EP3741007A1 - Antennenelement und antennenarray - Google Patents

Antennenelement und antennenarray

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EP3741007A1
EP3741007A1 EP18808307.5A EP18808307A EP3741007A1 EP 3741007 A1 EP3741007 A1 EP 3741007A1 EP 18808307 A EP18808307 A EP 18808307A EP 3741007 A1 EP3741007 A1 EP 3741007A1
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EP
European Patent Office
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radiating elements
antenna element
feed line
elements
antenna
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EP18808307.5A
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EP3741007B1 (de
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Mehran Pourmousavi
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP3741007B1 publication Critical patent/EP3741007B1/de
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
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    • H01Q11/14—Resonant antennas with parts bent, folded, shaped or screened or with phasing impedances, to obtain desired phase relation of radiation from selected sections of the antenna or to obtain desired polarisation effect
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems

Definitions

  • the present invention relates to an antenna element and an antenna array.
  • Radar devices allow accurate determination of relative velocities of objects as well as the use of suitable modulation methods, in addition to distances or angular positions of the objects. That's why
  • a metal surface which has a length of about half the wavelength of the radar radiation, serves as a resonator.
  • the radiating element may be a single patch.
  • a better focusing of the radar beams is required, i. H. an improved directivity with narrower lobes.
  • Panel antennas therefore combine multiple patches. In such an antenna array, all patches are coupled to a common source which feeds electrical power into the patches. The coupling can be done in parallel or serially by means of a power division network.
  • US 2007/0279303 A1 discloses an antenna structure for such serially fed antenna elements.
  • the antenna elements or antennas are designed such that the main lobe or main emission direction of the radar radiation emitted is perpendicular to the substrate.
  • phased array antennas One well known mechanism for achieving strong directivity is phased array antennas. These are phased array antennas having a plurality of individual beams arranged in a matrix, wherein a phase angle of the individual radiators is adaptable. By suitable control, the transmission energy can be amplified in the desired direction by constructive interference and reduced in unwanted directions by destructive interference or extinguished.
  • phased array antennas require relatively expensive mechanisms for
  • the invention provides an antenna element having the features of claim 1 and an antenna array having the features of claim 10.
  • the invention relates to an antenna element with a feed line for feeding in electrical line.
  • the antenna element further comprises a first plurality of radiating elements, which on a first side of the Feeder are arranged.
  • the antenna element has a second plurality of radiation elements, which are arranged on a second side of the feed line.
  • the radiating elements are coupled in series with the feed line and are fed by the feed line with electrical power.
  • Radiating elements are further adapted to emit electrical radiation.
  • the first plurality of radiating elements differs from the second plurality of radiating elements in a distribution of spatial dimensions of the radiating elements
  • the invention relates to an antenna array having a multiplicity of jointly-fed antenna elements.
  • a desired directivity can already be achieved for a single antenna element.
  • the constructive and destructive interference of the transmitted radar waves Since the radiating elements are distributed differently on the two sides of the feed line, the result is a total of a main lobe, which deviates from the vertical direction of the substrate.
  • a high-sensitivity antenna can be provided.
  • the antenna element is characterized by a compact design, as additional
  • Phase splitter can be dispensed with. This is particularly advantageous in the automotive sector, where the available space areas must be optimally utilized.
  • Spatial dimensions can be understood to mean a width and a length of the corresponding radiating element for rectangular patches or radiating elements.
  • the spatial dimensions can be understood, for example, to mean the diameters or areas of the radiating elements.
  • a distribution of the spatial dimensions is to be understood as the sequence of the dimensions along the feed line.
  • Various distributions thus preferably means that the radiating elements are arranged not only offset from one another on the two sides of the feed line, but rather at least at one point, the sequences of distances or dimensions of the radiating elements on one side with corresponding sequences of the distances or dimensions of the radiating elements the other side can be reconciled.
  • the antenna element is preferably a panel antenna which is arranged flat on a substrate.
  • Angular range can be achieved.
  • Distributions of dimensions and / or distances a Dolph-Chebyshev distribution, a uniform distribution and / or a binomial distribution.
  • the radiating elements of the first plurality and / or the second plurality of radiating elements are formed as slotted patches.
  • the radiating elements can also be coupled to the feed line by means of capacitive couplings and / or slot couplings.
  • the antenna element is designed as a dipole antenna element.
  • the feed line and / or the radiating elements are designed as strip elements.
  • Antenna element may thus be in particular a strip conductor antenna element.
  • the first plurality of radiation elements is arranged offset relative to the second plurality of radiation elements along the feed line.
  • the distances between the radiating elements may be constant on both sides or have the same distribution, while the distributions of the dimensions differ.
  • the dimensions of the radiating elements can be constant on both sides or have the same distribution, while the distributions of the distances between successive antenna elements for the two sides, i. H. for the first variety of
  • Radiating elements and the second plurality of radiating elements different.
  • At least one emission element of the first plurality of emission elements differs from all emission elements of the second plurality of emission elements in width and / or distance to an adjacent emission element of the first plurality of emission elements.
  • the antenna element According to a preferred development of the antenna element, the
  • Abstrahlmaximum of the emitted electromagnetic radiation occurs at a deviating from a vertical direction of radiation.
  • Figure 1 is a schematic plan view of an antenna element according to a
  • FIG. 2 shows an illustration of the radiation power as a function of the emission angle for the antenna element shown in FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic plan view of an antenna element according to another embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a schematic plan view of an antenna array according to a
  • FIG. 5 shows an illustration of the radiation power as a function of the emission angle for the antenna array shown in FIG.
  • the same or the same function elements and devices are provided with the same reference numerals.
  • FIG. 1 illustrates an exemplary antenna element 1 a.
  • the antenna element 1a is configured as a panel antenna element, which is formed on a substrate (not shown).
  • the antenna element 1 a can be configured as a radar transmitting device or as a radar receiver device.
  • the antenna element la can also be an element of an antenna array.
  • the antenna element 1 a has a rectilinear feed line 2, which is designed as a strip line.
  • the invention is not limited thereto.
  • the feed line 2 does not necessarily have to be rectilinear.
  • the flat-shaped feed line 2 has radiating elements 31 to 36 and 41 to 46, which are arranged on a first or left side of the feed line 2 and a second or right side of the feed line 2.
  • the radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 are configured as patches, which are connected or coupled directly to the feed line 2.
  • the invention is not limited to such a configuration.
  • the radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 can be coupled to the feed line via coupling elements, such as strip elements connected to the feed line 2.
  • the radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 may also be connected via capacitive couplings and / or slot couplings to the
  • Infeed 2 be coupled.
  • the radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 are thereby excited to emit electromagnetic waves and preferably radar radiation.
  • the antenna element 1 a can be configured to emit radar waves in the gigahertz range, in particular for operation in the 77-gigahertz frequency band, which is widespread in the automotive sector.
  • the radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 can be in a first plurality 3 of radiating elements 31 to 36 on the left and first side of the feed line 2 and in a second plurality 4 of radiating elements 41 to 46 on the right and second side of the Divide infeed line 2.
  • the first plurality 3 of radiation elements 31 to 36 and the second plurality 4 of radiation elements 41 to 46 are each serially coupled to the feed line 2.
  • the first plurality 3 of radiating elements 31 to 36 differs in the embodiment shown in Figure 1 from the second plurality 4 of radiating elements 41 to 46 in the distribution of the widths of the radiating elements 31 to 36 and 41 to 46.
  • Both the radiating elements 31 to 36 of first plurality 3 of radiating elements 31 to 36 and the radiating elements 41 to 46 of the second plurality 4 of radiating elements 41 to 46 are formed rectangular and each have an identical length z, which is measured orthogonal to the feed line 2.
  • the distances x between successive radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 are respectively identical.
  • the distances x preferably correspond to the wavelength of the emitted
  • Radiating elements 31 to 36 are each fixed.
  • the widths D are parallel to Feed line 2 measured.
  • the first plurality 3 of radiating elements 31 to 36 thus has a uniform distribution of the widths.
  • the widths D1 to D6 of the radiating elements 41 to 46 of the second plurality 4 of radiating elements 41 to 46 follow a Dolph-Chebysheft distribution.
  • the ratio of the widths D1 to D6 thus corresponds to the ratio of Chebyshev polynomials.
  • the widths D1 to D6 may follow any other distribution, such as a binomial distribution. By selecting suitable distributions, the emission characteristic of the antenna element 1a can be adjusted.
  • the lengths z of the radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 may vary.
  • the distribution of the lengths z of the first plurality 3 of the radiating elements 31 to 36 differs from the distribution of the lengths z of the second plurality 4 of the radiating elements 41 to 46.
  • the distances x between successive radiating elements 31 to 36 and 41 to 46 may vary.
  • the distribution of the distances x of the first plurality 3 of the emission elements 31 to 36 preferably differs from the distribution of the distances x of the second plurality 4 of the emission elements 41 to 46.
  • FIG. 2 illustrates a radiation power of the antenna element 1 a shown in FIG. 1 as a function of an azimuth angle Q. As can be seen, the
  • the antenna element 1 a is particularly well suited for applications in the automotive sector, for example in the front or rear edge or corner area.
  • a main emission direction can be achieved at an azimuth angle of approximately 25 degrees.
  • Radiation pattern can be achieved, the radiation direction and the radiation power in a band range of about 3 gigahertz remain substantially constant.
  • a high emission power can be achieved in a wide angle range of about 90 degrees width.
  • Next can be a good one Side lobe levels are achieved in the elevation plane, wherein in a band width of 3 gigahertz width by a frequency of 76.5 gigahertz substantially no change in the main emission direction occurs.
  • FIG. 3 illustrates an antenna element 1b according to a further embodiment of the invention.
  • the antenna element 1b has a first plurality 8 of FIG. 3
  • Radiating elements 81 to 84 wherein the widths vl to v4 of the radiating elements 81 to 84 follow a binomial distribution.
  • the radiating elements 81 to 84 are each designed as slotted radiating elements.
  • the antenna element 1b further comprises a second plurality 9 of radiating elements 91 to 95, the widths ul to u5 following a Dolph-Chebysian ff distribution.
  • the distances x between successive radiating elements 81 to 84 and 91 to 95 are each constant.
  • the radiating elements of the first plurality 8 and second plurality 9 are slightly staggered due to the different widths to adjust the phase accordingly.
  • the width of the radiating elements in each case increases to the edge of
  • FIG. 4 illustrates an antenna array 7.
  • the antenna array has six
  • Antenna elements lc which in each case a first plurality 5 of radiating elements 51 to 56 with binomially distributed widths dl to d6 and a second plurality 6 of
  • the antenna elements 1c are connected in pairs via first to sixth strip lines 21 to 26 to seventh and eighth strip lines 27, 28, which are coupled to a ninth strip line 29. Via the ninth strip line 29, electrical energy can be coupled into the respective strip lines 2 of the individual antenna elements 1c. Over different selected lengths of the first to sixth strip lines 21 to 26 can phase differences between the individual Can be achieved antenna elements lc and thereby a suitable
  • Antenna elements are used with unevenly distributed radiating elements, in particular the antenna elements shown in Figures 1 and 3 la, lb.
  • FIG. 5 illustrates the emission power of the antenna array 7 shown in FIG. 4 as a function of the azimuth angle Q.
  • the emission characteristic has a maximum at a value of -45 degrees.
  • the achievable maximum is also significantly more pronounced than would be the case with the use of antenna elements with uniformly distributed radiating elements.

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  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antennenelement (1a; 1b; 1c), mit: einer Einspeiseleitung (2) zum Einspeisen elektrischer Leistung; und einer ersten Vielzahl (3; 5; 8) von Abstrahlelementen, welche auf einer ersten Seite der Einspeiseleitung (2) angeordnet sind, und einer zweiten Vielzahl (4; 6; 9) von Abstrahlelementen, welche auf einer zweiten Seite der Einspeiseleitung (2) angeordnet sind, wobei die Abstrahlelemente seriell mit der Einspeiseleitung (2) gekoppelt sind, von der Einspeiseleitung (2) mit elektrischer Leistung gespeist werden und dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung auszusenden; wobei sich die erste Vielzahl (3; 5; 8) von Abstrahlelementen von der zweiten Vielzahl (4; 6; 9) von Abstrahlelementen in einer Verteilung von räumlichen Abmessungen der Abstrahlelemente und/oder in einer Verteilung von Abständen (x) benachbarter Abstrahlelemente unterscheidet.

Description

Beschreibung
Titel
Antennenelement und Antennenarray
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennenelement und ein Antennenarray.
Stand der Technik
Radarvorrichtungen ermöglichen eine genaue Bestimmung von Relativgeschwindigkeiten von Objekten sowie bei Verwendung geeigneter Modulationsverfahren zusätzlich von Abständen oder Winkelpositionen der Objekte. Aus diesem Grund sind
Radarvorrichtungen im Automobilbereich weit verbreitet.
Im Gigahertz-Bereich kommen typischerweise Patchantennen zum Einsatz. Diese sind besonders einfach und kostengünstig auf Hochfrequenz-Substraten bereitstellbar. Eine Metallfläche, welche eine Länge von etwa der halben Wellenlänge der Radarstrahlung aufweist, dient hierbei als Resonator.
Bei dem strahlenden Element kann es sich beispielsweise um einen einzelnen Patch handeln. Häufig ist jedoch eine bessere Fokussierung der Radarstrahlen erforderlich, d. h. eine verbesserte Richtcharakteristik mit schmaleren Keulen. In Panelantennen werden daher mehrere Patches kombiniert. In einem derartigen Antennenarray sind sämtliche Patches mit einer gemeinsamen Quelle gekoppelt, welche elektrische Leistung in die Patches einspeist. Die Kopplung kann hierbei parallel oder auch seriell mittels eines Leistungsteilemetzwerkes erfolgen.
Aus der US 2007/0279303 Al ist eine Antennenstruktur für derartige seriell gespeiste Antennenelemente offenbart. Zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, die Abstände zwischen Antennenelementen oder die Abmessungen der Antennenelemente zu variieren. Beispielweise können die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Antennenelementen zum Ende einer gemeinsamen Einspeiseleitung hin zunehmen. Typischerweise sind die Antennenelemente bzw. Antennen derart ausgestaltet, dass die Hauptkeule bzw. Hauptaussenderichtung der ausgesendeten Radarstrahlung senkrecht zum Substrat verläuft. In einigen Anwendungen kann es jedoch vorteilhaft sein, die Richtcharakteristik der Antennen anzupassen, sodass die Hauptaussenderichtung nicht senkrecht zum Substrat verläuft, sondern einen gewissen Winkel einschließt.
Insbesondere bei Radarvorrichtungen, welche im Heckbereich eines Fahrzeugs oder in den Eckbereichen angeordnet sind, kann eine derartige Anpassung der Richtcharakteristik vorteilhaft sein.
Ein bekannter Mechanismus, um starke Richtwirkungen zu erzielen, sind Phased-Array- Antennen. Hierbei handelt es sich um phasengesteuerte Gruppenantennen mit einer Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Einzelstrahlem, wobei ein Phasenwinkel der Einzelstrahler anpassbar ist. Durch geeignete Ansteuerung kann die Sendeenergie in der gewünschten Richtung durch konstruktive Interferenz verstärkt und in unerwünschten Richtungen durch destruktive Interferenz verringert oder ausgelöscht werden.
Phased-Array- Antennen erfordern jedoch relativ aufwändige Mechanismen zur
Anpassung der Phasen der jeweiligen Einzelstrahler. Dadurch sind derartige Antennen typischerweise relativ kostenintensiv und komplex herzustellen. Phased-Array-Technik findet sich somit häufig im militärischen Bereich, die Einsatzmöglichkeiten für
Automobilanwendungen sind jedoch eher beschränkt.
Es besteht somit ein Bedarf an kostengünstigen Antennen mit Richtwirkungen, welche von der senkrechten Richtung abweichen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Antennenelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Antennenarray mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Antennenelement mit einer Einspeiseleitung zum Einspeisen elektrischer Leitung. Das Antennenelement weist weiter eine erste Vielzahl von Abstrahlelementen auf, welche auf einer ersten Seite der Einspeiseleitung angeordnet sind. Weiter weist das Antennenelement eine zweite Vielzahl von Abstrahlelementen auf, welche auf einer zweiten Seite der Einspeiseleitung angeordnet sind. Die Abstrahlelemente sind seriell mit der Einspeiseleitung gekoppelt und werden von der Einspeiseleitung mit elektrischer Leistung gespeist. Die
Abstrahlelemente sind weiter dazu ausgebildet, elektrische Strahlung auszusenden. Die erste Vielzahl von Abstrahlelementen unterscheidet sich von der zweiten Vielzahl von Abstrahlelementen in einer Verteilung von räumlichen Abmessungen der
Abstrahlelemente und/oder in einer Verteilung von Abständen benachbarter
Abstrahlelemente.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Antennenarray mit einer Vielzahl von gemeinsam gespeisten Antennenelementen.
Vorteile der Erfindung
Durch Verwendung von Abstrahlelementen mit unterschiedlichen Verteilungen der räumlichen Abmessungen oder Abstände kann bereits für ein einziges Antennenelement eine gewünschte Richtwirkung erzielt werden. Verantwortlich ist hierfür die konstruktive und destruktive Interferenz der ausgesendeten Radarwellen. Da die Abstrahlelemente auf den beiden Seiten der Einspeiseleitung unterschiedlich verteilt sind, ergibt sich in Summe eine Hauptkeule, welche von der senkrechten Richtung des Substrats abweicht. Somit kann eine hochempfindliche Antenne bereitgestellt werden.
Weiter kann auf zusätzliche Maßnahmen zur Formung der Radarstrahlen verwendet werden, insbesondere auf Pins und reaktive Elemente, welche die abgestrahlte Leistung negativ beeinflussen können. Im Vergleich zu Phased-Array- Antennen zeichnet sich das Antennenelement weiter durch eine kompakte Bauweise auf, da auf zusätzliche
Phasenteiler verzichtet werden kann. Dies ist insbesondere im Automobilbereich vorteilhaft, wo die zur Verfügung stehenden Raumbereiche optimal ausgenutzt werden müssen.
Da eine zusätzliche Phasensteuerung mittels eines Phasenteilers nicht erforderlich ist, kann eine besonders kostengünstige Antenne mit vorgegebener Richtcharakteristik bereitgestellt werden. Unter räumlichen Abmessungen kann für rechteckige Patches oder Abstrahlelemente eine Breite und eine Länge des entsprechenden Abstrahlelementes verstanden werden. Für Abstrahlelemente, welche nicht rechteckig ausgebildet sind, können unter den räumlichen Abmessungen beispielsweise die Durchmesser oder Flächeninhalte der Abstrahlelemente verstanden werden.
Unter einer Verteilung der räumlichen Abmessungen ist die Abfolge der Abmessungen entlang der Einspeiseleitung zu verstehen. Verschiedene Verteilungen bedeutet somit vorzugsweise, dass die Abstrahlelemente nicht nur versetzt zueinander an den beiden Seiten der Einspeiseleitung angeordnet sind, sondern vielmehr zumindest an einer Stelle die Abfolgen der Abstände oder Abmessungen der Abstrahlelemente auf einer Seite nicht mit entsprechenden Abfolgen der Abstände oder Abmessungen der Abstrahlelemente auf der anderen Seite in Übereinstimmung gebracht werden können.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Antennenelement um eine Panelantenne, welche flach auf einem Substrat angeordnet ist.
Durch geeignete Wahl der Dimensionen bzw. Abmessungen und der Abstände der Abstrahlelemente kann eine ausreichend hohe Abstrahlleistung in einem breiten
Winkelbereich erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Antennenelements umfassen die
Verteilungen der Abmessungen und/oder Abstände eine Dolph-Tschebyscheff- Verteilung, eine uniforme Verteilung und/oder eine Binomialverteilung.
Gemäß einer Weiterbildung des Antennenelements sind die Abstrahlelemente der ersten Vielzahl und/oder der zweiten Vielzahl der Abstrahlelemente als geschlitzte Patches ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Antennenelements sind die
Abstrahlelemente über Streifenleitungen mit der Einspeiseleitung gekoppelt. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Abstrahlelemente jedoch auch mittels kapazitiver Kopplungen und/oder Schlitzkopplungen mit der Einspeiseleitung gekoppelt sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Antennenelements ist das Antennenelement als Dipolantennenelement ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Antennenelements sind die Einspeiseleitung und/oder die Abstrahlelemente als Streifenelemente ausgebildet. Bei dem
Antennenelement kann es sich somit insbesondere um ein Streifenleiterantennenelement handeln.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Antennenelements ist die erste Vielzahl von Abstrahlelementen relativ zur zweiten Vielzahl von Abstrahlelementen entlang der Einspeiseleitung versetzt angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform des Antennenelements können die Abstände zwischen den Abstrahlelementen auf beiden Seiten konstant sein oder die gleiche Verteilung aufweisen, während sich die Verteilungen der Abmessungen unterscheiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Antennenelements können die Abmessungen der Abstrahlelemente auf beiden Seiten konstant sein oder die gleiche Verteilung aufweisen, während sich die Verteilungen der Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Antennenelementen für die beiden Seiten, d. h. für die erste Vielzahl von
Abstrahlelementen und die zweite Vielzahl von Abstrahlelementen, unterscheiden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Antennenelements unterscheidet sich mindestens ein Abstrahlelement der ersten Vielzahl von Abstrahlelementen von sämtlichen Abstrahlelementen der zweiten Vielzahl von Abstrahlelementen in der Breite und/oder dem Abstand zu einem benachbarten Abstrahlelement der ersten Vielzahl von Abstrahlelementen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des Antennenelements sind die
Verteilungen der Abmessungen und/oder Abstände derart gewählt, dass ein
Abstrahlmaximum der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung bei einer von einer senkrechten Richtung abweichenden Abstrahlrichtung auftritt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf ein Antennenelement gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine Illustration der Strahlungsleistung als Funktion des Abstrahlwinkels für das in Figur 1 gezeigte Antennenelement;
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf ein Antennenelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf ein Antennenarray gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 5 eine lllustration der Strahlungsleistung als Funktion des Abstrahlwinkels für das in Figur 4 gezeigte Antennenarray. ln allen Figuren sind gleiche bzw. fünktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele ln Figur 1 ist ein beispielhaftes Antennenelement 1 a illustriert. Das Antennenelement la ist als Panelantennenelement ausgestaltet, welches auf einem (nicht gezeigten) Substrat ausgebildet ist. Das Antennenelement 1 a kann als Radar-Sendeeinrichtung oder als Radar-Empfängereinrichtung ausgestaltet sein. Das Antennenelement la kann auch Element eines Antennenarrays sein.
Das Antennenelement 1 a weist eine geradlinig verlaufende Einspeiseleitung 2 auf, welche als Streifenleitung ausgestaltet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. So muss die Einspeiseleitung 2 nicht zwingend geradlinig verlaufen.
Die flach ausgebildete Einspeiseleitung 2 weist Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 auf, welche an einer ersten bzw. linken Seite der Einspeiseleitung 2 und einer zweiten bzw. rechten Seite der Einspeiseleitung 2 angeordnet sind. Die Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 sind als Patches ausgestaltet, welche direkt mit der Einspeiseleitung 2 verbunden bzw. gekoppelt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt. So können die Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 über Koppelelemente, etwa mit der Einspeiseleitung 2 verbundene Streifenelemente, mit der Einspeiseleitung gekoppelt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 auch über kapazitive Kopplungen und/oder Schlitzkopplungen mit der
Einspeiseleitung 2 gekoppelt sein.
Über die Einspeiseleitung 2 wird elektrische Leistung in die Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 eingespeist. Die Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 werden dadurch zum Aussenden elektromagnetischer Wellen und vorzugsweise von Radarstrahlung angeregt. Insbesondere kann das Antennenelement 1 a zum Aussenden von Radarwellen im Gigahertzbereich ausgestaltet sein, insbesondere zum Betrieb im 77-Gigahertz- Frequenzband, welches im Automobilbereich verbreitet ist.
Die Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 lassen sich in eine erste Vielzahl 3 von Abstrahlelementen 31 bis 36 auf der linken bzw. ersten Seite der Einspeiseleitung 2 und in eine zweite Vielzahl 4 von Abstrahlelementen 41 bis 46 auf der rechten bzw. zweiten Seite der Einspeiseleitung 2 unterteilen. Die erste Vielzahl 3 von Abstrahlelementen 31 bis 36 bzw. die zweite Vielzahl 4 von Abstrahlelementen 41 bis 46 sind jeweils seriell mit der Einspeiseleitung 2 gekoppelt.
Die erste Vielzahl 3 von Abstrahlelementen 31 bis 36 unterscheidet sich in der in Figur 1 gezeigten Ausgestaltung von der zweiten Vielzahl 4 von Abstrahlelementen 41 bis 46 in der Verteilung der Breiten der Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46. Sowohl die Abstrahlelemente 31 bis 36 der ersten Vielzahl 3 von Abstrahlelementen 31 bis 36 als auch die Abstrahlelemente 41 bis 46 der zweiten Vielzahl 4 von Abstrahlelementen 41 bis 46 sind rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine identische Länge z auf, welche orthogonal zur Einspeiseleitung 2 gemessen wird. Weiter sind die Abstände x zwischen aufeinanderfolgenden Abstrahlelementen 31 bis 36 und 41 bis 46 jeweils identisch. Die Abstände x entsprechen vorzugsweise der Wellenlänge der ausgesendeten
Radarstrahlung.
Die Breiten D der Abstrahlelemente 31 bis 36 der ersten Vielzahl 3 von
Abstrahlelementen 31 bis 36 sind jeweils fest. Die Breiten D werden hierbei parallel zur Einspeiseleitung 2 gemessen. Die erste Vielzahl 3 von Abstrahlelementen 31 bis 36 weist somit eine uniforme Verteilung der Breiten auf.
Die Breiten Dl bis D6 der Abstrahlelemente 41 bis 46 der zweiten Vielzahl 4 von Abstrahlelementen 41 bis 46 folgen einer Dolph-Tschebysche ff- Verteilung. Das Verhältnis der Breiten Dl bis D6 entspricht somit dem Verhältnis von Tschebyscheff- Polynomen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Breiten Dl bis D6 einer beliebigen anderen Verteilung folgen, etwa einer Binomialverteilung. Durch Wahl geeigneter Verteilungen kann die Abstrahlcharakteristik des Antennenelements la eingestellt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ die Längen z der Abstrahlelemente 31 bis 36 und 41 bis 46 variieren. Vorzugsweise unterscheidet sich die Verteilung der Längen z der ersten Vielzahl 3 der Abstrahlelemente 31 bis 36 von der Verteilung der Längen z der zweiten Vielzahl 4 der Abstrahlelemente 41 bis 46.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ die Abstände x zwischen aufeinanderfolgenden Abstrahlelement 31 bis 36 und 41 bis 46 variieren.
Vorzugsweise unterscheidet sich die Verteilung der Abstände x der ersten Vielzahl 3 der Abstrahlelemente 31 bis 36 von der Verteilung der Abstände x der zweiten Vielzahl 4 der Abstrahlelemente 41 bis 46.
In Figur 2 ist eine Abstrahlleistung des in Figur 1 gezeigten Antennenelements 1 a als Funktion eines Azimutwinkels Q illustriert. Wie zuerkennen ist, weist die
Abstrahlcharakteristik ein Maximum bei einem von 0 Grad verschiedenen Winkel auf, d. h. die Hauptabstrahlrichtung verläuft nicht senkrecht zum Substrat. Dadurch ist das Antennenelement 1 a insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich, etwa im vorderen oder hinteren Rand- bzw. Eckbereich gut geeignet.
Wie der Figur 2 zu entnehmen, kann eine Hauptabstrahlrichtung bei einem Azimutwinkel von etwa 25 Grad erreicht werden. Weiter kann eine große Stabilität des
Strahlungsmusters erzielt werden, wobei die Abstrahlrichtung und die Abstrahlleistung in einem Bandbereich von etwa 3 Gigahertz im Wesentlichen konstant bleiben. Selbst nach Änderung der Abstrahlrichtung kann darüber hinaus eine hohe Abstrahlleistung in einem großen Winkelbereich von etwa 90 Grad Breite erzielt werden. Weiter kann ein guter Nebenkeulenpegel in der Elevationsebene erzielt werden, wobei in einem Bandbereich von 3 Gigahertz Breite um eine Frequenz von 76,5 Gigahertz im Wesentlichen keine Änderung der Hauptabstrahlrichtung auftritt.
In Figur 3 ist ein Antennenelement lb gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung illustriert. Das Antennenelement lb weist eine erste Vielzahl 8 von
Abstrahlelementen 81 bis 84 auf, wobei die Breiten vl bis v4 der Abstrahlelemente 81 bis 84 einer Binomialverteilung folgen. Die Abstrahlelemente 81 bis 84 sind jeweils als geschlitzte Abstrahlelemente ausgebildet. Das Antennenelement lb weist weiter eine zweite Vielzahl 9 von Abstrahlelementen 91 bis 95 auf, wobei die Breiten ul bis u5 einer Dolph-Tschebysche ff- Verteilung folgen. Die Abstände x zwischen aufeinanderfolgenden Abstrahlelementen 81 bis 84 und 91 bis 95 sind jeweils konstant.
Die Abstrahlelemente der ersten Vielzahl 8 und zweiten Vielzahl 9 sind aufgrund der unterschiedlichen Breiten leicht versetzt zueinander angeordnet, um die Phase entsprechend einzustellen.
Vorzugsweise nimmt die Breite der Abstrahlelemente jeweils zum Rand der
Einspeiseleitung 2 hin ab, wie für die zweite Vielzahl 4 der Abstrahlelemente 41 bis 46 des in Figur 1 gezeigten Antennenelements 1 a und für die erste Vielzahl 8 und zweite Vielzahl 9 von Abstrahlelementen des in Figur 3 gezeigten Antennenelements lb illustriert. ln Figur 4 ist ein Antennenarray 7 illustriert. Das Antennenarray weist sechs
Antennenelemente lc auf, welche jeweils eine erste Vielzahl 5 von Abstrahlelementen 51 bis 56 mit binominal verteilten Breiten dl bis d6 und eine zweite Vielzahl 6 von
Abstrahlelementen 61 bis 65 mit konstanten Breiten d aufweisen.
Die Antennenelemente lc sind jeweils paarweise über erste bis sechste Streifenleitungen 21 bis 26 mit siebten und achten Streifenleitungen 27, 28 verbunden, welche mit einer neunten Streifenleitung 29 gekoppelt sind. Über die neunte Streifenleitung 29 kann elektrische Energie in die jeweiligen Streifenleitungen 2 der einzelnen Antennenelemente lc eingekoppelt werden. Über unterschiedlich gewählte Längen der ersten bis sechsten Streifenleitungen 21 bis 26 können Phasenunterschiede zwischen den einzelnen Antennenelementen lc erreicht werden und dadurch kann eine geeignete
Abstrahlcharakteristik erzielt werden.
Anstelle der in Figur 4 gezeigten Antennenelemente lc können beliebige
Antennenelemente mit ungleich verteilten Abstrahlelementen eingesetzt werden, insbesondere die in den Figuren 1 und 3 gezeigten Antennenelemente la, lb.
In Figur 5 ist die Abstrahlleistung des in Figur 4 gezeigten Antennenarrays 7 als Funktion des Azimutwinkels Q illustriert. Die Abstrahlcharakteristik weist ein Maximum bei einem Wert von -45 Grad auf. Das erzielbare Maximum ist darüber hinaus deutlich stärker ausgeprägt als dies bei Verwendung von Antennenelementen mit gleich verteilten Abstrahlelementen der Fall wäre.

Claims

Ansprüche
1. Antennenelement (la; lb; lc), mit: einer Einspeiseleitung (2) zum Einspeisen elektrischer Leistung; und einer ersten Vielzahl (3; 5; 8) von Abstrahlelementen, welche auf einer ersten Seite der Einspeiseleitung (2) angeordnet sind, und einer zweiten Vielzahl (4; 6; 9) von Abstrahlelementen, welche auf einer zweiten Seite der Einspeiseleitung (2) angeordnet sind, wobei die Abstrahlelemente seriell mit der Einspeiseleitung (2) gekoppelt sind, von der Einspeiseleitung (2) mit elektrischer Leistung gespeist werden und dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung auszusenden; wobei sich die erste Vielzahl (3; 5; 8) von Abstrahlelementen von der zweiten Vielzahl (4; 6; 9) von Abstrahlelementen in einer Verteilung von räumlichen Abmessungen der Abstrahlelemente und/oder in einer Verteilung von Abständen (x) benachbarter Abstrahlelemente unterscheidet.
2. Antennenelement (la; lb; lc) nach Anspruch 1, wobei die Verteilungen der
Abmessungen und/oder Abstände (x) eine Dolph-Tschebysche ff- Verteilung, eine uniforme Verteilung und/oder eine Binomialverteilung umfassen.
3. Antennenelement (la; lb; lc) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Abstrahlelemente der ersten Vielzahl (3; 5; 8) und/oder der zweiten Vielzahl (4; 6; 9) von Abstrahlelementen als geschlitzte Patches ausgebildet sind.
4. Antennenelement (la; lb; lc) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abstrahlelemente über Streifenleitungen, kapazitive Kopplungen und/oder Schlitzkopplungen mit der Einspeiseleitung (2) gekoppelt sind.
5. Antennenelement (la; lb; lc) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Antennenelement (la; lb; lc) als Dipolantennenelement (la; lb; lc) ausgebildet ist.
6. Antennenelement (la; lb; lc) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einspeiseleitung (2) und die Abstrahlelemente als Streifenelemente ausgebildet sind.
7. Antennenelement (la; lb; lc) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Vielzahl (3; 5; 8) von Abstrahlelementen relativ zur zweiten Vielzahl (4; 6; 9) von Abstrahlelementen entlang der Einspeiseleitung (2) versetzt angeordnet ist.
8. Antennenelement (la; lb; lc) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich mindestens ein Abstrahlelement der ersten Vielzahl (3; 5; 8) von
Abstrahlelementen von sämtlichen Abstrahlelementen der zweiten Vielzahl (4; 6; 9) von Abstrahlelementen in der Breite (D, D1-D6; ul-u5, vl-v4; d, dl-d6) und/oder dem Abstand (x) zu einem benachbarten Abstrahlelement der ersten Vielzahl (3; 5; 8) von Abstrahlelementen unterscheidet.
9. Antennenelement (la; lb; lc) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verteilungen der Abmessungen und/oder Abstände (x) derart gewählt sind, dass ein Abstrahlmaximum der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung bei einer von einer senkrechten Richtung abweichenden Abstrahlrichtung auftritt.
10. Antennenarray (7), mit einer Vielzahl von gemeinsam gespeisten
Antennenelementen (la; lb; lc) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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