ITRE970080A1

ITRE970080A1 - COLLIMATION AND FOCUSING OF THE EMISSIONED WAVE OBSTACLE DETECTOR

Info

Publication number: ITRE970080A1
Application number: IT97RE000080A
Authority: IT
Inventors: Franco Baldi
Original assignee: Franco Baldi
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-04-28
Also published as: ITRE970080A0; IT1297992B1

Description

Descrizione di una invenzione industriale avente per titolo: Description of an industrial invention entitled:

Rilevatore di ostacoli a collimazione e focalizzazione dell’onda emessa. Obstacle detector with collimation and focusing of the emitted wave.

La presente invenzione si riferisce ad un rilevatore di ostacoli a collimazione e fecalizzazione dell’onda emessa, il quale è sostanzialmente costituito: da un blocco atto alla generazione ed alla ricezione delle radiazioni elettromagnetiche, da un analizzatore/discriminatore di dati, e da un’antenna atta alla collimazione e fecalizzazione delle radiazioni emesse e ricevute. Quest’ultima compie sulle onde riflesse, prima di inviarle alla parte ricetrasmittente, le stesse operazioni eseguite su quelle trasmesse. L’invenzione riguarda i dispositivi a microonde ed onde millimetriche ed in modo particolare i radar a onde millimetriche e microonde allo stato solido compatte. Col termine “onde millimetriche” si fa riferimento agli interi regimi millimetrici e submillimetrici. The present invention refers to an obstacle detector for collimating and focusing the emitted wave, which is substantially constituted: by a block suitable for the generation and reception of electromagnetic radiations, by a data analyzer / discriminator, and by a antenna suitable for collimating and focusing the emitted and received radiations. The latter performs on the reflected waves, before sending them to the transceiver part, the same operations performed on those transmitted. The invention relates to microwave and millimeter wave devices and in particular to compact solid state microwave and millimeter wave radars. The term "millimeter waves" refers to the entire millimeter and submillimeter regimes.

Il blocco di ricetrasmissione comprende una parte di trasmissione ed una di ricezione direttamente connessa a quella di analisi dei segnali. La parte di trasmissione genera la radiazione, mentre quella di ricezione riceve la radiazione riflessa dall’ostacolo, generando segnali in output dai quali si possono determinare informazioni utili per le applicazioni di interesse, come ad esempio: la velocità e la posizione degli oggetti individuati, la posizione di un piano, di un livello, e cosi via. Quest’ultimo compito viene svolto dal circuito elettronico di analisi ed elaborazione dei dati. Le microonde emesse in senso omnidirezionale sono emesse, focalizzate e concentrate in un unico fascio coerente ed in fase, mentre l’onda unidirezionale di ritorno, od eco, dovuta alla presenza di un ostacolo fermo o in movimento, è rilevata dal sistema, ed è analizzata e quantificata in relazione al comportamento tipico del diodo utilizzato come generatore di microonde. Ovvero, e ad esempio, in funzione della differenza di slittamento in frequenza tipica dei diodi GUNN, al variare dell’energia e della temperatura. The transceiver block comprises a transmitting and a receiving part directly connected to the signal analysis part. The transmitting part generates the radiation, while the receiving part receives the radiation reflected by the obstacle, generating output signals from which useful information can be determined for the applications of interest, such as: the speed and position of the objects identified, the position of a plane, a level, and so on. This last task is carried out by the electronic data analysis and processing circuit. The microwaves emitted in the omnidirectional direction are emitted, focused and concentrated in a single coherent and in phase beam, while the unidirectional return wave, or echo, due to the presence of a stationary or moving obstacle, is detected by the system, and is analyzed and quantified in relation to the typical behavior of the diode used as a microwave generator. That is, and for example, as a function of the difference in frequency slip typical of GUNN diodes, as the energy and temperature vary.

E’ noto che le apparecchiature radar attualmente disponibili presentano caratteristiche generali che, pur essendo di estremo interesse e molto efficaci per delle specifiche applicazioni, sono assolutamente limitative e non possono essere facilmente adattate all’impiego in campo automobilistico. Nel caso specifico, infatti, i radar per applicazioni su veicoli stradali devono avere dei ben precisi requisiti atti a soddisfare alcune fondamentali esigenze, e precisamente: un radar per autoveicoli deve essere di piccole dimensioni, onde consentire un facile ed economico montaggio a bordo; deve essere in grado di rilevare con precisione oggetti posti anteriormente ai veicoli entro un campo compreso tra zero e almeno 150 m di distanza; la potenza totale assorbita per il suo funzionamento deve essere contenuta, dell’ordine di alcuni Watt; il diametro del fascio di radiazione emesso deve, ad una certa distanza, essere abbastanza piccolo da poter individuare con assoluta precisione la posizione dell’oggetto rilevato, sia che esso sia in movimento o fermo; deve fornire il minor numero possibile di falsi allarmi. II sistema deve inoltre poter essere prodotto a basso costo, e in grande serie. It is known that the radar equipment currently available has general characteristics which, although of extreme interest and very effective for specific applications, are absolutely limiting and cannot be easily adapted for use in the automotive field. In this specific case, in fact, radars for applications on road vehicles must have very specific requirements to satisfy some fundamental needs, namely: a radar for motor vehicles must be small in size, in order to allow easy and economical assembly on board; must be able to accurately detect objects placed in front of vehicles within a range between zero and at least 150 m away; the total power absorbed for its operation must be contained, of the order of a few Watts; the diameter of the emitted radiation beam must, at a certain distance, be small enough to be able to identify with absolute precision the position of the detected object, whether it is moving or stationary; it must provide as few false alarms as possible. The system must also be capable of being produced at low cost, and in large series.

Le limitazioni degli attuali sistemi radar derivano, in particolare modo, dalle dimensioni che il loro fascio di radiazioni assume, ad una certa distanza dallo stesso punto d’emissione. Questa problematica è generalmente imputabile al diametro dell’antenna; infatti, attualmente l’unico modo per produrre fasci di radiazioni sempre più piccoli è quello di realizzare antenne sempre più grandi. Ne deriva che i radar con potere risolutivo sufficientemente alto richiedono delle antenne grandi, cosicché il loro ingombro totale risulta improponibile per applicazioni automobilistiche. Nelle attuali applicazioni automotive, la tipologia di radar più frequentemente utilizzata è quella a fasci multidirezionali, indispensabili per compiere esplorazioni spaziali. In tali sistemi, l’incremento dimensionale delle antenne necessarie per ottenere elevate risoluzioni, comporta anche un incremento dimensionale longitudinale dei radar stessi, con conseguenti problemi di posizionamento degli stessi sistemi sui veicoli. The limitations of current radar systems derive, in particular, from the dimensions that their radiation beam assumes, at a certain distance from the same point of emission. This problem is generally attributable to the diameter of the antenna; in fact, currently the only way to produce ever smaller radiation beams is to build ever larger antennas. As a result, radars with sufficiently high resolving power require large antennas, so that their overall dimensions are impractical for automotive applications. In current automotive applications, the most frequently used type of radar is multidirectional beams, which are essential for carrying out space explorations. In these systems, the dimensional increase of the antennas necessary to obtain high resolutions also entails a longitudinal dimensional increase of the radars themselves, with consequent problems of positioning the same systems on the vehicles.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare i suddetti inconvenienti. L’invenzione, quale essa è caratterizzata dalle rivendicazioni, risolve il problema per mezzo di un rilevatore di ostacoli a collimazione e focalizzazione dell’onda emessa , mediante il quale si ottengono i seguenti risultati: il sistema è a onde millimetriche di piccole dimensioni, di adeguata portata, con basso consumo di potenza, con una bassissima e sostanzialmente insignificante percentuale di falsi allarmi ed è in grado di operare come antenna di emissione e ricezione degli stessi segnali con una definizione d’immagine ottima già con distanze estremamente ridotte (dell’ordine di 1 mm); esso può essere prodotto in serie a basso costo, con l’adozione di una o più lenti, dove la dimensione longitudinale dell’antenna sia inferiore alla distanza focale dell’apparato ottico stesso, e con la realizzazione di circuiti elettronici di trasmissione/ricezione ed analisi di tipo così detto “feedassembly”, dotati di sistema di dissipazione di calore per la parte circuitale. The object of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks. The invention, as it is characterized by the claims, solves the problem by means of an obstacle detector with collimation and focusing of the emitted wave, by means of which the following results are obtained: the system is with millimeter waves of small dimensions, of adequate range, with low power consumption, with a very low and substantially insignificant percentage of false alarms and is able to operate as an antenna for transmitting and receiving the same signals with an excellent image definition already with extremely short distances (of the order 1 mm); it can be produced in series at low cost, with the adoption of one or more lenses, where the longitudinal dimension of the antenna is less than the focal distance of the optical apparatus itself, and with the realization of electronic transmission / reception circuits and so-called “feedassembly” analysis, equipped with a heat dissipation system for the circuit part.

I vantaggi intrinseci del trovato consistono essenzialmente nella dimensione ridotta della struttura generale del rilevatore d’ostacoli, nella sua estrema compattezza e nella sua efficacia sia in condizioni atmosferiche normali sia in condizioni climatiche particolarmente gravose. Più specificatamente il sistema è adottabile in campo automobilistico per una maggiore sicurezza dei veicoli, e dei relativi passeggeri, nel traffico stradale e per alleggerire ed agevolare l’attività dei conducenti in particolari condizioni di viabilità, quali: scarsa visibilità notturna, presenza di nebbia, pioggia, neve e così via. Il trovato, attraverso segnali di avvertimento o misure automatiche di intervento, agisce in presenza di ostacoli oppure in caso di guida troppo ravvicinata ad altri veicoli. Lo stesso trovato può vantaggiosamente essere impiegato anche per i sistemi di sorveglianza e di controllo del traffico. Il sistema opera sempre e comunque nell’ambito e nel rispetto delle norme di sicurezza per sistemi elettronici attualmente in vigore. The intrinsic advantages of the invention consist essentially in the reduced size of the general structure of the obstacle detector, in its extreme compactness and in its effectiveness both in normal atmospheric conditions and in particularly severe climatic conditions. More specifically, the system can be adopted in the automotive field for greater safety of vehicles, and their passengers, in road traffic and to lighten and facilitate the activity of drivers in particular road conditions, such as: poor visibility at night, presence of fog, rain, snow and so on. The invention, by means of warning signals or automatic intervention measures, acts in the presence of obstacles or in the case of driving too close to other vehicles. The same invention can advantageously also be used for traffic surveillance and control systems. The system always and in any case operates within and in compliance with the safety standards for electronic systems currently in force.

Ulteriori vantaggi, conseguibili col rilevatore d’ostacoli realizzato con radar a microonde e ad onde millimetriche, consistono nel fatto che esso è realizzabile con facilità ed è riproducibile in serie in modo molto economico, consentendo una sua vasta applicazione, non solo in campo automobilistico per rilevare la presenza di ostacoli durante la marcia, ma anche per altri usi, quali: antifurti e/o antiintrusione sia per mezzi mobili che per abitazioni, capannoni e simili, sistemi autolivellanti per macchine e veicoli industriali, sensori di livello, rilevatori per postazioni fisse per autostrade, porti, linee ferroviarie, tunnel e così via. Further advantages, achievable with the obstacle detector made with microwave and millimeter wave radar, consist in the fact that it is easily achievable and can be reproduced in series in a very economical way, allowing its wide application, not only in the automotive field for detect the presence of obstacles while driving, but also for other uses, such as: anti-theft and / or anti-intrusion devices for both mobile vehicles and homes, warehouses and the like, self-leveling systems for machines and industrial vehicles, level sensors, detectors for fixed locations for highways, ports, railway lines, tunnels and so on.

Nel seguito, l’invenzione viene descritta più in dettaglio secondo alcune forme realizzative date a solo scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli allegati disegni, in cui: In the following, the invention is described in more detail according to some embodiments given for illustrative and non-limiting purposes only, with reference to the attached drawings, in which:

la fig. 1 è lo schema a blocchi del circuito elettronico di trasmissione ed elaborazione del rilevatore d’ostacoli, fig. 1 is the block diagram of the electronic transmission and processing circuit of the obstacle detector,

la fig. 2 è lo schema a blocchi totale del sistema antenna/circuito elettronico di trasmissione, di analisi e di elaborazione, fig. 2 is the total block diagram of the antenna / electronic circuit for transmission, analysis and processing,

la fig. 3 è una sezione trasversale, schematica, di una prima forma realizzativa del rilevatore, a due lenti semisferiche orientate in allineamento, con seconda cavità troncoconica, fig. 3 is a schematic cross section of a first embodiment of the detector, with two hemispherical lenses oriented in alignment, with a second truncated conical cavity,

la fig. 4 rappresenta lo stesso rilevatore di figura 3, con la seconda cavità cilindrica, fig. 4 shows the same detector of figure 3, with the second cylindrical cavity,

le fig. 5 e 6 rappresentano lo stesso trovato delle figure 3 e 4, ma dotate di ima sola lente, figs. 5 and 6 show the same invention of Figures 3 and 4, but equipped with only one lens,

la fig. 7 rappresenta lo stesso rilevatore di figura 4, con le lenti semisferiche orientate in direzione opposta, fig. 7 shows the same detector of figure 4, with the hemispherical lenses oriented in the opposite direction,

la fig. 8 rappresenta la sezione trasversale di un esempio realizzativo della cavità generatrice contenente il diodo generatore di microonde ed il regolatore di frequenza, fig. 8 represents the cross section of an embodiment of the generating cavity containing the microwave generating diode and the frequency regulator,

la fig. 9 mostra alcune forme di lenti adottabili per la formazione del trovato, e fig. 9 shows some forms of lenses that can be adopted for forming the invention, e

le figg. IO, 11 e 12 rappresentano gli schemi di emissione di trovati aventi configurazioni ottiche differenti. figs. 10, 11 and 12 represent the emission patterns of found having different optical configurations.

Le figure si riferiscono ad un rilevatore di ostacoli a collimazione e focalizzazione dell’onda emessa, sostanzialmente costituito da un generatore a microonde rappresentato da un diodo IMPATT o GUNN in tecnologia GaAs o InP, mantenuto a temperatura costante e protetto con adeguati isolamenti. Secondo forme realizzative significative, date a solo titolo esemplificativo non limitativo, si farà esplicito riferimento a configurazioni adottanti un diodo GUNN; dopo un primo coordinamento di fase le onde generate da detto diodo passano attraverso una o più lenti di materiale dielettrico, o dielettrico artificiale, di elevata costante dielettrica, permeabile all’irradiazione elettromagnetica e resistente agli agenti atmosferici. Tali lenti, nelle varie realizzazioni, possono avere forma semisferica, asferica, ellittica, concava, convessa, biconvessa, a gradini. L’apparato ottico è realizzabile in materiale plastico, in resina acrilica, in resina bicomponente, in resina termoindurente, in vetroresina, in plexiglass, in ceramica, in quarzo, in vetro, in polietilene, in poliestere, in teflon e simili, e comunque in materiale dielettrico o dielettrico artificiale ad elevata costante dielettrica, permeabile airirradiazione elettromagnetica, resistente agli agenti atmosferici, molto omogeneo e compatto, senza impurità e/o inclusioni. La funzione dell’apparato ottico è quella di concentrare e focalizzare il fascio generato ed emesso dal sistema, in modo tale da renderlo della massima intensità e potenza. L’onda di ritorno, od eco, ottenuta dal rimbalzo prodotto dalla presenza di un ostacolo, è rilevabile dallo stesso dispositivo sfruttando la proprietà intrinseca del diodo impiegato al fine di discriminare la diversa natura dell’oggetto incontrato e la sua velocità relativa. Le microonde emesse in senso omnidirezionale dall’antenna, vengono focalizzate e concentrate in un unico fascio coerente ed in fase. L’onda unidirezionale di ritorno è rilevata dal sistema, ed è analizzata e quantificata in relazione al comportamento tipico del diodo utilizzato come generatore di microonde, ovvero in funzione della differenza di slittamento in frequenza tipica dei diodi GUNN, al variare dell’energia e della temperatura. The figures refer to an obstacle detector with collimation and focusing of the emitted wave, essentially consisting of a microwave generator represented by an IMPATT or GUNN diode in GaAs or InP technology, kept at a constant temperature and protected with adequate insulation. According to significant embodiments, given only by way of non-limiting example, explicit reference will be made to configurations adopting a GUNN diode; after an initial phase coordination, the waves generated by said diode pass through one or more lenses of dielectric material, or artificial dielectric, with a high dielectric constant, permeable to electromagnetic irradiation and resistant to atmospheric agents. These lenses, in the various embodiments, can have a hemispherical, aspherical, elliptical, concave, convex, biconvex or stepped shape. The optical apparatus can be made in plastic material, in acrylic resin, in two-component resin, in thermosetting resin, in fiberglass, in plexiglass, in ceramic, in quartz, in glass, in polyethylene, in polyester, in Teflon and the like, and in any case in dielectric or artificial dielectric material with high dielectric constant, permeable to electromagnetic radiation, resistant to atmospheric agents, very homogeneous and compact, without impurities and / or inclusions. The function of the optical apparatus is to concentrate and focus the beam generated and emitted by the system, in such a way as to make it of maximum intensity and power. The return wave, or echo, obtained from the rebound produced by the presence of an obstacle, can be detected by the same device by exploiting the intrinsic property of the diode used in order to discriminate the different nature of the object encountered and its relative speed. The microwaves emitted in an omnidirectional direction by the antenna are focused and concentrated in a single coherent and in phase beam. The unidirectional return wave is detected by the system, and is analyzed and quantified in relation to the typical behavior of the diode used as a microwave generator, i.e. as a function of the slip difference in frequency typical of GUNN diodes, as the energy and the temperature.

Un gruppo di alimentazione stabilizzata (1), attraverso un filtro passa basso (2) ed un moltiplicatore (3) abbinato ad un modulatore ad onda quadra, o di qualsiasi forma opportuna (4) come ad esempio: sinusoidale, triangolare, a dente di sega e così via, si collega, unitamente ad un circuito di analisi ed elaborazione (7), ad una antenna a lente (5) con cavità generatrice (8) contenente l’anodo (19) di alimentazione del diodo GUNN (9). In una prima forma realizzativa, esemplificativa, il rilevatore di ostacoli è sostanzialmente costituito da un involucro esterno (10) nella cui parte inferiore è predisposto un corpo (11), preferibilmente metallico, dotato di un sistema di regolazione che funge anche da porta circuito di polarizzazione (12). Il corpo (11) ha anche la funzione di schermo nei confronti delle interferenze dovute ai campi magnetici esterni. Al centro di tale struttura è predisposta la sede (13) di contenimento del diodo generatore (9) e dell’anodo (19) di alimentazione dello stesso, e nella quale si configura la cavità di generazione (8). Tale sede (13) di contenimento funge anche da catodo per il diodo generatore. Il diodo GUNN (9) generatore di microonde, è abbinato ed alimentato da un anodo collegato al circuito di alimentazione/ricezione. Detto anodo può, nelle diverse realizzazioni, avere la sola funzione di collegamento del diodo GUNN (9) all’alimentazione, oppure svilupparsi in lunghezza al di sopra del diodo stesso, per una lunghezza pari a 1/4 d’onda, e può essere protetto e sostenuto da un’anima isolante munita degli opportuni collegamenti elettrici necessari all’anodo (19). La suddetta anima delimita superiormente e coassialmente la cavità generatrice (8); essa può inoltre comprendere le necessarie connessioni elettriche ed eventualmente un' parziale rivestimento metallico di connessione al cilindro sottostante. Nelle varie realizzazioni il diodo GUNN (9) generatore di microonde, l’anodo (19) ed il regolatore di frequenza (24) possono essere posti nella cavità generatrice (8) delle stesse onde emesse da detto diodo GUNN. La cavità può anche essere realizzata in un corpo metallico, o in una sede (28) chiusa da un flangia di forma opportuna (26), comunicante con l’esterno attraverso un iride (27). In corrispondenza del corpo o involucro antiinterferenze (11) e della sede (13) è presente un vano vuoto (25), antidispersione, nel quale è disposto un dispositivo (6) di regolazione automatica della temperatura deH’antenna (5), ed i necessari componenti elettronici ed elementi elettrici di collegamento. Il sistema di regolazione della temperatura (6) può essere di tipo retroazionato o di tipo a compensazione elettronica della deriva termica. In posizione superiore, coassiale a detta cavità generatrice, è presente, secondo una soluzione non limitativa, una prima lente (14) in materiale dielettrico o dielettrico artificiale permeabile all’ irradiazione elettromagnetica e resistente agli agenti atmosferici, la quale è disposta alla base di un riflettore intermedio passivo, configurato a forma troncoconica (15) oppure a forma cilindrica (16). Superiormente, il riflettore passivo è racchiuso da una seconda lente esterna (17) in materiale dielettrico o dielettrico artificiale, permeabile all’irradiazione elettromagnetica e resistente agli agenti atmosferici, avente dimensioni maggiori di quella interna (14). In altre possibili soluzioni, il rilevatore di ostacoli può essere dotato di più lenti disposte assialmente, oppure di una sola lente esterna (17). A stabilized power supply unit (1), through a low pass filter (2) and a multiplier (3) combined with a square wave modulator, or of any suitable shape (4) such as: sinusoidal, triangular, toothed saw and so on, is connected, together with an analysis and processing circuit (7), to a lens antenna (5) with generating cavity (8) containing the anode (19) for feeding the GUNN diode (9). In a first exemplary embodiment, the obstacle detector is substantially constituted by an external casing (10) in the lower part of which there is a body (11), preferably metal, equipped with an adjustment system which also acts as a circuit door. polarization (12). The body (11) also acts as a shield against interference due to external magnetic fields. At the center of this structure there is the housing (13) for containing the generator diode (9) and the anode (19) for powering the same, and in which the generation cavity (8) is configured. This containment seat (13) also acts as a cathode for the generator diode. The microwave generator diode GUNN (9) is coupled and powered by an anode connected to the power supply / reception circuit. Said anode can, in the various embodiments, have the sole function of connecting the GUNN diode (9) to the power supply, or develop in length above the diode itself, for a length equal to 1/4 wavelength, and can be protected and supported by an insulating core equipped with the appropriate electrical connections necessary for the anode (19). The aforesaid core delimits the generating cavity (8) at the top and coaxially; it can also comprise the necessary electrical connections and possibly a partial metallic coating for connection to the underlying cylinder. In the various embodiments, the GUNN diode (9) generator of microwaves, the anode (19) and the frequency regulator (24) can be placed in the generating cavity (8) of the same waves emitted by said GUNN diode. The cavity can also be made in a metal body, or in a seat (28) closed by a suitably shaped flange (26), communicating with the outside through an iris (27). In correspondence with the anti-interference body or casing (11) and the seat (13) there is an empty compartment (25), anti-dispersion, in which there is a device (6) for automatically adjusting the temperature of the antenna (5), and the necessary electronic components and electrical connection elements. The temperature regulation system (6) can be of the feedback type or of the type with electronic compensation of the thermal drift. In the upper position, coaxial to said generating cavity, there is, according to a non-limiting solution, a first lens (14) in artificial dielectric or dielectric material permeable to electromagnetic irradiation and resistant to atmospheric agents, which is arranged at the base of a passive intermediate reflector, configured in a truncated cone shape (15) or cylindrical shape (16). Above, the passive reflector is enclosed by a second external lens (17) made of artificial dielectric or dielectric material, permeable to electromagnetic radiation and resistant to atmospheric agents, having larger dimensions than the internal one (14). In other possible solutions, the obstacle detector can be equipped with several lenses arranged axially, or with a single external lens (17).

In sostanza, l’antenna comprende almeno una lente in materiale dielettrico o dielettrico artificiale (17) permeabile all’ irradiazione elettromagnetica e resistente agli agenti atmosferici, un apparato di polarizzazione (12) , una cavità di selezione (8) di microonde, un sistema di regolazione e di mantenimento costante della temperatura o di compensazione elettronica della deriva termica (6) ed un involucro esterno (10), protetto da uno strato antiurto (10’) in gomma, in materiale plastico antiurto, o simili. La lente serve per la concentrazione e la focalizzazione delle onde elettromagnetiche emesse secondo l’asse principale dell’antenna (5). Una riduzione dell’ingombro assiale dell’antenna si può ottenere adottando una lente con breve distanza focale, la quale può essere realizzata come una lente a gradini (20) che permette di ridurre sia le perdite che le proporzioni geometriche con diminuzione del suo spessore. Attraverso una opportuna scelta dei profili che può assumere la lente adottata, è possibile ottimizzare il comportamento della radiazione. Il profilo della lente, o delle lenti, influisce sulla caratteristica di direzione dell’antenna (5), con larghezza dei lobi del diagramma di radiazione che, a seconda dei casi, possono essere uguali o quasi uguali in tutti i piani di sezione oppure molto differenti in due piani di sezione ortogonali. Nel caso di lenti cilindriche la lente provvede solo alla fecalizzazione del fascio in un piano, mentre, se necessario, alla generazione del fascio nel secondo piano ortogonale al primo, si provvede con il dispositivo di generazione delle onde. Una.lente con profilo semisferico (14 - 17 ) irradia nel piano xz in modo tale che un’onda sferica uscente dal suo fuoco viene convertita in un’onda con fronti di fase uniformi, mentre una lente con profilo di forma differente, come ad esempio quello di una lente a settore sferico con appendice cilindrica (29) fa si che l’onda sferica, dopo aver attraversato la lente semisferica presenti fronti di fase non uniformi. Da quanto espresso risulta evidente che in caso di particolari applicazioni, per le quali sia necessario un sistema con una diversa direttività con larghezza dei lobi molto differente in due diversi piani ortogonali fra loro, si possono realizzare lenti con diversi profili in due piani di sezione; un esempio non limitativo può essere quello della lente indicata col numero (30). In altre soluzioni, e in funzione delle specifiche necessità, le lenti adottate possono essere singole di differenti configurazioni o in coppie di configurazione uguale o diverse tra loro. Nelle figure sono indicate lenti di forma semisferica, ma ciò non è comunque limitativo in quanto è possibile utilizzare lenti asferiche (23), ellittiche (21), concave, convesse, biconvesse, ed anche lenti Fresnel (22). E’ significativo il fatto che le lenti a gradini o le lenti Fresnel, note per essere poco adatte all’utilizzo pratico perché presentano una banda molto stretta possono, in questo caso specifico, essere sfruttate in modo ottimale in quanto la banda in trasmissione è di per se strettissima. Per quanto concerne le lenti Fresnel, nelle diverse realizzazioni, se ne possono adottare tipi aventi aperture di forme differenti, come ad esempio: rettangolari o ellittiche, in funzione della diversa focalizzazione voluta nei piani orizzontale e verticale Basically, the antenna comprises at least one lens made of artificial dielectric or dielectric material (17) permeable to electromagnetic irradiation and resistant to atmospheric agents, a polarization apparatus (12), a microwave selection cavity (8), a system constant temperature regulation and maintenance or electronic compensation of thermal drift (6) and an external casing (10), protected by a shockproof layer (10 ') in rubber, shockproof plastic material, or the like. The lens is used to concentrate and focus the electromagnetic waves emitted according to the main axis of the antenna (5). A reduction in the axial dimensions of the antenna can be obtained by adopting a lens with a short focal distance, which can be made as a stepped lens (20) which allows to reduce both losses and geometric proportions with a decrease in its thickness. Through an appropriate choice of the profiles that the adopted lens can assume, it is possible to optimize the behavior of the radiation. The profile of the lens, or lenses, affects the direction characteristic of the antenna (5), with the width of the lobes of the radiation pattern which, depending on the case, can be the same or almost the same in all the section planes or very different in two orthogonal section planes. In the case of cylindrical lenses, the lens only focuses the beam in one plane, while, if necessary, the generation of the beam in the second plane orthogonal to the first is provided with the wave generation device. A lens with a hemispherical profile (14 - 17) radiates in the xz plane in such a way that a spherical wave coming out of its focus is converted into a wave with uniform phase fronts, while a lens with a different shape profile, such as for example, that of a spherical sector lens with cylindrical appendix (29) causes the spherical wave, after passing through the hemispherical lens, to present non-uniform phase fronts. From what has been expressed it is evident that in the case of particular applications, for which a system with a different directivity with very different lobe widths in two different orthogonal planes is required, lenses with different profiles in two section planes can be made; a non-limiting example may be that of the lens indicated by the number (30). In other solutions, and according to specific needs, the lenses adopted can be single of different configurations or in pairs of identical or different configurations. In the figures, hemispherical lenses are indicated, but this is not limiting anyway as it is possible to use aspherical (23), elliptical (21), concave, convex, biconvex lenses, and also Fresnel lenses (22). It is significant that stepped lenses or Fresnel lenses, known to be unsuitable for practical use because they have a very narrow band, can, in this specific case, be exploited in an optimal way since the transmission band is of very narrow per se. As regards Fresnel lenses, in the various realizations, types can be adopted with apertures of different shapes, such as: rectangular or elliptical, depending on the different focus desired in the horizontal and vertical planes.

Nelle varie configurazioni, le lenti adottate sono impiegate con orientamenti differenti : quelle semisferiche con il menisco rivolto verso l’esterno o verso l’interno dell’antenna; quelle di Fresnel con i gradini rivolti verso l’intemo o verso esterno. Nell’ultimo caso si ha il vantaggio che nelle aperture non si verificano zone anulari d’ombra che sono causa di aumento dei lobi secondari nei diagrammi di radiazione. Per contro, per lo specifico utilizzo nelle presenti antenne, si può manifestare l’inconveniente di accumuli di polvere e/o sporcizia in corrispondenza dei gradini: ciò rende necessario l’utilizzo di una ulteriore protezione trasparente permeabile all’irradiazione elettromagnetica e resistente agli agenti atmosferici, posta all’esterno del sistema. Una analoga protezione esterna si rende necessaria anche nel caso in cui la lente o le lenti adottate siano costituite di materiale dielettrico o dielettrico artificiale, permeabile all’irradiazione elettromagnetica, che però non garantisca la necessaria protezione agli agenti atmosferici. Nelle realizzazioni dove l’apparato ottico è costituito come minimo da una lente, è altresì possibile spostare le lenti, o la singola lente, lungo la direzione principale del fascio di emissione, ciò al fine di ottimizzare le regolazioni dell’apparato ottico nel suo complesso. In the various configurations, the lenses adopted are used with different orientations: the hemispherical ones with the meniscus facing the outside or the inside of the antenna; those of Fresnel with the steps facing inwards or outwards. In the latter case, there is the advantage that in the openings there are no annular areas of shadow which cause an increase in the secondary lobes in the radiation diagrams. On the other hand, for the specific use in these antennas, the drawback of accumulation of dust and / or dirt may occur in correspondence with the steps: this makes it necessary to use an additional transparent protection permeable to electromagnetic radiation and resistant to agents. atmospheric, placed outside the system. A similar external protection is also necessary if the lens or lenses used are made of artificial dielectric or dielectric material, permeable to electromagnetic radiation, which however does not guarantee the necessary protection against atmospheric agents. In the realizations where the optical apparatus is constituted at least by a lens, it is also possible to move the lenses, or the single lens, along the main direction of the emission beam, in order to optimize the adjustments of the optical apparatus as a whole. .

L’apparato di polarizzazione (12) lascia passare solo le radiazioni con determinata polarizzazione, mentre blocca quelle aventi polarizzazione ortogonale, in quanto, proprio nel caso di radar impegnati per il rilevamento a distanza di autoveicoli, sul fianco del lobo principale o sui lobi secondari del diagramma di radiazione potrebbero essere captate anche radiazioni perturbatrici imputabili a veicoli che procedono lateralmente e frontalmente, ed in senso contrario, e che usano Io stesso sistema di rilevamento. L’eliminazione delle radiazioni perturbanti è risolto in modo ottimale ruotando la polarizzazione lineare di 45°. In questo modo, l’irradiazione di veicoli che procedono in direzione opposta risulta invisibile poiché nella direzione contraria di marcia una polarizzazione lineare di 45° diventa una polarizzazione lineare di -45°, e viceversa; in tal modo le onde polarizzate ortogonalmente non possono essere ricevute dall’antenna. In un’altra soluzione alternativa, altrettanto valida e compresa nel presente trovato, in sostituzione della polarizzazione lineare ruotata di 45°, è adottabile una polarizzazione circolare, con la quale non si ha l’effetto già descritto poiché una polarizzazione circolare rimane tale anche se il veicolo viaggia in direzione opposta. La lente, o le lenti, di concentrazione e fecalizzazione delle onde elettromagnetiche vengono sistemate nell’apposito alloggiamento con 1’aggiunta di una guarnizione atta a garantire una protezione ed una tenuta agli agenti atmosferici. Nella cavità di generazione (8) delle onde millimetriche viene effettuata la loro selezione in relazione alla frequenza desiderata. Nelle configurazioni date ad esempio, la cavità di generazione può, vantaggiosamente ed economicamente, essere realizzata in alluminio, in pezzi stampati ad iniezione di precisione o simili; essa è sostanzialmente costituita da un corpo metallico o sede (13) sostenuta dal corpo di regolazione e sostegno (11) oppure, in un’ altra soluzione, da una piastra (26) e da un alloggiamento (28) metallici, comunicanti con esterno attraverso un iride (27). Nell’ alloggiamento (28) trova posto Papparato di selezione della frequenza (24) , l’anodo (19) di alimentazione del diodo GUNN (9) e lo stesso diodo. Il corpo metallico o sede (13) così come la flangia (26) e Palloggiamento (28), possono essere realizzati in acciaio o con un qualsiasi altro metallo o materiale idoneo allo scopo prefissato. Il sistema retroazionato di regolazione della temperatura o di compensazione elettronica della deriva termica (6) ha la funzione di mantenere l’antenna (5) sempre ad una temperatura costante, o, quanto meno, compresa entro determinati limiti prefissati. L’involucro esterno (10) protegge ed isola il sistema dall’ambiente esterno; esso è costituito da un alloggiamento, preferibilmente metallico, fabbricabile con tecnica di stampaggio ad iniezione , od altro metodo adeguato, e da un involucro (10’) antiurto, preferibilmente in gomma, materiale plastico antiurto, o simili. The polarization apparatus (12) allows only radiations with a certain polarization to pass, while it blocks those having orthogonal polarization, since, precisely in the case of radars used for the remote detection of motor vehicles, on the side of the main lobe or on the secondary lobes of the radiation diagram could also be captured disturbing radiations attributable to vehicles moving sideways and frontally, and in the opposite direction, and using the same detection system. The elimination of disturbing radiations is solved in an optimal way by rotating the linear polarization by 45 °. In this way, the irradiation of vehicles traveling in the opposite direction is invisible since in the opposite direction of travel a linear polarization of 45 ° becomes a linear polarization of -45 °, and vice versa; in this way the orthogonally polarized waves cannot be received by the antenna. In another alternative solution, equally valid and included in the present invention, in place of the linear polarization rotated by 45 °, a circular polarization can be adopted, with which the effect already described is not obtained since a circular polarization remains such even if the vehicle travels in the opposite direction. The lens, or lenses, that concentrate and focus the electromagnetic waves are placed in the appropriate housing with the addition of a gasket to ensure protection and sealing against atmospheric agents. In the millimeter wave generation cavity (8) their selection is made in relation to the desired frequency. In the configurations given for example, the generation cavity can advantageously and economically be made of aluminum, precision injection molded parts or the like; it is substantially constituted by a metal body or seat (13) supported by the adjustment and support body (11) or, in another solution, by a metal plate (26) and by a housing (28), communicating with the outside through an iris (27). In the housing (28) there is the frequency selection apparatus (24), the anode (19) for powering the GUNN diode (9) and the diode itself. The metal body or seat (13) as well as the flange (26) and the housing (28) can be made of steel or any other metal or material suitable for the intended purpose. The feedback system for temperature regulation or electronic compensation of thermal drift (6) has the function of keeping the antenna (5) always at a constant temperature, or, at least, within certain predetermined limits. The external casing (10) protects and isolates the system from the external environment; it consists of a housing, preferably metal, which can be manufactured with injection molding technique, or other suitable method, and a shockproof casing (10 '), preferably in rubber, shockproof plastic material, or the like.

La parte elettronica è costituita da una alimentazione stabilizzata (1), da un generatore di impulsi ad onda quadra (18) o di qualsiasi altra forma opportuna, come ad esempio: sinusoidale, triangolare, a denti di sega e così via, con funzione di modulatore, e da un circuito di ricezione, elaborazione ed analisi (7). L’intero piano focale viene reso impermeabile alle onde elettromagnetiche con una superficie metallica, in modo tale che le frequenze superiori o inferiori alla frequenza di rete, non possano giungere al circuito elettronico. The electronic part consists of a stabilized power supply (1), a square wave pulse generator (18) or any other suitable shape, such as: sinusoidal, triangular, sawtooth and so on, with the function of modulator, and by a reception, processing and analysis circuit (7). The entire focal plane is made impermeable to electromagnetic waves with a metal surface, so that frequencies above or below the network frequency cannot reach the electronic circuit.

Il circuito di alimentazione, modulazione, filtraggio, amplificazione e trasmissiòne/ricezione , così come pure quello di analisi, possono essere anche di tipo integrato e miniaturizzato. The power supply, modulation, filtering, amplification and transmission / reception circuit, as well as the analysis one, can also be of the integrated and miniaturized type.

Mentre la presente invenzione è stata descritta ed illustrata secondo alcune forme realizzative, non limitative, risulterà evidente agli esperti del ramo che varie modifiche ai componenti, alle strutture, ai circuiti elettronici, alle combinazioni delle varie forme delle lenti e delle composizioni dell’apparato ottico, all’organizzazione circuitale ed agli insiemi, potranno essere apportate , senza per questo uscire dal suo ambito e scopo. While the present invention has been described and illustrated according to some non-limiting embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications to the components, structures, electronic circuits, combinations of the various lens shapes and compositions of the optical apparatus , to the circuit organization and to the ensembles, can be made, without thereby departing from its scope and purpose.

Claims

CLAIMS 1. Obstacle detector with collimation and focusing of the emitted wave comprising an IMPATT or GUNN diode (9) characterized by the fact of comprising, in coaxial sequential order, a cavity (8) generating and selecting the waves emitted by the generating diode (9) , a polarizer (12), a passive intermediate reflector and at least one optical apparatus (17) for focusing and concentrating the waves emitted along the axis of an antenna (5); said optical apparatus constituting the whole generation of a concentrated, unipolar, coherent wave beam of the desired frequency and of maximum intensity and power; further characterized by the fact that the microwaves emitted omnidirectionally by the antenna (5), are focused and concentrated in a single coherent and in phase beam, and that the unidirectional return wave, or echo, derived from the detection of a stationary or movement, is detected by the same system, and is analyzed and quantified in relation to the typical behavior of the diode used as a microwave generator. 2. . Obstacle detector according to claim 1 characterized by the fact that said optical apparatus constitutes the unit for generating a beam of concentrated, unipolar, coherent waves of the desired frequency and of the maximum intensity and power, which the microwaves emitted in the omnidirectional direction by the antenna (5), are focused and concentrated in a single coherent and in phase beam, and that the unidirectional return wave, or echo, derived from the detection of a stationary or moving obstacle, is detected by the same system, and is analyzed and quantified as a function of the difference in frequency slip typical of GUNN diodes, as energy and temperature vary. 3. Obstacle detector according to claims 1 and 2 characterized by the fact that it comprises inside a body (11), supporting and shielding against interference due to external magnetic fields, in the center of which there is a seat (13) for containing the anode (19) for feeding the diode (9) and in which the generation cavity (8) is configured; said seat (13) also constituting the cathode of the aforementioned microwave generator diode (9), while the body (11) and the seat (13) consist of a system comprising a flange (26) with respective housing (28) of containing the frequency selection apparatus (24), the power supply anode (19) of said microwave generator diode (9), and of the diode itself (9); the cavity (8) for generating the same waves emitted by said diode is configured in said seat, which opens outwards through an iris (27). 4. Obstacle detector according to claims 1, 2 and 3 characterized in that at the interference suppression housing (11) and the seat (13), or at the flange (26) or housing (28), there is an empty anti-dispersion compartment (25), in which there is a feedback system (6) for automatic temperature regulation, or for the compensation / electronic regulation of thermal drift of the antenna (5), and any electrical and electronic connection elements . 5. Obstacle detector according to claims 1 and 2 characterized in that the microwave generator diode (9) is coupled and powered by an anode (19) connected to the power supply / reception circuit; said anode, in the various embodiments, can have the sole function of connecting the diode (9) to the power supply, or it can extend in length above the diode itself, for a length equal to 1/4 of a wave, and can be protected and supported by an insulating core equipped with the appropriate electrical contacts necessary for the anode (19) and which delimits the generating cavity (8) at the top and coaxially, it can also include the necessary electrical connections and, possibly, a partial metallic connection coating to the underlying cylinder. 6. Obstacle detector according to claims 1, 2 and 5 characterized in that a truncated cone (15) or cylindrical (16) passive intermediate reflector is placed above and coaxially to the generating cavity (8). 7. Obstacle detector according to claims 1, 2,3 and 6 characterized in that in the upper part of the generating cavity (8), in addition to the passive intermediate reflector (15) or (16) there is at least one dielectric or an artificial dielectric (17 ), permeable to electromagnetic irradiation and resistant to atmospheric agents, of concentration and focus of the energy emitted by the system, along the axis of the antenna (5), the longitudinal dimension of which is less than the focal distance of the optical apparatus itself ; said optical apparatus being hemispherical, or aspherical, elliptical, concave, convex, biconvex, stepped and the like, and is made of plastic material, acrylic resin, bicomponent resin, thermosetting resin, fiberglass, plexiglass, in ceramic, quartz, glass, polyethylene, Teflon and the like and in any case in artificial dielectric or dielectric material with high dielectric constant, very homogeneous and compact, without impurities and / or inclusions. 8. Obstacle detector to collimation and focusing of the emitted wave as described with the reservation expressed in the last sentence of the descriptive part, as illustrated by way of example, according to the previous claims and for the specified purposes.