendungen im Radarbereich besonders wichtig, wo Reflexionen der ausgestrahlten Signale nahezu zeitgleich wieder empfangen werden müssen. Ferner werden durch den gleichzeitigen Betrieb teure Zusatzbauteile wie Zirkulator, Power-Splitter, Umschalter, etc. entbehrlich. Bei Verwendung eines Umschalters od. dgl. ist zumeist nicht für jede Antenne ein eigener HF-Sende- oder HF-Empfangsbaustein vorhanden, sondern mehrere Antennen teilen sich einen solchen, was einen gleichzeitigen Betrieb unmöglich macht. Außerdem entstehen durch derartige Umschaltbauteile od. dgl. zusätzliche Kosten, und zumeist lassen sich nachteilige Einflüsse auf die zu verarbeitenden Signale, bspw. Reflexionen, stehende Wellen od. dgl., nicht vollständig vermeiden.The simultaneous operation of several antennas or multiple groups of antenna elements is particularly important for radar applications, where reflections of the radiated signals must be received almost simultaneously. Furthermore, by the simultaneous operation expensive additional components such as circulator, power splitter, switch, etc. unnecessary. When using a switch od. Like. Mostly not for each antenna, a separate RF transmitting or RF receiving block is present, but several antennas share such, making a simultaneous operation impossible. In addition, due to such switching components od. Like. Additional costs, and usually can be adverse effects on the signals to be processed, for example. Reflections, standing waves od. Like., Not completely avoided.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Begriff "verschränkt" in dem Sinne zu verstehen, dass wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Antennenelement(e) einer Gruppe (jeweils) zwischen wenigstens zwei Antennenelementen einer anderen Gruppe angeordnet ist/sind; vorzugsweise gilt dies auch umgekehrt, derart, dass also wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Antennenelemente der zweiten Gruppe an zwei einander etwa gegenüberliegenden Seiten von wenigstens je einem Antennenelement der ersten Gruppe umgeben ist/sind. Eine solche Verschränkung bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich: Die Apertur bzw. Abstrahlfläche einer Antennengruppe kann mit der von den jeweils periphersten Antennen dieser Gruppe umgrenzte bzw. markierte Gesamtfläche gleichgesetzt werden, also in etwa der Fläche der gesamten Antennnenanordnung, so dass die zur Verfügung stehende Fläche von beiden (oder noch mehr) Antennengruppen optimal genutzt werden kann. Dennoch können die einzelnen Antennenelemente individuell ausgelegt bzw. eingestellt werden, insbesondere hinsichtlich Resonanz und Impedanz. Die Erfindung beschreibt eine Möglichkeit, um das Übersprechen zwischen direkt benachbarten Antennenelementen bzw. zwischen miteinander verschränkten Antennengruppen zu minimieren.In the context of the present invention, the term "entangled" is to be understood in the sense that at least one, preferably a plurality of antenna element (s) of one group is (are) arranged between at least two antenna elements of a different group; preferably, this also applies vice versa, such that at least one, preferably a plurality of antenna elements of the second group is / are surrounded on two mutually approximately opposite sides of at least one respective antenna element of the first group. Such an entanglement entails a number of advantages: the aperture or radiating surface of an antenna group can be equated with the total area delimited or marked by the respective most peripheral antennas of this group, ie approximately the surface of the entire antenna arrangement, so that the available standing area of both (or even more) antenna groups can be optimally used. Nevertheless, the individual antenna elements can be designed or adjusted individually, in particular with regard to resonance and impedance. The invention describes a possibility to minimize the crosstalk between directly adjacent antenna elements or between mutually entangled antenna groups.

Als weiteres Merkmal existiert zu jeder Antennengruppe wenigstens ein Antennenelement ("mittiges Antennenelement"), welches in jeder Verschränkungsrichtung von zwei "fremden" Antennenelementen (von einer fremden Antennengruppe) und von zwei "gleichen" Antennenelementen (von der gleichen Antennengruppe) flankiert wird, wobei vorzugsweise zwei fremde Antennenelemente jeweils in beliebigen, aber untereinander identischen Abständen zu dem mittigen Antennenelement angeordnet sind, und wobei vorzugsweise zwei gleiche Antennenelemente jeweils in beliebigen, aber untereinander identischen Abständen zu dem mittigen Antennenelement angeordnet sind. Dieses Merkmal ist kennzeichnend für einen hohen Verschränkungsgrad unter den beteiligten Antennengruppen, was wiederum für einen sehr sanften und glatten Verlauf des Antennendiagramms förderlich ist, sowie insbesondere für die Unterdrückung von Nebenmaxima bzw. Nebenkeulen. Dies wiederum ist für die Eindeutigkeit eines Meßergebnisses von großer Bedeutung und damit für die Zuverlässigkeit eines ggf. berechneten Ablagewinkels.As a further feature, at least one antenna element ("central antenna element") flanking each antenna array is flanked by two "foreign" antenna elements (from a foreign antenna array) and two "equal" antenna elements (from the same antenna array) preferably two foreign antenna elements are each arranged at arbitrary but mutually identical distances from the central antenna element, and wherein preferably two identical antenna elements are each arranged at arbitrary but mutually identical distances from the central antenna element. This feature is characteristic of a high degree of entanglement among the antenna groups involved, which in turn is conducive to a very smooth and smooth course of the antenna pattern, and in particular for the suppression of secondary maxima or side lobes. This in turn is for the uniqueness of a measurement result of great importance and thus for the reliability of a possibly calculated storage angle.

Ferner sind die miteinander verschränkten Antennenelemente in einem regelmäßigen Flächenmuster angeordnet mit Spalten und Zeilen. Ein solches Muster begünstigt die gleichförmige Überlagerung der von den einzelnen Antennenelementen abgegebenen oder aufgenommenen Sendesignale.Furthermore, the interlaced antenna elements are arranged in a regular surface pattern with columns and rows. Such a pattern favors the uniform superposition of the transmitted or emitted by the individual antenna elements transmission signals.

Außerdem sind die Flächen aller Antennenelemente innerhalb jeder Spalte bei der jeweils mittleren Antennenfläche am größten und nehmen zu dem oberen und unteren Ende der Spalte hin jeweils ständig ab. Da die Gesamtanordnung meistens (spiegel-) symmetrisch ist, gibt es meistens zwei zueinander symmetrisch angeordnete Antennenflächen, welche bevorzugt auch in ihren Abmessungen weitgehend identisch sind.In addition, the areas of all the antenna elements within each column are largest at the mean antenna area, respectively, and constantly decrease toward the top and bottom of the column, respectively. Since the overall arrangement is usually (mirror) symmetrical, there are usually two mutually symmetrically arranged antenna surfaces, which are preferably also largely identical in their dimensions.

Mehrere oder vorzugsweise alle Antennenelemente sind auf einem platten- oder platinenförmigen Substrat angeordnet. Dessen Aufgabe kann einerseits die Isolation der Antennenelemente gegenüber weiteren Schaltungsteilen sein, andererseits auch die mechanische Abstützung der Antennenelemente, um dieselben in einem konstanten Raster möglichst unverrückbar zu fixieren.Several or preferably all antenna elements are arranged on a plate or platinum-shaped substrate. Whose task can be on the one hand, the isolation of the antenna elements compared to other circuit parts, on the other hand, the mechanical support of the antenna elements to fix them as immovable as possible in a constant grid.

Indem die angeschlossenen HF-Schaltkreise auf dem selben Substrat angeordnet sind wie wenigstens zwei miteinander verschränkte Antennengruppen, erhält man einerseits eine platzsparende Anordnung. Außerdem können die Verbindungsleitungen möglichst kurz gestaltet werden, so dass die Einstreuung von Störsignalen minimiert wird; gleichzeitig werden auch Anschlüsse für Kabel od. dgl. zu anderen Platinen, etc. vermieden, wodurch sich Reflexionen od. dgl. systematische Störfaktoren ebenfalls minimieren lassen.By arranging the connected RF circuits on the same substrate as at least two mutually entangled antenna groups, one obtains a space-saving arrangement on the one hand. In addition, the connecting lines can be made as short as possible, so that the interference of interference signals is minimized; At the same time, connections for cables or the like to other circuit boards etc. are avoided, whereby reflections or the like can likewise be minimized.

Indem die Antennenelemente auf einer Seite eines flächigen Substrats, insbesondere einer Platine, angeordnet sind, auf dessen/deren Rückseite sich wenigstens ein, vorzugsweise beide HF-Sende- und/oder HF-Empfangsbausteine befinden, erfolgt eine Aufteilung der unterschiedlichen Schaltungs- bzw. Antennenkomponenten auf beide Flachseiten eines flächigen Substrats, wodurch dessen Flächenbedarf optimal ausgenutzt wird. Der Flächenbedarf der Gesamtanordnung wird somit auf die von den Antennen benötigte Fläche reduziert.By arranging the antenna elements on one side of a planar substrate, in particular a printed circuit board, on the rear side of which there are at least one, preferably both RF transmitting and / or receiving modules, a division of the different circuit components or antenna components takes place on both flat sides of a flat substrate, whereby its space requirement is optimally utilized. The area requirement of the overall arrangement is thus reduced to the area required by the antennas.

Außerdem wirkt sich die Schaltung auf der Rückseite der Platine funktechnisch weit weniger störend aus als auf der die Antennen tragenden Vorderseite der Platine. Zur Ankopplung der Antennen an die HF-Bausteine kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein, vorzugsweise beide HF-Sende- und/oder HF-Empfangsbausteine mittels jeweils einer oder mehrerer das Substrat, insbesondere die Platine, durchsetzender Durchkontaktierungen mit den Antennenelementen der betreffenden Antennengruppe gekoppelt ist/sind. Dadurch lassen sich die Kontaktierungen auf kurzen Wegen bewirken, was einem optimalen Signalfluß zuträglich ist.In addition, the circuit on the back of the board has a much less disruptive effect on the radio than on the front side of the board carrying the antennas. For coupling the antennas to the RF components, it can be provided that at least one, preferably both RF transmission and / or RF reception components are coupled to the antenna elements of the respective antenna group by means of one or more through-contacts penetrating the substrate, in particular the circuit board is / are. As a result, the contacts can be effected in a short way, which is conducive to optimal signal flow.

Dabei ist der ersten und der zweiten Antennengruppe jeweils ein eigener HF-Empfangsbaustein zugeordnet, so dass beide Antennengruppen gleichzeitig als Empfangsantennen betreibbar sind. Durch unterschiedliche Richtcharakteristiken und/oder einen gegenseitigen Versatz können diese beiden Empfangsantennengruppen unterschiedliche Informationen über ein Radarwellen reflektierendes Objekt liefern, wenn sie gleichzeitig aktiv sind. Indem an den einer Antennengruppe zugeordneten HF-Empfangsbaustein die Anschlüsse der jeweils miteinander gekoppelten Antennenelemente der betreffenden Antennengruppe fest angeschlossen sind, so lassen sich beide Antennengruppen gleichzeitig als Empfangsantennen betreiben.In this case, each of the first and the second antenna group is assigned its own RF reception module, so that both antenna groups can be operated simultaneously as receiving antennas. Through different directional characteristics and / or mutual offset, these two receive antenna groups can provide different information about a radar-wave reflecting object when they are active at the same time. By the terminals of the respectively coupled antenna elements of the respective antenna group are fixedly connected to the one RF group receiving element associated with an antenna group, so both antenna groups can be operated simultaneously as receiving antennas.

Dies hat bspw. den Vorteil, dass zwei oder mehrere Empfangsantennengruppen seitlich gegeneinander versetzt und/oder mit unterschiedlicher Richtcharakteristik verwendet werden können, um aus der reflektierten Strahlung eine maximale Information zu erhalten, insbesondere über Lage bzw. Ablagewinkel eines reflektierenden Objektes.This has, for example, the advantage that two or more receiving antenna groups laterally offset from each other and / or can be used with different directional characteristics in order to obtain maximum information from the reflected radiation, in particular on the location or storage angle of a reflecting object.

Besondere Vorteile ergeben sich daraus, dass die Gesamtfläche der ineinander verschränkten Antennengruppen etwa gleich dem Flächenbedarf der Antennengruppe mit der engsten Richtcharakteristik ist, wobei die Breite der Richtcharakteristik der 3 dB-Keulenbreite des betreffenden Antennendiagramms entspricht. Zum Erreichen einer vorgegebenen Richtcharakteristik bedarf es bestimmter äußerer Abmessungen einer Antenne bzw. Antennengruppe, welche deren Apertur bestimmen. Dabei erfordert die Antenne mit der engsten Richtcharakteristik die größte Fläche, und innerhalb des Umrisses dieses Flächenbedarfs ordnet die Erfindung stattdessen mehrere Antennengruppen an, so dass sich bei der Erfindung der effektive Platzbedarf gegenüber einer einzigen Antennengruppe nicht erhöht.Particular advantages result from the fact that the total area of the intertwined antenna groups is approximately equal to the area requirement of the antenna group with the narrowest directional characteristic, the width of the directional characteristic of the 3 dB beam width of the respective antenna pattern corresponds. To achieve a given directional characteristic requires certain external dimensions of an antenna or antenna array, which determine their aperture. It requires the antenna with the narrowest Directional characteristic, the largest area, and within the outline of this area requirement, the invention instead arranges several antenna groups, so that in the invention, the effective space requirement compared to a single antenna group does not increase.

Die Erfindung erlaubt es, die Trennschärfe zwischen zwei, mehr oder allen Antennengruppen (jeweils) gleich oder größer als 20 dB zu wählen. Dies resultiert insbesondere daraus, dass - wie die Erfindung weiterhin vorsieht - zwischen unterschiedlichen Antennengruppen keinerlei Verbindungen - insbesondere auch nicht durch Halbleiterelemente oder sonstige Schaltungsteile - existieren.The invention makes it possible to select the selectivity between two, more or all antenna groups (in each case) equal to or greater than 20 dB. This results in particular from the fact that - as the invention also provides - between different antenna groups no connections - especially not by semiconductor elements or other circuit parts - exist.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die unterschiedlichen Antennengruppen an jeweils einem gemeinsamen Ein- oder Ausgang, insbesondere HF-Ein- oder - Ausgang, angeschlossen oder fest angekoppelt sind. Damit ist jede Antennengruppe über ein einziges, gemeinsames elektrisches HF-Ein- oder -Ausgangssignal betreibbar, das schaltungstechnisch leicht erzeugt bzw. ausgewertet werden kann.It is within the scope of the invention that the different antenna groups are each connected to a common input or output, in particular RF input or output, or are permanently coupled. In this way, each antenna group can be operated via a single, common electrical RF input or output signal, which can be easily generated or evaluated in terms of circuitry.

Die Radarantennenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass entlang wenigstens einer Raumrichtung aufeinanderfolgende Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen einander abwechseln. Damit ergeben sich jeweils Antennenreihen mit etwa gleichen, vorzugsweise etwa gerasterten Abständen der einzelnen Antennenmitglieder einer Gruppe. Dadurch wird die zur Verfügung stehende Gesamtfläche mit einer möglichst gleichförmigen Sendeleistung bzw. Empfangsfeldstärke optimal genutzt und trägt daher komplett zur Apertur- bzw. Strahlungsfläche bei.The radar antenna arrangement is characterized in that, along at least one spatial direction, successive antenna elements of different antenna groups alternate with one another. This results in each antenna rows with approximately the same, preferably approximately rasterized intervals of the individual antenna members of a group. As a result, the available total area is optimally utilized with a transmission power or reception field strength which is as uniform as possible and therefore contributes completely to the aperture or radiation area.

Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass entlang zweier, unterschiedlicher Raumrichtungen jeweils aufeinanderfolgende Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen einander abwechseln. Damit ergeben sich jeweils Antennenfelder mit etwa gleichen, vorzugsweise etwa gerasterten Abständen der einzelnen Antennenmitglieder einer Gruppe. Dadurch wird die zur Verfügung stehende Gesamtfläche mit einer möglichst gleichförmigen Sendeleistung bzw. Empfangsfeldstärke optimal genutzt und trägt daher komplett zur Apertur- bzw. Strahlungsfläche bei.The invention can be further developed such that in each case successive antenna elements of different antenna groups alternate along two different spatial directions. This results in each antenna fields with approximately the same, preferably approximately rasterized intervals of the individual antenna members of a group. As a result, the available total area is optimally utilized with a transmission power or reception field strength which is as uniform as possible and therefore contributes completely to the aperture or radiation area.

Bevorzugt verlaufen die beiden Raumrichtungen, entlang welcher jeweils aufeinanderfolgende Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen einander abwechseln, etwa rechtwinklig zueinander. Damit ergeben sich höchst geordnete und überschaubare Verhältnisse, wobei benachbarte Antennenelemente der selben Antennengruppe stets etwa gleiche Abstände zueinander aufweisen.Preferably, the two spatial directions along which each successive antenna elements of different antenna groups alternate, approximately at right angles to each other. This results in highly ordered and manageable conditions, wherein adjacent antenna elements of the same antenna group always have approximately equal distances from one another.

Für die Lage der Flächenschwerpunkte aller Antennen (-flächen) pro Antennengruppe läßt sich ebenfalls eine Relation zwischen unterschiedlichen Antennengruppen aufstellen: Hier sollte der Abstand der Flächenschwerpunkte möglichst nicht größer sein als der Abstand zwischen zwei Antennen (-flächen) derselben Antennengruppe, welche wenigstens eine Antenne einer anderen Antennengruppe zwischen sich einschließen, bei einem Schachbrettmuster also die nächstgelegenen Antennen derselben Antennengruppe innerhalb derselben Reihe oder Spalte, entsprechend der innerhalb einer Spalte oder Reihe eines Schachbrettes nächstgelegenen Felder mit derselben Farbe. Obzwar sich auf diesem Weg bei Schachbrettmustern mit jeweils gerader Zeilen- und Spaltenzahl, also bspw. jeweils acht oder jeweils zehn, sogar eine Anordnung finden läßt, bei welcher die Flächenschwerpunkte zweier unterschiedlicher Antennengruppen zusammenfallen, wird in vielen Anwendungsfällen ein mehr oder weniger großer Versatz der Flächenschwerpunkte gewünscht sein.For the position of the centroids of all antennas (surfaces) per antenna group can also establish a relation between different antenna groups: Here, the distance of the centroids should not be greater than the distance between two antennas (surfaces) of the same antenna group, which at least one antenna another group of antennas between them, ie, in a checkerboard pattern, the nearest antennas of the same group of antennas within the same row or column, corresponding to the fields of the same color closest to each other within a column or row of a chessboard. Although in this way in checkerboard patterns with even row and column number, so for example, each eight or ten, even find an arrangement in which coincide the centroids of two different antenna groups, in many cases a more or less large offset Areas of emphasis may be desired.

Die erfindungsgemäße Anordnung begünstigt eine Ausführung, wobei mehrere oder vorzugsweise alle Antennenelemente als Antennenflächen und/oder als planare Antennen ausgeführt sind. Solche Antennen werden üblicherweise als "Antennenpatches" bezeichnet; sie lassen sich vollflächig auf einem platten- oder platinenförmigen Substrat fixieren, um so ein Höchstmaß der mechanischen Stabilität zu erreichen.The arrangement according to the invention favors an embodiment in which several or preferably all the antenna elements are designed as antenna surfaces and / or as planar antennas. Such antennas are commonly referred to as "antenna patches"; they can be fixed over a full surface on a plate- or platinum-shaped substrate in order to achieve maximum mechanical stability.

Mehrere oder vorzugsweise alle Antennenpatches können bspw. jeweils eine eckige, vorzugsweise eine rechteckige oder quadratische Fläche aufweisen. Eine solche Anordnung ist einerseits für die Anordnung in einem Muster mit in einem konstanten Raster angeordneten Antennen geeignet. Andererseits können sich - bedingt durch die konstante Länge solcher Flächen - auf solchen Antennen stehende Wellen optimal ausbilden, so dass sich eine ausgeprägte Resonanzkurve ergibt und die Sende- und/oder Empfangsfrequenz scharf begrenzt werden kann. Derartige Patches eignen sich bevorzugt für eine lineare Polarisierung.Several or preferably all antenna patches can, for example, in each case have an angular, preferably a rectangular or square area. On the one hand, such an arrangement is suitable for arrangement in a pattern with antennas arranged in a constant grid. On the other hand, due to the constant length of such surfaces, standing waves on such antennas can form optimally, so that a pronounced resonance curve results and Transmission and / or reception frequency can be sharply limited. Such patches are preferably suitable for a linear polarization.

Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass mehrere oder vorzugsweise alle Antennenpatches jeweils eine mehreckige, insbesondere abgeschrägte, oder gar eine kreisförmige Fläche aufweisen, insbesondere eine Fläche von der Gestalt eines (unregelmäßigen) Sechsecks oder von kreisförmiger Gestalt. Derartige Patches eignen sich bevorzugt für eine zirkulare Polarisierung.The invention can be further developed in that several or preferably all antenna patches each have a polygonal, in particular bevelled, or even a circular surface, in particular an area of the shape of an (irregular) hexagon or of a circular shape. Such patches are preferably suitable for circular polarization.

Die Frage, ob die Patches zu linearen oder zirkularen Schwingungen angeregt werden sollen, ist nicht von grundlegender Bedeutung. Wichtig ist jedoch, dass gegebenenfalls möglichst alle Antennenpatches in der gleichen Art und Raumrichtung schwingen sollen, also bspw. allesamt linear polarisiert, insbesondere allesamt in der selben Raumrichtung und -phase schwingend, oder allesamt zirkular polarisiert, insbesondere ebenfalls allesamt in der selben Phase schwingend. Dies kann u.a. dadurch erreicht werden, dass die Anschlußleitungen aller Patches dieselben stets unter derselben oder allenfalls unter antiparallelen Raumrichtungen erreichen.The question of whether the patches are to be excited to linear or circular oscillations is not of fundamental importance. It is important, however, that as far as possible all antenna patches are to oscillate in the same type and spatial direction, ie, for example, all linearly polarized, in particular vibrating all in the same spatial direction and phase, or all circularly polarized, in particular also all vibrating in the same phase. This can i.a. be achieved in that the leads of all patches the same always under the same or at most reach in antiparallel spatial directions.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zwei, mehrere oder alle flächigen Antennenelemente, insbesondere -patches, an einem Punkt zwischen dem Zentrum und der Peripherie einer dem betreffenden Antennenelement umbeschriebenen Fläche angeschlossen sind, entweder mittels einer Durchkontaktierung zu dem betreffenden Punkt oder im Bereich einer nach innen gerichteten Aussparung in der umbeschriebenen Fläche des betreffenden Antennenpatches. In diesem Bereich kann eine Ankopplung mit einem maximalen Energieaustausch realisiert werden. Dies ist weder am äußeren Rand eines Patches gegeben (weil dort der Stromfluß innerhalb des Patches lotrecht zum Rand stets null ist, so dass sich dort ein Schwingungsknoten ausbildet) noch im geometrischen Zentrum des Patches (weil dort die maximale Schwingungsamplitude auftritt und dieselbe solchenfalls duch das angekoppelte Signal begrenzt wird).It is within the scope of the invention that two, several or all planar antenna elements, in particular patches, are connected at a point between the center and the periphery of a surface described in the relevant antenna element, either by means of a via to the relevant point or in the region inwardly directed recess in the circumscribed surface of the respective antenna patch. In this area, a coupling with a maximum energy exchange can be realized. This is not given at the outer edge of a patch (because there the current flow within the patch is always zero perpendicular to the edge, so that there forms a node) still in the geometric center of the patch (because there the maximum amplitude of oscillation occurs and the same duch the same coupled signal is limited).

Ferner sieht die Erfindung vor, dass in der Fläche der Antennenelemente entweder keine zueinander parallelen Anschluss-Leiterbahnen unterschiedlicher Antennengruppen existieren oder diese einen gegenseitigen Mindestabstand aufweisen, welcher der maximalen Kantenlänge eines Antennenelements entspricht. Dadurch kann ein direktes Übersprechen zwischen diesen Anschluss-Leiterbahnen vermieden oder jedenfalls auf ein Minimum reduziert werden.Furthermore, the invention provides that in the surface of the antenna elements either no mutually parallel connection conductor tracks different Antenna groups exist or they have a mutual minimum distance, which corresponds to the maximum edge length of an antenna element. As a result, direct crosstalk between these connecting tracks can be avoided or at least reduced to a minimum.

An der Peripherie einer Antennengruppe sollte wenigstens ein Antennenelement existieren, dessen aufgenommene und abgestrahlte Sendeleistung (bei Sendebetrieb) oder aufgefangene und weitergegebene Empfangsleistung (bei Empfangsbetrieb) kleiner ist als die von einem Antennenelement im Inneren der betreffenden Antennengruppe, insbesondere im Bereich ihres Flächenschwerpunktes, aufgenommene und abgestrahlte oder aufgefangene und weitergegebene Sende- bzw. Empfangsleistung, vorzugsweise um wenigstens 10 % kleiner, insbesondere um wenigstens 15 % kleiner. Durch die zur Peripherie einer Antennengruppe hin abnehmende Leistung der einzelnen Antennenpatches wird ein abrupter Rückgang der Strahlungsleistung am Rand einer Antennengruppe vermieden, was die Richtcharakteristik verbessert, indem Nebenmaxima weitestgehend unterdrückt werden. Damit lassen sich im Rahmen eines Radarverfahrens weitaus bessere Aussagen über ein reflektierendes Objekt treffen als bei einer Vielzahl von Nebenmaxima, welche die Information erheblich verfälschen können.At the periphery of an antenna group, at least one antenna element should exist whose recorded and radiated transmission power (in transmission mode) or intercepted and transmitted reception power (in reception mode) is smaller than that received by an antenna element in the interior of the relevant antenna group, in particular in the region of its centroid radiated or collected and passed on transmitting or receiving power, preferably smaller by at least 10%, in particular by at least 15% smaller. Due to the performance of the individual antenna patches decreasing towards the periphery of an antenna group, an abrupt decrease in the radiation power at the edge of an antenna group is avoided, which improves the directional characteristic by largely suppressing secondary maxima. Thus, in the context of a radar method, much better statements can be made about a reflecting object than with a large number of secondary maxima, which can significantly falsify the information.

Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die aufgenommene und abgestrahlte Sendeleistung oder die aufgefangene und weitergeleitete Empfangsleistung der Antennenpatches von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere von ihrem Flächenschwerpunkt, zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang jeder Raumrichtung innerhalb der Fläche, kontinuierlich abnimmt. Eine solche stetige Abnahme dient der Vermeidung eines abrupten Übergangs der Strahlungsleistung am Rand der Antennengruppen; dieses wiederum bringt eine erhebliche Reduzierung von Nebenmaxima in der Richtcharakteristik mit sich, und letzteres wiederum hat eine präzisere Informationsauswertung zur Folge sowie eine verläßlichere Vorhersage über die genaue Lage erkannter Objekte.In the context of the invention, it is further provided that the received and radiated transmission power or the received and relayed received power of the antenna patches from a center of the relevant antenna group, in particular from its centroid, to its periphery along at least one spatial direction, preferably along each spatial direction within the area , continuously decreasing. Such a steady decrease serves to avoid an abrupt transition of the radiation power at the edge of the antenna groups; this in turn entails a considerable reduction of secondary maxima in the directional characteristic, and the latter in turn results in a more precise information evaluation and a more reliable prediction of the exact location of detected objects.

Eine optimale Richtcharakteristik ergibt sich insbesondere dadurch, dass die aufgenommene und abgestrahlte Sendeleistung oder die aufgefangene und weitergeleitete Empfangsleistung der Antennenpatches von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere von ihrem Flächenschwerpunkt, zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang jeder Raumrichtung in der Fläche, etwa entlang einer Cosinus- oder Cosinus²-Kurve abnimmt, wobei sich der Nullpunkt des Arguments dieser Kurve im Zentrum bzw. Flächenschwerpunkt der betreffenden Antennengruppe befindet. Solche Kurven schaffen einen maximal glatten Übergang von einer maximalen Sendeleistung im Zentrum einer Antennengruppe zu der außerhalb der Antennengruppe verschwindenden Sendeleistung - die Ausprägung von unerwünschten Nebenmaxima ist minimal.An optimal directional characteristic results in particular from the fact that the received and radiated transmission power or the received and relayed received power of the antenna patches from a center of the relevant antenna group, in particular from its centroid, to its periphery along at least one spatial direction, preferably along each spatial direction in the area decreases approximately along a cosine or cosine curve ^2, wherein the zero point of the argument of this curve in the center or centroid of the respective antenna group located. Such curves create a maximum smooth transition from a maximum transmission power in the center of an antenna group to the transmission power disappearing outside the antenna group - the expression of undesired secondary maxima is minimal.

Zu diesem Zwecke läßt sich erfindungsgemäß die Fläche eines Antennenpatches von dessen Lage abhängig machen, und zwar derart, dass die Fläche eines Antennenpatches vom Zentrum der Radarantennenanordnung bzw. Antennengruppe, insbesondere von dem Flächenschwerpunkt der betreffenden Antennengruppe, entlang wenigstens einer Raumrichtung zu deren Peripherie hin kleiner wird, bspw. linear oder etwa entlang einer Cosinus- oder Cosinus²-Kurve. Die Fläche eines Antennenpatches, insbesondere dessen Breite quer zu einer stehenden Welle, ist charakteristisch für deren Impedanz und damit für ihre Strahlungsstärke.For this purpose, according to the invention, the surface of an antenna patch can be made dependent on its position, in such a way that the surface of an antenna patch from the center of the radar antenna array or antenna group, in particular from the centroid of the relevant antenna group, smaller along at least one spatial direction to the periphery is, for example, linear or approximately along a cosine or cosine ² curve. The surface of an antenna patch, in particular its width transverse to a standing wave, is characteristic for its impedance and thus for its radiation intensity.

Die quer zu ihrer Schwingungsrichtung gemessene Breite der Antennenpatches bestimmt die Impedanz des betreffenden Patches und damit dessen Leistungsaufnahme und -abstrahlung. Wenn diese quer zu ihrer Schwingungsrichtung gemessene Breite der Antennenpatches daher von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere von ihrem Flächenschwerpunkt, zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang jeder Raumrichtung innerhalb der Fläche, abnimmt, bspw. linear oder etwa entlang einer Cosinus- oder Cosinus²-Kurve, so verhält sich die aufgenommene bzw. abgestrahlte Sendeleistung entsprechend.The width of the antenna patches measured transversely to their direction of vibration determines the impedance of the respective patch and thus its power consumption and radiation. Therefore, if this width of the antenna patches measured transversely to their direction of vibration decreases from a center of the relevant antenna group, in particular from its centroid, towards its periphery along at least one spatial direction, preferably along each spatial direction within the surface, for example linearly or approximately along a cosine - or cosine ² curve, so behaves the recorded or radiated transmit power accordingly.

Andererseits ist es auch möglich, die den Antennenpatches zugeführte oder von diesen abgegriffene Leistung von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere von ihrem Flächenschwerpunkt, zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang jeder Raumrichtung innerhalb der Fläche, zu reduzieren, bspw. linear oder etwa entlang einer Cosinus- oder Cosinus²-Kurve. Somit können die peripheren Patches - selbst bei vergleichbarer Impedanz - infolge der geringeren, angebotenen Sendeleistung nur weniger Leistung aufnehmen oder abstrahlen als vergleichbare Patches im Zentrum der betreffenden Antennengruppe. Im Sendebetrieb kann die abgegriffene und zum HF-Empfänger weitergeleitete Leistung reduziert bzw. gedämpft werden, um eine vergleichbare Wirkung beim Empfangsbetrieb zu erreichen.On the other hand, it is also possible for the power supplied to or picked off from the antenna patches from a center of the relevant antenna group, in particular from its centroid, to reduce its periphery along at least one spatial direction, preferably along each spatial direction within the surface, for example, linear or approximately along a cosine or cosine curve ² . Thus, the peripheral patches can absorb or emit less power than comparable patches in the center of the antenna array concerned, even at comparable impedance due to the lower, offered transmission power. In the transmission mode, the tapped and forwarded to the RF receiver power can be reduced or attenuated to achieve a comparable effect in the receive mode.

Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der aufgenommenen und abgestrahlten oder aufgefangenen und weitergeleiteten Leistung besteht darin, dass der Anschluss wenigstens eines Antennenpatches im Bereich der Peripherie der betreffenden Antennengruppe stärker zu dem der Fläche des betreffenden Antennenpatches umbeschriebenen Rand verschoben ist als der Anschluß eines Antennenpatches im Inneren der betreffenden Antennengruppe gegenüber dem dortigen umbeschriebenen Rand. Da im Randbereich die Ankopplung weniger stark ausfällt als in einem eher zentralen Bereich eines Antennenpatches, können derartig dimensionierte, periphere Antennenpatches nur weniger Energie mit dem angeschlossenen HF-Baustein austauschen als Antennenpatches im Zentrum der Antennengruppe.Another possibility for influencing the recorded and radiated or intercepted and forwarded power is that the connection of at least one antenna patch in the region of the periphery of the relevant antenna group is more displaced to the edge of the area of the relevant antenna patch than the connection of an antenna patch inside the antenna relevant antenna group relative to the local edge described there. Since the coupling is less pronounced in the edge region than in a rather central region of an antenna patch, such dimensioned peripheral antenna patches can only exchange less energy with the connected RF component than antenna patches in the center of the antenna group.

Die den Antennenpatches zugeführte oder von diesen abgegriffene Leistung kann mittels Leistungsteilern im Speisenetzwerk zur Peripherie hin reduziert werden, vorzugsweise entsprechend dem Verhältnis von gegebenenfalls voneinander abweichenden Wellenwiderständen in unterschiedlichen Zweigen des Speise- oder Empfangsnetzwerks.The power supplied to the antenna patches or tapped off by these power can be reduced by means of power dividers in the feed network towards the periphery, preferably in accordance with the ratio of possibly differing characteristic impedance in different branches of the supply or receiving network.

Andererseits ist es auch möglich, dass die den Antennenpatches zugeführte oder von diesen abgegriffene Leistung mittels Lambda-Viertel-Transformatoren und/oder mittels Widerständen in bestimmten, insbesondere zu peripheren Antennenpatches führenden Zweigen des Speise- oder Empfangs- bzw. Abgriffsnetzwerks reduziert wird.On the other hand, it is also possible for the power supplied to or picked off from the antenna patches to be reduced by means of quarter-wave transformers and / or resistors in certain branches of the feed or receiving or tapping network leading in particular to peripheral antenna patches.

Die Längserstreckung zweier, mehrerer oder aller Antennenpatches in wenigstens einer gemeinsamen Raumrichtung sollte gleich groß sein. Diese Längserstreckung eignet sich in besonderem Maße zur Ausbildung einer stehenden Resonanzwelle gleicher Schwingfrequenz und sollte daher in einem bestimmten Verhältnis zur Wellenlänge der bevorzugten Radarwelle stehen.The longitudinal extent of two, several or all antenna patches in at least one common spatial direction should be the same size. This longitudinal extension is particularly suitable for the formation of a standing resonance wave of the same oscillation frequency and should therefore be in a certain ratio to the wavelength of the preferred radar wave.

Zur Ausbildung einer stehenden Welle ist es förderlich, dass die gemeinsame Länge zweier, mehrerer oder aller Antennenpatches etwa der halben Wellenlänge der abgestrahlten bzw. sensierten Radarsignale entspricht, oder einem Bruchteil davon, etwa einem Viertel derselben. Im Rahmen einer Erstreckung mit der halben Wellenlänge einer Schwingung kann sich an beiden elektrisch reflektierenden Enden einer Antennenfläche, d.h., an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten, je ein Schwingungsknoten bilden, sowie mit je einem Schwingungsbauch dazwischen.To form a standing wave, it is conducive that the common length of two, several or all of the antenna patches corresponds to approximately half the wavelength of the radiated or sensed radar signals, or a fraction thereof, approximately a quarter of the same. Within the scope of an extension with half the wavelength of a vibration, a respective vibration node can form at both electrically reflective ends of an antenna surface, that is to say at the opposite end faces, as well as with a respective antinode between them.

Wenn benachbarte Antennenpatches geeignet voneinander beabstandet sind, so wird damit eine elektrische Entkopplung zwischen den Antennen, welche vorzugsweise zu unterschiedlichen Antennengruppen zuzuordnen sind, bewirkt. Als geeignet hat sich dabei ein Mindestabstand von wenigstens λ/8 erwiesen, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz im Vakuum entspricht.If adjacent antenna patches are suitably spaced from each other, so that is an electrical decoupling between the antennas, which are preferably assigned to different antenna groups, causes. In this case, a minimum distance of at least λ / 8 has proven to be suitable, where λ corresponds to the wavelength of the radar frequency used in a vacuum.

Andererseits empfiehlt die Erfindung, dass die Antennenpatches einer gemeinsamen Antennengruppe voneinander beabstandet sind, bspw. um etwa die Wellenlänge der abgestrahlten bzw. sensierten Radarsignale oder einem Bruchteil oder Vielfachen davon, bspw. der doppelten Wellenlänge. Durch eine solche Maßnahme kann das phasenrichtige Schwingen unterschiedlicher Antennenpatches einer gemeinsamen Antennengruppe auf einfachem Wege sichergestellt werden.On the other hand, the invention recommends that the antenna patches of a common antenna array are spaced from each other, for example, by about the wavelength of the radiated or sensed radar signals or a fraction or multiple thereof, for example, the double wavelength. By such a measure, the in-phase oscillation of different antenna patches a common antenna group can be ensured in a simple way.

Insbesondere zwei gleichzeitig als Empfangsantennen betriebene Antennengruppen sollten in wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise in etwa horizontaler Richtung, einen Antennenversatz aufweisen, d.h., einen Abstand d zwischen den beiden Antennenschwerpunkten aller Antennenelemente, insbesondere -patches, jeder der beiden Antennengruppen, welcher vorzugsweise kleiner ist als die gesamte Erstreckung der Antennengruppe mit der breitesten Richtcharakteristik in der betreffenden Raumrichtung, wobei die Breite der Richtcharakteristik der 3 dB-Keulenbreite des betreffenden Antennendiagramms entspricht. Ein solcher, relativ geringer Versatz läßt sich nur durch eine Verschränkung der einzelnen Antennenelementen erreichen.In particular, two antenna groups simultaneously operated as receiving antennas should have an antenna offset in at least one spatial direction, preferably in approximately horizontal direction, ie, a distance d between the two antenna centers of all antenna elements, in particular patches, of each of the two antenna groups, which is preferably smaller than that total extent of the antenna array with the widest directional characteristic in the relevant spatial direction, wherein the width of the directional characteristic of the 3 dB lobe width corresponding to the relevant antenna diagram. Such, relatively small offset can only be achieved by an entanglement of the individual antenna elements.

Die erfindungsgemäß miteinander verschränkten Antennenelemente erlauben insbesondere Anordnungen mit einem Abstand d zwischen den beiden Antennenschwerpunkten aller Antennenelemente, insbesondere -patches, zweier Antennengruppen, der gleich oder kleiner ist als die Wellenlänge λ: $0 < d \leq λ .$

The antenna elements entangled with one another according to the invention allow in particular arrangements with a spacing d between the two antenna centers of gravity of all antenna elements, in particular patches, of two antenna groups which is equal to or smaller than the wavelength λ:

0 < d \leq λ,

Zwei, mehrere oder alle flächigen Antennenelemente, insbesondere -patches, sollten an einem Punkt zwischen dem Zentrum und der Peripherie einer dem betreffenden Antennenelement umbeschriebenen Fläche angeschlossen sein, entweder mittels einer Durchkontaktierung zu dem betreffenden Punkt oder im Bereich einer nach innen gerichteten Aussparung in der umbeschriebenen Fläche des betreffenden Antennenelements. In diesen Bereichen liegt die Anschlussimpedanz eines Patches in einem für die Ankopplung optimalen Bereich.Two, several or all planar antenna elements, in particular patches, should be connected at a point between the center and the periphery of a surface described in the relevant antenna element, either by means of a via to the relevant point or in the region of an inwardly directed recess in the one described above Surface of the relevant antenna element. In these areas, the connection impedance of a patch is in an optimum range for the coupling.

Besonders förderlich ist es, zwischen zweien, mehreren oder allen Antennenelementen einer gemeinsamen Antennengruppe, insbesondere zwischen den nächstgelegenen Antennenelementen einer gemeinsamen Antennengruppe eine (galvanische) Verbindung vorzusehen, vorzugsweise in Form einer Signallaufleitung, bspw. etwa von der Wellenlänge der abgestrahlten bzw. sensierten Radarsignale oder einem Vielfachen davon, bspw. der doppelten Wellenlänge. Diese Signalleitung dient dann als Verzögerungsleitung und sorgt dafür, dass die Signale den betreffenden Antennenelementen bzw. -patches phasenrichtig zugeführt werden bzw. von diesen stammende (Empfangs-) Signale phasenrichtig addiert bzw. überlagert werden, so dass sich infolge der Überlagerung die betreffende Schwingungsamplitude erhöht oder vermindert.It is particularly conducive to provide a (galvanic) connection between two, several or all antenna elements of a common antenna group, in particular between the nearest antenna elements of a common antenna group, preferably in the form of a signal conducting line, for example approximately the wavelength of the radiated or sensed radar signals or a multiple thereof, for example, the double wavelength. This signal line then serves as a delay line and ensures that the signals are fed to the respective antenna elements or patches in the correct phase or from these originating (receive) signals are added or superimposed in the correct phase, so that increases as a result of the superposition of the relevant amplitude of vibration or diminished.

Wenn - wie die Erfindung weiter vorsieht - die der Verbindung dienenden Signalleitungen auf etwa geradem Weg zwischen den betreffenden Antennenelementen bzw. -patches verlaufen, so sollten diese nächstgelegenen und direkt miteinander verbundenen Antennenpatches um ein vorgegebenes, vorzugsweise etwa konstantes Maß voneinander beabstandet sein, welches bspw. etwa der Wellenlänge der abgestrahlten bzw. sensierten Radarsignale entspricht, oder einem Vielfachen davon, bspw. der doppelten Wellenlänge. Solchenfalls ruft eine gerade gestreckte Signalleitung eben die erwünschte Phasenverschiebung um n * λ hervor.If, as the invention further provides, the signal lines serving the connection run approximately evenly between the respective antenna elements or patches, these should be nearest and directly interconnected antenna patches spaced by a predetermined, preferably approximately constant measure from each other, which corresponds, for example, about the wavelength of the radiated or sensed radar signals, or a multiple thereof, for example, the double wavelength. In that case, an even straight signal line just causes the desired phase shift by n * λ.

Die Speisung von zwei, mehreren oder allen Antennenpatches der selben Antennengruppe kann auf galvanischem Weg erfolgen, insbesondere mittels Wellenleitern; diese Methode hat sich bei geätzten Schaltungen bewährt, weil dann die Verbindungsleitungen gleichzeitig mit der Herstellung der Antennen (-flächen) selbst erfolgen kann. Aus einer derartigen Leitungsverbindung wird zusammen mit einer rückwärtig auf der betreffenden Platine oder Platinenlage aufgebrachten (Masse-) Leitungsfläche eine Streifenleitung.The feeding of two, several or all antenna patches of the same antenna group can be carried out by galvanic means, in particular by means of waveguides; This method has been proven in etched circuits, because then the connection lines can be done simultaneously with the production of the antennas (surfaces) itself. From such a line connection, together with a rear side applied to the relevant board or circuit board layer (ground) line surface is a stripline.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn eine oder mehrere Reihen von Antennenpatches der selben Antennengruppe in der Antennenebene selbst miteinander verbunden sind. Da die benachbarten Antennenelemente oder -flächen vorzugsweise unterschiedlichen Antennengruppen zugeordnet werden, sind sie signalmäßig möglichst vollständig voneinander zu trennen, was am besten durch einen gewissen, gegenseitigen Abstand realisierbar ist. Zwischen benachbarten Antennenelementen oder -flächen verbleiben daher ungenutzte Gassen, welche sich hervorragend zum Einfügen von Anschlußleitungen eignen.A particularly simple construction results if one or more rows of antenna patches of the same antenna group are connected to one another in the antenna plane itself. Since the neighboring antenna elements or surfaces are preferably assigned to different antenna groups, they are as signal as completely as possible to separate from each other, which is best realized by a certain, mutual distance. Between adjacent antenna elements or surfaces therefore remain unused lanes, which are ideal for inserting leads.

Da eine Anschlussleitung meistens einer von zwei benachbarten Antennenelementen oder -flächen signalmäßig zuzuordnen ist, besteht oftmals keine Veranlassung, hier eine (galvanische) Trennung vorzunehmen. Vielmehr können in diesem Fall die jeweils betroffenen Antennenelemente oder -flächen unter bestimmten Voraussetzungen direkt in die Signalleitung integriert werden, das Signal wird sozusagen durch ein Antennenelement hindurch zum nächsten geleitet. Dadurch entsteht eine Anordnung, wobei zwei oder mehr Antennenelemente, insbesondere -patches, nach Art einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind.Since a connection line is usually assigned to one of two adjacent antenna elements or surfaces signal, there is often no reason to make a (galvanic) separation here. Rather, in this case, the respectively affected antenna elements or surfaces can be integrated under certain conditions directly into the signal line, the signal is passed so to speak through an antenna element to the next. This results in an arrangement wherein two or more antenna elements, in particular patches, are connected to one another in the manner of a series connection.

Bei Nutzen eines (-r) Antennenelements oder -fläche als Signalleiter werden an dem betreffenden Antennenelement zwei Verbindungsleitungen angeschlossen, insbesondere an einander etwa gegenüberliegenden Bereichen. Dabei fungiert der eine Anschluß als Zuleitung für das/die betreffende Antennenelement oder -fläche, der andere Anschluß bildet die Zuleitung des/der nächstfolgend angeschlossenen Antennenelements oder -fläche.When using a (-r) antenna element or surface as a signal conductor, two connecting lines are connected to the relevant antenna element, in particular at mutually approximately opposite areas. In this case, one terminal acts as a supply line for the relevant antenna element or area, the other terminal forms the supply line of the / the next-connected antenna element or surface.

Wenn ein Antennenelement nach Art einer Abzweigung an eine gemeinsame Zuleitung angeschlossen ist, so kann man hierbei eher an eine Parallelschaltung der einzelnen Antennenelemente bzw. -zweige denken.If an antenna element is connected in the manner of a branch to a common supply line, then one can rather think of a parallel connection of the individual antenna elements or branches.

Wenn ein Antennenelement oder -patch von einer gemeinsamen Verbindungsleitung einseitig abzweigt, kann die Anordnung insgesamt derart getroffen sein, dass die mit einer gemeinsamen Verbindungsleitung gekoppelten Antennenelemente oder - flächen abwechselnd in beide Richtungen gegenüber der Verbindungsleitung abzweigen; mit einer solchen Anordnung gelingt es bspw., sämtliche Antennenelemente verschiedener Antennengruppen innerhalb der Ebene der Antennenelemente selbst an gemeinsame Zuleitungen anzuschließen.If an antenna element or patch branches off from a common connection line on one side, the arrangement as a whole may be such that the antenna elements or surfaces coupled to a common connection line branch off alternately in both directions with respect to the connection line; With such an arrangement it is possible, for example, to connect all antenna elements of different antenna groups within the plane of the antenna elements themselves to common supply lines.

Eine andere Konstruktionsvorschrift besagt, dass eine oder mehrere Antennenelemente der selben Antennengruppe mittels Durchkontaktierungen zu einer anderen, gemeinsamen Leiterbahnebene miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind jeweils mehrere Kontaktierungsbohrungen pro Durchkontaktierung vorgesehen, nach einem wohldefinierten Muster.Another design rule states that one or more antenna elements of the same antenna group are connected to each other by means of plated-through holes to another, common interconnect level. Preferably, a plurality of contacting bores are provided per through hole, according to a well-defined pattern.

Da es mehrere Antennengruppen gibt, kann bei Bedarf eine entsprechende Anzahl von Leiterbahnlagen verwendet werden, um eine regelrechte Signalebene zu bilden. Die Durchkontaktierungen von Antennenelementen unterschiedlicher Gruppen durchsetzen dann den mehrlagigen Platinenstapel unterschiedlich weit.Since there are multiple antenna arrays, if necessary, a corresponding number of traces can be used to form a true level signal. The vias of antenna elements of different groups then enforce the multilayer board stack to different extents.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass Durchkontaktierungen, insbesondere zu unterschiedlichen Antennengruppen und/oder zu unterschiedlichen HF-Empfangsteilen, voneinander abgeschirmt sind. Zur gegenseitigen Abschirmung der Durchkontaktierungen unterschiedlicher Antennengruppen kann/können zwischen diesen eine oder mehrere weitere, auf Massepotential liegende Durchbohrungen bzw. -kontaktierungen vorgesehen sein. Solche Bohrungen können ggf. einseitig blind enden, während sie - vorzugsweise mit ihrem anderen Ende - an einem vorzugsweise als weitere Leiterbahnlage bzw. -fläche ausgebildeten Masseanschluss verbunden sind.Finally, it is the teaching of the invention that vias, in particular to different antenna groups and / or to different RF-receiving parts, are shielded from each other. For mutual shielding of the vias of different antenna groups can / can be provided between these one or more further, lying at ground potential through holes or -kontaktierungen. Such holes may possibly end blind on one side, while they are connected - preferably with their other end - to a preferably designed as a further conductor layer or surface ground terminal.

Weitere Merkmale, Vorteile, Eigenschaften und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:

Fig. 1: eine erste, planare Radarantennenanordnung in einer Ansicht lotrecht zu ihrer Grundebene, welche jedoch in der dargestellten Ausführung nicht unter den Schutzumfang der Anmeldung fällt;
Fig. 2: eine andere Radarantennenanordnung in einer der Fig. 1 entsprechenden Ansicht, welche jedoch ebenfalls in der dargestellten Ausführung nicht unter den Schutzumfang der Anmeldung fällt;
Fig. 3: eine typische Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht gemäß Fig. 1; sowie
Fig. 4: eine vierte Ausführungsform einer Radarantennenanordnung in einer Darstellung nach Fig. 1, welche jedoch in der dargestellten Ausführung nicht unter den Schutzumfang der Anmeldung fällt.

Further features, advantages, properties and effects on the basis of the invention will become apparent from the following description of some preferred embodiments of the invention and from the drawing. Hereby shows:

Fig. 1: a first, planar radar antenna arrangement in a view perpendicular to its ground plane, which, however, does not fall within the scope of the application in the illustrated embodiment;
Fig. 2: another radar antenna arrangement in one of Fig. 1 corresponding view, which, however, also in the illustrated embodiment is not within the scope of the application;
Fig. 3: a typical embodiment of the invention in a view according to Fig. 1 ; such as
Fig. 4: a fourth embodiment of a radar antenna assembly in a representation according to Fig. 1 which, however, does not fall within the scope of the application in the illustrated embodiment.

Fig. 1 zeigt eine Radarantennenanordnung 11 in planarer Bauweise, angeordnet auf einer (etwa) quadratischen Platine 12. Die Radarantennenanordnung 11 umfasst eine Vielzahl von Antennenflächen 13, 14, nämlich insgesamt einhundertundeinundzwanzig. Davon sind sechzig Antennenflächen 13, welche in Fig. 1 dunkel schraffiert sind, einer ersten Antennengruppe zugeordnet, die anderen einundsechzig Antennenflächen 14, welche in Fig. 1 hell schraffiert sind, einer zweiten Antennengruppe. Fig. 1 shows a radar antenna assembly 11 in planar construction, arranged on a (about) square board 12. The radar antenna assembly 11 comprises a plurality of antenna surfaces 13, 14, namely a total of one hundred and twenty-one. Of these, sixty antenna surfaces 13, which in Fig. 1 are darkly hatched, associated with a first antenna group, the other sixty one antenna surfaces 14, which are in Fig. 1 are brightly hatched, a second antenna group.

Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung haben alle Antennenflächen 13, 14 identische (Außen-) Abmessungen, nämlich eine (etwa) quadratische Grundgestalt, mit einem den Anschluß erleichternden Schlitz 15 an einer Grundseite, in der Draufsicht nach Fig. 1 jeweils an der Unterkante der Antennenflächen 13, 14. Der Schlitz 15 kann (vorzugsweise je nach Lage einer Antennenfläche 13, 14) unterschiedliche Längen haben und dient zur Impedanzanpassung der betreffenden Antennenfläche 13, 14. Bei quadratischen Antennenflächen 13, 14 sorgt ein solcher Schlitz für eine definierte Ausrichtung einer stehenden Welle, was bei rechteckigen Antennenflächen bereits durch die Relation der Flächenabmessungen zu der Schwingfrequenz bzw. -wellenlänge bewerkstelligt wird.In contrast to the present invention, all the antenna surfaces 13, 14 have identical (external) dimensions, namely a (roughly) square basic shape, with a terminal facilitating slot 15 on a base side, in plan view Fig. 1 The slot 15 may (depending on the position of an antenna surface 13, 14) have different lengths and is used for impedance matching of the relevant antenna surface 13, 14. In square antenna surfaces 13, 14 provides such a slot for a defined orientation of a standing wave, which is accomplished in rectangular antenna surfaces already by the relation of the area dimensions to the oscillation frequency or wavelength.

Die Aufteilung der Antennenflächen 13, 14 sowie deren Zuordnung zu den beiden Antennengruppen folgt streng dem selben Schema wie die Aufteilung eines Schachbrettmusters in weiße und schwarze Felder. Demnach wechseln sich sowohl in Richtung einer horizontalen Zeile als auch in Richtung einer vertikalen Spalte jeweils Antennenflächen 13, 14 unterschiedlicher Antennengruppen ab, in diagonalen Richtungen folgen dagegen - analog zu der Anordnung der Felder auf einem Schachbrett - Antennenflächen 13, 14 der selben Antennengruppe aufeinander.The division of the antenna surfaces 13, 14 and their assignment to the two antenna groups strictly follows the same scheme as the division of a checkerboard pattern into white and black fields. Accordingly, in each case antenna surfaces 13, 14 of different antenna groups alternate both in the direction of a horizontal line and in the direction of a vertical column; in diagonal directions, antenna surfaces 13, 14 of the same antenna group follow one another analogously to the arrangement of the fields on a chessboard.

Wie sich leicht nachvollziehen läßt, liegen die Flächenschwerpunkte aller Antennenflächen 13, 14 je einer Antennengruppe jeweils genau im Zentrum der Platine 12, fallen also zusammen.As can be easily understood, the centroids of all antenna surfaces 13, 14 each one antenna group each exactly in the center of the board 12, so fall together.

Jede Antennenfläche 13, 14 ist auf der Platinenoberseite 16 von allen benachbarten Antennenflächen 13, 14 vollständig isoliert. Dies wird durch gegenseitige Abstände bewirkt, welche die Platinenoberseite 16 wie ein rechtwinkliges Netz von Gassen oder Straßen durchziehen.Each antenna surface 13, 14 is completely isolated on the board upper side 16 of all adjacent antenna surfaces 13, 14. This is accomplished by mutual distances, which traverse the board top 16 like a rectangular network of lanes or streets.

Die Kontaktierung der einzelnen Antennenflächen 13, 14, also deren Verbindung zu oder Kopplung an eine(r) jeder Antennengruppe gemeinsamen Anschlußleitung erfolgt auf der Rückseite der Platine 12 und/oder innerhalb von leitenden Zwischenlagen derselben. Zu diesem Zweck ist im Bereich jeder Antennenfläche 13, 14 wenigstens eine Durchkontaktierung zu finden, die bis zu einer bestimmten Zwischenlage der Platine 12 führt oder gar bis zu deren Rückseite.The contacting of the individual antenna surfaces 13, 14, ie their connection to or coupling to a (r) each antenna group common connection line takes place on the back of the board 12 and / or within the same of the conductive intermediate layers. For this purpose, in the region of each antenna surface 13, 14 to find at least one via, which leads to a certain intermediate position of the board 12 or even to the back.

So ist eine erste, von der Ober- oder Vorderseite 12 nur durch eine dünne, elektrisch isolierende Lage getrennte, ansonsten jedoch unmittelbar folgende Zwischenschicht als nahezu geschlossene, elektrisch leitende Masseschicht konzipiert, um die einzelnen Antennenpatches bzw. -flächen 13, 14 von dahinter verlegten Leiterbahnen komplett abzuschirmen.Thus, a first, separated from the top or front side 12 only by a thin, electrically insulating layer, but otherwise immediately following intermediate layer designed as a nearly closed, electrically conductive ground layer to the individual antenna patches or surfaces 13, 14 laid from behind Completely shield tracks.

Dahinter folgt dann - nur durch eine weitere, elektrisch isolierende Lage getrennt - eine weitere Schicht von Leiterbahnen, welche ausschließlich die Antennenflächen 13 einer ersten Antennengruppe untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung verbinden.Behind this follows - separated only by a further, electrically insulating layer - another layer of conductor tracks, which connect exclusively the antenna surfaces 13 of a first antenna group with each other and / or with a common connecting line.

Hinter diesem Leiterbahnsystem, welches die Antennen 13 verbindet, befindet sich - von diesem Leiterbahnsystem nur durch eine weitere, elektrisch isolierende Lage getrennt - wiederum eine als nahezu geschlossene, elektrisch leitende Masseschicht ausgebildete Zwischenschicht, welche das die Antennenflächen 13 verbindende Leiterbahnsystem gegenüber den dahinter liegenden Leiterbahnebenen abschirmt. Auf diese zweite Masseschicht folgt sodann - von dieser Masseschicht nur durch eine weitere, elektrisch isolierende Lage getrennt - ein zweites Leiterbahnsystem, welches ausschließlich die Antennenflächen 14 der zweiten Antennengruppe untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlußleitung verbindet.Behind this interconnect system, which connects the antennas 13, is - separated from this interconnect system only by a further, electrically insulating layer - again an almost closed, electrically conductive ground layer formed intermediate layer, which connects the antenna surfaces 13 interconnect system with respect to the underlying interconnect levels shields. In this second mass layer then follows - separated from this ground layer only by another, electrically insulating layer - a second interconnect system, which connects only the antenna surfaces 14 of the second antenna group with each other and / or with a common connection line.

Dahinter kann - wiederum durch eine isolierende Lage getrennt, eine dritte Masseschicht angeordnet sein, welche auch das zweite Leiterbahnsystem gegenüber unerwünschten Störeinflüssen abschirmt.Behind this, a third ground layer can be arranged, again separated by an insulating layer, which also shields the second printed conductor system from undesired interference.

Elektrische Anschlüsse sind vorzugsweise nur zwei vorhanden, nämlich ein gemeinsamer Anschluss für die erste Antennengruppe, sowie ein gemeinsamer Anschluss für die zweite Antennengruppe.Electrical connections are preferably present only two, namely a common terminal for the first antenna group, as well as a common terminal for the second antenna group.

Bei der Kontaktierung der Antennenpatches 13, 14 ist ferner zu beachten, dass diese in einer vorgegebenen Phasenbeziehung zueinander schwingen sollen. Dies kann bspw. durch Einflussnahme auf die Länge der Signalleitung zwischen zwei benachbarten und miteinander verbundenen Antennenpatches 13, 14 der selben Antennengruppe erreicht werden.When contacting the antenna patches 13, 14 is also to be noted that they should oscillate in a predetermined phase relationship to each other. This can be achieved, for example, by influencing the length of the signal line between two adjacent and interconnected antenna patches 13, 14 of the same antenna group.

Um definierte Signallaufzeiten zu erzielen, empfiehlt es sich, eine rückwärtige Kontaktierung in der ersten Leiterbahn-Zwischenschicht nicht als (weitgehend) geschlossene Fläche auszubilden, sondern in einzelne, linienförmige Leiterbahnen aufzulösen, längs der sich die Signale mit Lichtgeschwindigkeit oder jedenfalls konstanter Geschwindigkeit ausbreiten. Daher kann die Signallaufzeit von einem Punkt bis zu einem anderen Punkt genau bestimmt werden.In order to achieve defined signal propagation times, it is advisable not to form a back contact in the first interconnect intermediate layer as a (largely) closed surface, but to dissolve it into individual, linear interconnects along which the signals propagate at the speed of light or at any rate at constant speed. Therefore, the signal propagation time can be accurately determined from one point to another point.

Geeignet für die Kontaktierung aller Antennenflächen 13, 14 einer gemeinsame Antennengruppe ist bspw. eine etwa rippenförmig verzweigte Leiterbahnstruktur, mit einem bspw. in einer Hauptdiagonale verlaufenden "Rückgrat"-Leiter, von dem seitlich etwa rechtwinklig dazu - etwa rippenförmig - in beide Richtungen Teilleiter abzweigen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass alle Verbindungen mit Leiterbahnabschnitten jeweils gleicher Länge realisierbar sind. Eben diese Länge kann dann auf die Wellenlänge der betreffenden Radarfrequenz abgestimmt sein. Die Kontaktierung einer Antennenfläche 13, 14 erfolgt vorzugsweise genau in deren Mitte, dort, wo der betreffende Schlitz 15 endet. Demnach sollte der diagonale Abstand der Flächenmitten in Diagonalrichtung direkt benachbarter Antennenflächen 13, 14 etwa der Wellenlänge der betreffenden Radarfrequenz entsprechen. Die kurzen Durchkontaktierungen zwischen dieser Leiterbahnebene und der Antennenebene kann man für die Ermittlung der Signallaufzeit im allgemeinen vernachlässigen, weil dieser Laufzeitanteil allen Durchkontaktierungen gemeinsam ist und daher für eine jeweils gleiche, zusätzliche Verzögerung jedes Antennensignals sorgt.Suitable for contacting all the antenna surfaces 13, 14 of a common antenna group is, for example, an approximately rib-shaped branched conductor track structure, with an example. In a main diagonal running "backbone" ladder, from the side about right angles to it - divide in both directions part conductor - approximately rib-shaped , Such an arrangement has the advantage that all connections with conductor track sections of the same length can be realized. This length can then be tuned to the wavelength of the relevant radar frequency. The contacting of an antenna surface 13, 14 is preferably carried out exactly in the middle, where the relevant slot 15 ends. Accordingly, the diagonal distance of the center of the area in the diagonal direction of directly adjacent antenna surfaces 13, 14 should correspond approximately to the wavelength of the relevant radar frequency. The short vias between this interconnect level and the antenna plane can be neglected for determining the signal propagation time in general, because this term share is common to all vias and therefore provides for each equal, additional delay of each antenna signal.

Für eine Kontaktierung genügt zwar jeweils eine einzige Durchbrechung, welche durch ein elektrisch leitendes Medium, bspw. Zinn, gefüllt wird. Es hat sich jedoch bewährt, statt einer einzigen Durchbrechung mehrere, evtl. querschnittlich reduzierte Durchbrechungen vorzusehen. Damit wird nicht nur die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert, sondern vor allem auch die Signalqualität verbessert.Although only one single opening is sufficient for a contacting, which is filled by an electrically conductive medium, for example tin. However, it has been proven, instead of a single opening several, possibly reduced in cross-section To provide openings. This not only reduces the probability of failure, but above all improves the signal quality.

Ferner empfiehlt es sich, die Durchkontaktierungen unterschiedlicher Antennengruppen voneinander zu entkoppeln. Dies kann bspw. durch weitere Durchkontaktierungen erfolgen, welche Massepotential führen und sich jeweils zwischen den Durchkontaktierungen unterschiedlicher Antennengruppen befinden. Ideal wäre hierfür natürlich bspw. eine hülsenförmige Durchkontaktierung, welche einen Anschlußkontakt einer Antenne vollständig umgibt. Allerdings würde eine hülsenförmige Durchkontaktierung die Stabilität einer Platine erheblich schwächen und dadurch die Ausfallwahrscheinlichkeit wieder deutlich erhöhen. Ein akzeptabler Kompromiss ist daher bspw. die ringförmige Anordnung einer größeren Anzahl von etwa punktförmigen Masse-Durchkontaktierungen, welche jeweils eine Antennen-Anschluss-Durchkontaktierung umgeben. Eine andere Variante sieht vor, derartige Masse-Durchkontaktierungen entlang aller Gassen zwischen den Antennenflächen 13, 14 anzuordnen, weil auch dadurch ein Übersprechen wesentlich reduziert wird.Furthermore, it is recommended to decouple the vias of different antenna groups from each other. This can be done, for example, by further plated-through holes, which lead to ground potential and are located in each case between the plated-through holes of different antenna groups. Ideally, this would of course be, for example, a sleeve-shaped through-connection which completely surrounds a connection contact of an antenna. However, a sleeve-shaped through-connection would significantly weaken the stability of a board and thereby significantly increase the probability of failure again. An acceptable compromise is therefore, for example, the annular arrangement of a larger number of approximately point-like ground vias, which each surround an antenna connection via. Another variant provides for such ground vias to be arranged along all the lanes between the antenna surfaces 13, 14, because this also substantially reduces crosstalk.

Die Radarantennenanordnung 21 nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Radarantennenanordnung 11 aus Fig. 1 u.a. dadurch, dass in diesem Fall die Platine 22 nicht quadratisch ist, sondern rechtwinklig.The radar antenna assembly 21 according to Fig. 2 differs from the radar antenna assembly 11 Fig. 1 among other things, that in this case the board 22 is not square, but at right angles.

Dies resultiert vor allem daraus, dass hier die Anzahl der Zeilen und Spalten des Antennenrasters nicht identisch sind. Vielmehr gibt es neun Spalten, aber nur acht Zeilen. Ferner sind nicht alle zweiundsiebzig Plätze dieser 8x9-Matrix mit Antennen 23, 24 besetzt, sondern nur achtundsechzig Plätze; in den Quadranten oben rechts und links unten fehlen in den äußersten seitlichen Spalten jeweils zwei Antennenflächen 24.This results mainly from the fact that here the number of rows and columns of the antenna grid are not identical. Rather, there are nine columns, but only eight lines. Further, not all seventy-two places in this 8x9 matrix are populated with antennas 23, 24, but only sixty-eight places; in the quadrants top right and bottom left missing in the outermost lateral columns in each case two antenna surfaces 24th

Ferner umfasst die Radarantennenanordnung 21 nach Fig. 2 nicht zwei Antennengruppen, sondern deren drei. Dies wird durch folgende Schaltung erreicht:

Während alle Antennenflächen 23, welche in Fig. 2 dicht schraffiert sind, zu einer einzigen Antennengruppe zusammengeschalten oder auf sonstigem Weg miteinander gekoppelt sind, trifft dies für die damit verschränkt angeordneten Antennenflächen 24 nicht zu. Von diesen sind die Antennenflächen 24a in der oberen Hälfte der Radarantennenanordnung 21 zwar untereinander, aber nicht mit den - ihrerseits untereinander gekoppelten - Antennenflächen 24b in der unteren Hälfte der Radarantennenanordnung 21 verbunden, so dass sich eine obere Antennengruppe mit den Antennenflächen 24a sowie eine untere Antennengruppe mit den Antennenflächen 24b ergibt, welche jeweils mit den über die gesamte Fläche der Radarantennenanordnung 21 verteilten Antennenflächen 23 verschränkt sind.

Furthermore, the radar antenna assembly 21 according to Fig. 2 not two antenna groups, but their three. This is achieved by the following circuit:

While all antenna surfaces 23, which in Fig. 2 are closely hatched, interconnected to a single antenna group or coupled together in any other way, this is the case for the entangled arranged Antenna surfaces 24 not closed. Of these, the antenna surfaces 24a in the upper half of the radar antenna assembly 21 are connected to each other, but not to the - in turn coupled to each other - antenna surfaces 24b in the lower half of the radar antenna assembly 21, so that an upper antenna array with the antenna surfaces 24a and a lower antenna group results with the antenna surfaces 24b, which are each entangled with the distributed over the entire surface of the radar antenna assembly 21 antenna surfaces 23.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass durch den räumlichen Versatz die Möglichkeit einer Winkelmessung nach dem Monopulsprinzip gegeben ist. Dabei lassen sich die Antennengruppen mit den Antennenflächen 24a und 24b als Empfangsantennen betreiben. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, sind die Flächenschwerpunkte der Gesamtheit aller Antennen 24a, 24b jeder dieser Antennengruppen in horizontaler Richtung gegeneinander versetzt. Bspw. liegt der Flächenschwerpunkt der Antennen 24a der oberen Antennengruppe etwa um eine Rasterteilung links von dem Flächenschwerpunkt der Antennen 24b der unteren Antennengruppe; der Versatz gegenüber dem Flächenschwerpunkt der Sendeantenne mit den Antennenflächen 23 beträgt jeweils eine halbe Rasterteilung nach links bzw. nach rechts. Damit lassen sich aus den Empfangssignalen beider Empfangsantennengruppen Rückschlüsse auf den seitlichen Ablagewinkel zu einem reflektierenden Objekt gewinnen.An advantage of this arrangement is that the possibility of angle measurement according to the monopulse principle is given by the spatial offset. In this case, the antenna groups with the antenna surfaces 24a and 24b can be operated as receiving antennas. Again Fig. 2 can be taken, the centroids of the totality of all the antennas 24a, 24b of each of these antenna groups are offset from one another in the horizontal direction. For example. the area centroid of the antennas 24a of the upper antenna array is about a grid pitch to the left of the centroid of the antennas 24b of the lower antenna array; the offset relative to the centroid of the transmitting antenna with the antenna surfaces 23 is in each case half a grid spacing to the left or to the right. This allows conclusions to be drawn from the received signals of both receiving antenna groups on the lateral storage angle to a reflecting object.

Die erfindungsgemäße Radarantennenanordnung 31 nach Fig. 3 weicht vom Schachbrettmuster-Prinzip ab. Auch hier wird - wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen 11, 21 - eine mehrlagige Platine 32 als Substrat für eine Vielzahl von Antennenflächen 33, 34 verwendet. Allerdings sind die Antennenflächen 33, 34 nicht in einem Schachbrettmuster angeordnet, sondern in vertikalen Spalten von jeweils mehreren, insbesondere jeweils sieben Antennenflächen 33, 34, wobei alle Antennen 33, 34 innerhalb einer Spalte jeweils derselben Antennengruppe zugeordnet sind. Die Antennen 33, 34 benachbarter Reihen sind abwechselnd den beiden Antennengruppen zugeordnet. In diesem Fall gibt es daher keine zweidimensionale Verschränkung wie im Fall des Schachbrettmusters, sondern nur eine eindimensionale Verschränkung.The inventive radar antenna assembly 31 according to Fig. 3 deviates from the checkerboard pattern principle. Again, as in the previously described embodiments 11, 21, a multilayer board 32 is used as a substrate for a plurality of antenna surfaces 33, 34. However, the antenna surfaces 33, 34 are not arranged in a checkerboard pattern, but in vertical columns of a plurality of, in particular in each case seven antenna surfaces 33, 34, wherein all the antennas 33, 34 within a column are respectively assigned to the same antenna group. The antennas 33, 34 of adjacent rows are alternately assigned to the two antenna groups. In this case, therefore, there is no two-dimensional entanglement as in the case of the checkerboard pattern, but only a one-dimensional entanglement.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es insgesamt sechs Spalten zu je sieben Antennenflächen 33, 34, insgesamt also zweiundvierzig Antennenflächen 33, 34. Davon sind jeweils einundzwanzig Antennen 33, 34 der ersten Antennengruppe und ebenso viele der zweiten Antennengruppe zugeordnet.In the exemplary embodiment shown, there are a total of six columns each with seven antenna surfaces 33, 34, ie a total of forty-two antenna surfaces 33, 34. Of these, twenty-one antennas 33, 34 each are assigned to the first antenna group and just as many to the second antenna group.

Die zu einer gemeinsamen Spalte zusammengefassten Antennenflächen 33, 34 jeder Antennengruppe sind auf der Platinenvorderseite 36 galvanisch durch schmale Leiterbahnen 37 miteinander verbunden; zusammen mit einer direkt unterhalb der obersten isolierenden Lage angeordneten, ersten Masse-Schicht ergibt sich dadurch eine Mikrostreifenleiterstruktur mit einem definierten Wellenwiderstand.The combined to a common column antenna surfaces 33, 34 each antenna array are galvanically connected to each other on the front side of the board 36 by narrow strip conductors 37; Together with a directly below the uppermost insulating layer arranged, first ground layer, this results in a microstrip line structure with a defined characteristic impedance.

Bevorzugt verlaufen die Leiterbahnen 37 jeweils mittig innerhalb einer Spalte, sowie gerade gestreckt, vertikal von unten nach oben. Ihre Länge entspricht daher dem (vertikalen) Abstand zwischen den vertikal benachbarten Antennenflächen 33, 34. Diese Länge eines Leiterbahnabschnitts 37 ist andererseits etwa identisch mit der in Spaltenlängsrichtung gemessenen Erstreckung einer Antennenfläche 33, 34, in der Darstellung nach Fig. 3 also der Höhe der Antennen-Rechtecke 33, 34. Diese wiederum entspricht etwa der halben Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz. Dies hat folgende Bewandtnis: Durch die Ausdehnung der Antennen-Rechtecke von der Größenordnung der halben Wellenlänge kann sich darin eine stehende Welle ausbilden mit zwei Knoten an den (elektrisch) reflektierenden Kanten der Antennenflächen 33, 34. Andererseits entspricht die Entfernung von dem Anschluß- oder Einspeisepunkt einer Antennenfläche 33, 34 zu dem entsprechenden Anschluß- oder Einspeisepunkt der benachbarten Antennenfläche 33, 34 insgesamt etwa der einfachen Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz. Die galvanisch miteinander gekoppelten Antennenflächen 33, 34 werden daher phasenrichtig zum Schwingen angeregt, bzw. eine empfangene Schwingung wird phasenrichtig aufaddiert.Preferably, the conductor tracks 37 each extend centrally within a column, as well as straight, vertically from bottom to top. Their length therefore corresponds to the (vertical) distance between the vertically adjacent antenna surfaces 33, 34. On the other hand, this length of a conductor track section 37 is approximately identical to the extension of an antenna surface 33, 34 measured in the longitudinal direction of the column Fig. 3 So the height of the antenna squares 33, 34. This in turn corresponds to about half the wavelength of the radar frequency used. The reason for this is as follows: By extending the antenna rectangles of the order of half the wavelength, a standing wave can form therein with two nodes at the (electrically) reflective edges of the antenna surfaces 33, 34. On the other hand, the distance from the terminal or Feed point of an antenna surface 33, 34 to the corresponding connection or feed point of the adjacent antenna surface 33, 34 total about the simple wavelength of the radar frequency used. The galvanically coupled together antenna surfaces 33, 34 are therefore excited in phase to vibrate, or a received oscillation is added in phase.

Die der selben Antennengruppe zugeordneten Spalten sind untereinander auf der Rückseite der Platine 32 oder in einer Zwischenlage derselben miteinander verbunden, wozu Durchkontaktierungen erforderlich sind. Deren Struktur sowie weitere Einzelheiten, bspw. gegenseitige Abschirmungen, etc., können entsprechend zu den Ausführungsformen 11 und 21 gestaltet sein.The columns assigned to the same antenna group are interconnected on the back side of the board 32 or in an intermediate layer thereof, for which through-connections are required. Their structure and other details, for example, mutual shields, etc., can be designed according to the embodiments 11 and 21.

Die Antennenanordnung 31 zeigt aber eine weitere Besonderheit: Während die in Längsrichtung einer Spalte gemessene Antennenerstreckung bei allen Antennenflächen 33, 34 etwa gleich groß ist, etwa entsprechend der halben Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz, ist die quer zur Längsrichtung einer Spalte gemessene Antennenerstreckung innerhalb einer Spalte nicht konstant. Vielmehr ist diese Abmessung innerhalb jeder Spalte bei der jeweils mittleren Antennenfläche 33, 34 am Größten und nimmt zu dem oberen und unteren Ende der Spalte hin jeweils ständig ab.However, the antenna arrangement 31 shows a further special feature: While the antenna extension measured in the longitudinal direction of a column is approximately the same for all antenna surfaces 33, 34, approximately corresponding to half the wavelength of the radar frequency used, the antenna extension measured transversely to the longitudinal direction of a column is not within one column constant. Rather, this dimension is largest within each column at the respective central antenna surface 33, 34 and decreases continuously towards the upper and lower end of the column.

Während die in Schwingungsrichtung verlaufende Antennenabmessung die Wellenlänge einer stehenden Welle und damit die Resonanzfrequenz der betreffenden Antennenfläche 33, 34 bestimmt, ist die quer dazu verlaufende Antennenabmessung ein Maß für die Impedanz der Antennenfläche 33, 34, und damit für die abgestrahlte Leistung bzw. für die empfangene Feldstärke. Die breiteren Antennenflächen 33, 34 oder Antennenpatches in der Mitte haben eine kleinere Impedanz und damit eine größere Strahlungsamplitude als die schmäleren Antennenflächen 33, 34 oder Antennenpatches am oberen und unteren Ende einer Antennenspalte. Indem somit die Strahlungsleistung bzw. Empfangsfeldstärke zu den beiden, oberen und unteren Rändern der Radarantennenanordnung 31 hin stetig bzw. sanft abnimmt, werden Nebenmaxima in der Richtcharakteristik des Antennendiagramms reduziert oder gar vermieden.While the oscillating antenna dimension determines the wavelength of a standing wave and thus the resonant frequency of the respective antenna surface 33, 34, the transverse antenna dimension is a measure of the impedance of the antenna surface 33, 34, and thus for the radiated power received field strength. The wider antenna surfaces 33, 34 or antenna patches in the middle have a smaller impedance and thus a larger radiation amplitude than the narrower antenna surfaces 33, 34 or antenna patches at the top and bottom of an antenna column. Thus, by steadily decreasing the radiation power or reception field strength toward the two upper and lower edges of the radar antenna arrangement 31, secondary maxima in the directional characteristic of the antenna pattern are reduced or even avoided.

Während bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 jeweils zwei Verschränkungsrichtungen existieren, nämlich vertikal einerseits und horizontal andererseits, gibt es bei der Anordnung gemäß Fig. 3 nur eine einzige Verschränkungsrichtung, nämlich horizontal, während die vertikale Richtung keine Verschränkungsrichtung ist.While in the arrangements according to Fig. 1 and 2 two Verschränkungsrichtungen exist, namely vertically on the one hand and horizontally on the other hand, there are in the arrangement according to Fig. 3 only a single Verschränkungsrichtung, namely horizontal, while the vertical direction is not Verschränkungsrichtung.

Schließlich zeigt Fig. 4 eine noch komplexere Radarantennenanordnung 41. Diese hat in gewisser Form Ähnlichkeit mit der Anordnung 21 aus Fig. 2. Auf einem Substrat in Form einer rechteckigen Platine 42 sitzen eine Vielzahl von Antennenflächen 43, 44, welche jeweils einer von zwei verschiedenen Antennengruppen zugeordnet sind. Im Kern handelt es sich hier abermals um ein Schachbrettmuster, wobei die Antennenflächen 43, 34 in fünf Spalten und maximal sechzehn Zeilen angeordnet sind; allerdings gibt es pro Zeile stets nur vier Antennenflächen 43, 44, insgesamt also vierundsechzig Antennenflächen 43, 44. Davon gehören zweiunddreißig Antennenflächen 43 zu einer ersten Antennengruppe und zweiunddreißig Antennenflächen 44 zu der anderen Antennengruppe.Finally shows Fig. 4 an even more complex radar antenna assembly 41. This has some similarity with the arrangement 21 from Fig. 2 , On a substrate in the form of a rectangular board 42 sit a plurality of antenna surfaces 43, 44, which are each associated with one of two different antenna groups. In essence, this is again a Checkerboard pattern, the antenna surfaces 43, 34 being arranged in five columns and a maximum of sixteen rows; however, there are always only four antenna surfaces 43, 44 per line, in total sixty-four antenna surfaces 43, 44. Of these, thirty-two antenna surfaces 43 belong to a first antenna group and thirty-two antenna surfaces 44 to the other antenna group.

Jeweils acht Antennenflächen 43, 44 jeder Spalte sind jeweils einer Antennengruppe angeordnet. Die insgesamt sechzehn Antennenflächen 43, 44 einer Antennengruppe in zwei direkt benachbarten Spalten sind an eine einzige Anschlußleitung 48 angeschlossen, welche auf der Oberseite 46 der Platine 42, jeweils entlang der Stoßfuge zwischen den beiden benachbarten Spalten verläuft. Die daran angeschlossenen Antennenflächen 43, 44 zweigen in Form von Stichleitungen jeweils einseitig sowie rechtwinklig von der Anschlußleitung 48 ab, in abwechselnder Reihenfolge einmal nach rechts und einmal nach links.Eight antenna surfaces 43, 44 of each column are each arranged one antenna group. The total of sixteen antenna surfaces 43, 44 of an antenna array in two directly adjacent columns are connected to a single connection line 48, which runs on the top 46 of the board 42, respectively along the butt joint between the two adjacent columns. The connected antenna surfaces 43, 44 branch off in the form of stubs in each case on one side and at right angles from the connecting line 48, in alternating order once to the right and once to the left.

Jede Stichleitung bzw. Antennenfläche 43, 44 hat dieselbe Länge, welche derart bemessen ist, dass sie etwa der halben Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz entspricht, oder einem Vielfachen davon, bspw. der einfachen Wellenlänge. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Anschlußleitungen 48 - welche jeweils unterschiedlichen Antennengruppen zugeordnet sind - ist größer als die Länge der Stichleitungen bzw. Antennenflächen 43, 44, so dass jede Stichleitung bzw. Antennenfläche 43, 44 stets nur mit einer einzigen Anschlußleitung 48 verbunden ist, welche eben die Zuordnung der betreffenden Antennenfläche 43, 44 bzw. Stichleitung zu der einen oder anderen Antennengruppe bestimmt.Each stub or antenna surface 43, 44 has the same length, which is dimensioned such that it corresponds to about half the wavelength of the radar frequency used, or a multiple thereof, for example. The simple wavelength. The distance between two adjacent connection lines 48 - which are each assigned to different antenna groups - is greater than the length of the stubs or antenna surfaces 43, 44, so that each stub or antenna surface 43, 44 is always connected to only a single lead 48, which just determines the assignment of the relevant antenna surface 43, 44 or stub to the one or the other antenna group.

Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung sind alle Anschlussleitungen 48 einer gemeinsamen Antennengruppe im Bereich einer Stirnseite der Platine 42 zusammengeführt und dienen als gemeinsamer Anschluss 49. Auch die Zusammenführungsleitungen und die Anschlüsse 49 selbst sind bei dieser Ausführungsform an der Oberseite 46 der Platine 42 angeordnet.In contrast to the present invention, all connection lines 48 of a common antenna group are brought together in the region of one end side of the board 42 and serve as common connection 49. The merging lines and the connections 49 themselves are also arranged on the upper side 46 of the board 42 in this embodiment.

Bei dieser Radarantennenanordnung 41 ist ein weiterer, erfindungsgemäßer Gedanke verwirklicht: Zwar haben alle Stichleitungen/Antennen 43, 44 jeweils gleiche Länge, um auf die selbe Radarfrequenz abgestimmt zu werden; die Breite der Stichleitungen/Antennenflächen 43, 44 variiert jedoch, und zwar haben die etwa in der Mitte jeder Spalte, also im Bereich eines "Äquators" liegenden Stichleitungen/Antennenflächen 43, 44 die größte Breite; von dort aus nimmt die Breite der Stichleitungen/Antennenflächen 43, 44 zu den oberen und unteren Rändern bzw. "Polen" der Radarsensoranordnung 41 hin ab. Der Sinn ist ähnlich wie bei der Ausführungsform 31 nach Fig. 3: Infolge von zu den Polen hin ansteigender Impedanzen der Stichleitungen/Antennenflächen 43, 44 nimmt deren Strahlungsleistung bzw. Empfangsfeldstärke zu den Polen hin kontinuierlich ab. Die Folge ist ein sanfter Verlauf der Strahlungsleistung über die Platinenfläche 46 hinweg bis zu deren Rändern und demzufolge die Vermeidung von Nebenmaxima im Diagramm der Antennengruppen der Radarantennenanordnung 41.In this radar antenna arrangement 41, a further inventive idea is realized: Although all branch lines / antennas 43, 44 each have the same length in order to be tuned to the same radar frequency; the width However, the stub lines / antenna surfaces 43, 44 varies, namely, the approximately in the middle of each column, ie in the region of an "equator" stub lines / antenna surfaces 43, 44 have the largest width; from there, the width of the stubs / antenna surfaces 43, 44 decreases toward the upper and lower edges or "poles" of the radar sensor assembly 41. The meaning is similar to the embodiment 31 of FIG Fig. 3 As a result of the impedances of the stub lines / antenna surfaces 43, 44 rising towards the poles, their radiation power or reception field strength decreases continuously towards the poles. The consequence is a gentle course of the radiation power over the board surface 46 all the way to its edges and consequently the avoidance of secondary maxima in the diagram of the antenna groups of the radar antenna arrangement 41.

Claims

Radar antenna array (31) for a medium to long range radar sensor, comprising at least one first antenna group having a plurality of individual, mutually coupled antenna elements (33) and at least one second antenna group having a plurality of individual, mutually coupled antenna elements (34), said individual antenna elements (33,34) of different antenna groups not being galvanically connected to one another, but being arranged in a common, preferably planar area (36) at the front side (36) of a printed circuit board (32) and in a mutually interlaced manner at least along a spatial direction within this area (36) in such way that along one such interleaving direction immediate consecutive antenna elements (33,34) of different antenna groups alternate each other, and wherein the interlaced antenna elements (33,34) are arranged in a regular aerial pattern with columns and lines, wherein adjacent antenna elements (33,34) in the same antenna group always have approximately similar distances with regard to each other, characterized in that
a) said first and said second antenna groups are each assigned their own HF transmission and/or HF receiver module, to which the connectors of the respective said mutually coupled antenna elements (33,34) of the particular antenna group are permanently connected, making it possible for both antenna groups to be operated simultaneously;

b) further wherein an intermediate layer being separated from the front side (36) of the printed circuit board (32) only by a thin electrically insulating layer, apart from that being immediately adjacent the front side (36) of the printed circuit board (32), is designed as a nearly closed, electrically conducting ground layer;

c) wherein a further layer with a first conducting path system is provided behind the electrically conducting ground layer, and is separated from this only by a further, electrically insulating layer, which conducting path system connects exclusively the antenna areas (33) of a first antenna group to each other and/or to a common terminal conductor;

d) while a second conducting path system connecting exclusively the antenna areas (34) of the second antenna group to each other and/or to a common terminal conductor is arranged behind a second, nearly closed, electrically conducting ground layer, which is separated from the first and second conducting path system only by an electrically insulating layer;

e) and wherein for each antenna group there exists at least one antenna element (33,34) which is flanked in at least one interleaving direction of the regarding antenna arrangement by at least two antenna elements (33,34) of the other antenna group at similar distances as well as by at least two antenna elements (33,34) of the same antenna group, wherein the area of all antenna elements (33,34) within each column is largest at the central antenna area (33,34) and decreases constantly towards the upper and lower ends of the column.
Radar antenna array (31) according to claim 1, characterized in that the connected HF circuits are arranged at the same substrate as both antenna groups wherein said antenna elements (33,34) are disposed on one side of a flat substrate, particularly a circuit board, on the back of which at least one, preferably both, of said HF transmitter and/or HF receiver modules are located.
Radar antenna array (31) according to claim 2, characterized in that at least one of said HF transmitter and/or HF receiver modules is coupled to the said antenna elements (33,34) of the particular antenna group by means of, in each case, one or more vias passing through said substrate, particularly said circuit board.
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that to each of said first and second antenna groups, there is coupled an own HF receiver module, making it possible for both of said antenna groups to be operated simultaneously as receiving antennas.
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that two said antenna groups have an antenna offset in at least one spatial direction, preferably in an approximately horizontal direction, i.e., a distance d between the two antenna centroids of all of the said antenna elements (33,34), particularly antenna patches, in each of the two said antenna groups, that is preferably smaller than the total extent of the antenna group having the widest directional characteristic in the spatial direction concerned, taking as the width of the directional characteristic the 3 dB beamwidth of the particular antenna pattern.
Radar antenna array (31) according to claim 5, characterized in that said distance d between the two antenna centroids of all of the said antenna elements (33,34), particularly antenna patches, in two antenna groups is equal to or less than the wavelength λ: $0 < d \leq λ .$
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized by at least one antenna element (33,34) which is located at the periphery of an antenna group and whose consumed and radiated transmission power or received and relayed reception power is lower, preferably at least 10% lower, particularly at least 15% lower, than the transmission power consumed and radiated or the reception power received and relayed by a said antenna element (33,34) in the interior of the antenna group concerned, particularly in the region of its centroid.
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that the consumed and radiated transmission power or received and relayed reception power of said antenna patches (33,34) decreases approximately along a cosine or cosine² curve from a center of the antenna group concerned, particularly from its centroid, to its periphery along at least one spatial direction, preferably along every spatial direction in said area, the zero point of the argument of said curve being located at the center or centroid of the antenna group concerned, whilst the area of the concerned antenna patches or their fed or their tapped power is reduced.
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality or preferably all of said antenna elements (33,34) are implemented as antenna areas and/or planar antennas ("antenna patches").
Radar antenna array (31) according to claim 9, characterized in that a plurality or preferably all of said antenna patches (33,34) each present an angular, preferably a rectangular or square, or a hexagonal or polygonal area or a circular shape.
Radar antenna array (31) according to one of claims 9 or 10, characterized in that a plurality or preferably all of said antenna patches (33,34) each oscillate in the same manner and, if appropriate, orientation, that is, they are either linearly polarized, preferably all in the same spatial direction, or circularly polarized.
Radar antenna array (31) according to one of claims 9 to 11, characterized in that adjacent antenna patches (33,34) are spaced apart from one another, particularly by at least λ/8, for purposes of electrical decoupling.
Radar antenna array (31) according to one of claims 9 to 12, characterized in that the longitudinal extent of two, several or all of said antenna patches (33,34) in at least one common spatial direction is the same.
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that in the planar area (36) of the antenna elements (33,34), either there exist no terminal conductor paths of different antenna groups running parallel to each other, or those terminal conductor paths have a mutual minimum distance which corresponds to the maximum edge length of an antenna element (33,34).
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that two, several or all of the said antenna elements (33,34), particularly antenna patches, in the same antenna group are galvanically coupled to one another.
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the said antenna elements (33,34), particularly antenna patches, in the same antenna group are connected to one another by means of vias leading to a another common conduction path plane.
Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that vias, particularly to different antenna groups and/or to different HF receiving units, are shielded from one another, wherein preferably one or more additional through-holes or vias is/are provided between the vias of different antenna groups, to shield said vias from one another.