WO2005031921A1 - Reflektorantenne - Google Patents

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WO2005031921A1
WO2005031921A1 PCT/DE2004/001925 DE2004001925W WO2005031921A1 WO 2005031921 A1 WO2005031921 A1 WO 2005031921A1 DE 2004001925 W DE2004001925 W DE 2004001925W WO 2005031921 A1 WO2005031921 A1 WO 2005031921A1
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antenna
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Lutz KÜHNKE
Markus Wintermantel
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A.D.C. Automotive Distance Control Systems Gmbh
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
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    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/185—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces wherein the surfaces are plane
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Definitions

  • the present invention relates to a reflector antenna for bundling radar waves, in particular long-range vision radar sensors for a motor vehicle, with a main reflector and possibly one or more subreflectors.
  • the present invention also relates to a distance sensor, preferably a far-range radar distance sensor for a motor vehicle, in which
  • An angle measurement is carried out to compare the amplitude of adjacent antenna lobes.
  • the present invention also relates to a method for angle measurement with a radar sensor for a motor vehicle, in which the amplitudes of adjacent antenna lobes are compared and an angle measurement is carried out in accordance with the comparison.
  • Far-vision radar sensors with high concentration are frequently used for the motor vehicle sector, i.e. with the narrowest possible antenna beam to ensure a suitable resolution of targets in the field of view of the system.
  • a high concentration is z. B. achieved by means of lenses or by reflector antennas.
  • a method suitable for angle detection is based on the use of several separate antenna lobes which are offset in space and which are generated by spatially offset exciters for the radar waves in the lens or reflector system.
  • the same antenna area or aperture is used for each beam. Therefore, the actual appearance of the rays and their characteristic values, e.g. Beam width, beam spacing and crossing points of the beams, not arbitrarily and not independently of each other.
  • FIG. 1 A typical antenna pattern of a reflector system is shown in FIG. 1. With this plot of the amplitude A against the angle W of three individual beams (single lobes) 1, 2, 3 it can be seen that in for an angle detection important angle ranges there are very large amplitude ratios of directly adjacent individual beams. This is particularly pronounced at the locations of the maxima M1.M2.M3 of the individual beams 1, 2, 3.
  • Arrangements with two reflectors e.g. a planar folded reflector antenna as described in DE 198 48722 A1. Such antennas are designed for the smallest possible depth or focal length.
  • the antenna type is shown in more detail in Fig. 2.
  • the antenna consists essentially of a main reflector 11, a plurality of exciters 12 and a subrefector 13.
  • the subreflector 13 is realized by a carrier with an applied polarizer 16.
  • the main reflector 11 and the sub-reflector 13 are at a distance 14 from one another.
  • the main reflector 11 is formed by a planar dielectric with an arrangement of individual metallization structures 15, hereinafter also referred to as “metallizations”, on the front side, a so-called “reflect array”.
  • metallizations on the front side
  • the spacing of the individual beams is decisively determined by the structural depth 14 and the design of the exciters 12, while the beam width is mainly dependent on the size of the main reflector 11.
  • an antenna with a small overall depth 14, which is desirable for a compact overall arrangement, and at the same time with the largest possible dimension of the main reflector 11, which is necessary to achieve a large gain for the antenna has the characteristic of the antenna beams described above. This leads to problems when evaluating several individual lobes for angle measurements based on amplitude information.
  • angles from point sources can be unambiguously calculated over a specific spatial area from the amplitude ratio of the reception signals if the forms of the antenna diagram are known.
  • the basic principle of such an angle measurement is known as a so-called diagram shift keying and is described in the literature, for example in Skolnik, MI, "Introduction to Radar Systems", McGraw-Hill Book Company, 1962.
  • Reduction of the antenna area can be achieved, but there is quickly a significant reduction in profit and thus also a reduction in range.
  • a spreading out of the individual beams of the antenna arrangement is therefore preferred, in particular for lower amplitude values.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a reflector antenna which enables sufficiently wide antenna beams in the low amplitude level and a low side lobe level without having to take into account the predetermined antenna area and the structural depth and the Total gain of the arrangement significant restrictions and deteriorations must be accepted.
  • the object is achieved according to the invention in that the main reflector and / or possibly the at least one sub-reflector has at least one defect which has an advantageous influence on the beam shape of the individual
  • Antenna beams especially a broadening, from individual ones
  • fault location is understood to mean a point or a region on the reflector or reflectors in question at which or in which the radiation properties differ from those of a conventionally designed, predetermined arrangement.
  • the main reflector and / or possibly the at least one sub-reflector has at least one metallization structure, preferably several
  • Metallization structures and the metallization structure has at least one
  • At least one defect is on a main reflector by omitting at least one metallization structure, preferably several
  • Metallization structures implemented in the arrangement of the metallization structures.
  • the main reflector is preferably designed as a "reflect array".
  • the metallization structures on the main reflector are regularly arranged from rectangles, crosses, panes and the like on a grid with a preferably constant spacing. For certain applications, non-constant spacing and irregular arrangements are also provided. With the arrangements of the metallization structures according to the state of the art, one is usually considered optically in terms of radiation optics above the location on the respective one observed surface realizes continuously varying reflection properties of the respective reflector considered.
  • the term interference point is understood to mean a location or a region on the reflector of the antenna arrangement in question at which or in which the reflection properties deviate from those properties which continuously vary according to the prior art over the location on the surface in question in each case and / or the actual reflection location is varied in the direction orthogonal to the surface.
  • individual metallizations are omitted according to a deterministic method or a stochastic method with a defined probability distribution. This creates disturbances in the location-dependent behavior of the reflector, which leads to an undirected radiation of the power components present in the respective regions.
  • more and more imperfections are being used towards the edge of the reflector, as a result of which an overall decreasing amplitude assignment on the reflector arises. This leads to broader radar beams and lower beam lobes.
  • Metallizations are used to a greater or lesser extent. Relatively few area portions of the metallizations are advantageously omitted in a range between 5% to 50%, preferably in a range between 5% to 35%, based on the total area of metallizations, as a result of which the antenna gain only compared to an arrangement with the same total area changed slightly.
  • Another preferred embodiment of the invention consists in not omitting individual metallization structures, but in changing their dimensions or shapes in a targeted manner according to a deterministic method or a stochastic method with a defined probability distribution, in relation to the dimensioning required for maximum gain of the antenna arrangement. With such a measure, an approximate extinction of individual scattered at the main reflector can be scattered in the far field of the arrangement
  • defects in the metallization structure on a main reflector are realized by means of a specific dimension and / or shape of the metallization structures.
  • This means that the metallizations of the main reflector are purposefully and functionally dependent on the entire surface their dimensions or shapes.
  • the shape of one or more reflectors is changed in accordance with the circumferential angle of the respective reflector under consideration.
  • Such a configuration is obtained if the boundary curve of the main reflector is not a circle, but rather is suitably shaped depending on the circumferential angle, so that, with reference to certain cutting planes, an outward decrease in amplitude assignment can also be realized.
  • Reflector area is only moderately reduced, so the resulting loss of antenna gain is kept within acceptable limits and the antenna diagrams can be brought into the desired shape. It is provided according to the invention that a sub-reflector is used which, as a replacement or in addition to the main reflector, has at least one defect, in particular holes of very small diameter.
  • An advantageous development of the invention consists in impressing a suitable shape on the main reflector and / or the sub-reflector.
  • defects are designed and / or arranged in such a way that they are only effective in one section plane of the antenna pattern.
  • the antenna is preferably a planar folded reflector antenna.
  • the subreflector on the side facing the main reflector is completely or partially covered with a dielectric of a suitable thickness.
  • Combinations of the measures described can also be used to optimally design the arrangement.
  • the measures described can also be applied analogously to other antenna arrangements.
  • the object is also achieved by a distance sensor, in which it is provided that the angle measurement is carried out on the basis of a predetermined antenna lobe geometry and / or a determined or estimated antenna lobe geometry, the beam shape of the individual antenna beams being influenced, in particular widened and / or side lobes of the individual antenna beams have a reduced amplitude.
  • the senor has no angular ranges with a significantly restricted range.
  • it has a larger uniqueness range of the angle measurement compared to a conventional distance sensor.
  • the object is also achieved by a method which is characterized in that an antenna lobe geometry is taken into account in the angle measurement, which is predetermined and / or determined or estimated, the beam shape of the individual antenna beams being advantageously influenced, in particular widened, and / or have a reduced amplitude in addition to lobes of the individual antenna beams. Signals from the two adjacent antenna lobes with the maximum reception amplitude are evaluated.
  • the angle of incidence of a signal with known lobe geometries can then be clearly determined from the ratio of the associated amplitudes over a restricted angular range.
  • the lobe geometries can either be approximated by angle-dependent functions or measured beforehand.
  • FIG. 3 shows an antenna diagram for a reflector antenna according to the invention.
  • Fig. 4 shows a reflector antenna according to the invention in a schematic representation in cross section.
  • FIG. 5 shows a top view of the main reflector of the planar folded reflector antenna according to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a plan view of the main reflector of the planar folded reflector antenna according to FIG. 4 with the targeted use of impurities.
  • the plot of the amplitude A against the angle W in FIG. 3 shows three beams 5, 6, 7 with three maxima M5, M6, IVi7 which are distinguished from the diagram forms shown in FIG. 1 in the circumstances described by significantly better properties.
  • the first side lobes N6a, N6b of the middle beam only form at significantly larger angles.
  • the facts are shown here using the example of three antenna lobes 5, 6, 7, but the principle also applies in the same way to a larger number of lobes.
  • the invention is explained below using a planar folded reflector antenna, as is known in principle from DE 198 48 722 A1 and to which reference is made here in full.
  • the antenna is shown in FIG. 4. Analogously to the structure shown in FIG. 2, it has essentially three or fewer or more exciters 22, a subreflector 23 with an applied polarizer 26 and a main reflector 21, which is provided by a planar dielectric with an arrangement of individual metallization structures 25 on the front, a so-called reflect array.
  • this reflect array enables, in addition to locally varying reflection properties, a rotation of the polarization plane of the radar waves by 90 °, so that these are first reflected on the sub-reflector 23 and can pass through it unhindered after reflection on the main reflector 21.
  • the locally varying reflection properties result from the locally different sizes of the metallization structures 25, as can be seen in FIG. 4 and the following figures in FIG. 6.
  • the individual metallization structures are dimensioned such that they have reflection phases - which precisely compensate for the phase differences resulting from the different path lengths from the centrally attached exciter to the individual metallizations under consideration.
  • the required reflection phase of the / th metallization results in ⁇ ⁇ , ⁇ + W where ⁇ is the free space wavelength, ⁇ is the distance between the exciter and the / th metallization and h is the distance 14 in FIG. 2.
  • this reference design leads to the greatest possible gain and the narrowest possible antenna beams, which leads to the problems explained above in an angle measurement based on amplitude comparison.
  • a preferred arrangement is to arrange the metallization structures 25 on the main reflector 21 regularly from rectangles, crosses, disks and the like on a grid with a constant spacing, but to omit individual metallizations according to a deterministic method or a stochastic method with a defined probability distribution.
  • FIG. 5 shows an embodiment without defects.
  • FIG. 6 shows an embodiment based on FIG. 5 with defects according to the invention.
  • metallizations can also be specifically changed in their dimensions or shapes compared to their dimensioning required for maximum gain of the antenna arrangement according to a deterministic method or a stochastic method with a defined probability distribution. With such a measure, an approximate extinction of individual power components scattered at the main reflector can be achieved in the far field of the arrangement.
  • impurities are used here specifically for shaping the antenna beams in reflector antenna arrangements , whereby the defects are realized either by omitting them or by deliberately “detuning” metallizations.
  • the metallizations of the main reflector are functionally, depending on the location, specifically changed in terms of their dimensions or shapes over the entire surface, which means an additional term dependent on r in the design specification given above. This is preferably done in addition to the formation of defects described above. This leads to a defined phase assignment on the main reflector which is defective in comparison with a conventional configuration of the arrangement, as a result of which the first side lobe of each antenna beam is fused to the main lobe and the desired diagram shape is obtained.

Abstract

Bei einer Reflektorantenne zur Bündelung von Radarwellen für Abstandssensoren, insbesondere Fernsicht­Radarsensoren für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hauptreflektor und ggf. einem oder mehreren Subreflektoren, weist der Hauptreflektor und/oder ggf. der mindestens eine Subreflektor zumindest eine Störstelle auf, die eine Verbreiterung eines einzelnen Antennenstrahls, vorzugsweise mehrerer Antennenstrahlen und/oder einer Verringerung einer Nebenkeule eines Antennenstrahls, vorzugsweise mehrerer Antennenstrahlen, bewirken.

Description

Reflektorantenne
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zur Bündelung von Radarwellen, insbesondere Fernsicht-Radarsensoren für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hauptreflektor und ggf. einem oder mehreren Subreflektoren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso einen Abstandssensor, vorzugsweise Fernsicht-Radarabstandssensor für ein Kraftfahrzeug, bei dem durch
Amplitudenvergleich benachbarter Antennenkeulen eine Winkelmessung erfolgt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Winkelmessung mit einem Radarsensor für ein Kraftfahrzeug, bei dem die Amplituden benachbarter Antennenkeulen verglichen werden und nach Maßgabe des Vergleichs eine Winkelmessung durchgeführt wird.
Häufig werden für den Kraftfahrzeugbereich Fernsicht-Radarsensoren mit hoher Bündelung verwendet, d.h. mit einem möglichst schmalen Antennenstrahl, um eine geeignete Auflösung von Zielen im Sichtbereich des Systems zu gewährleisten.
Eine hohe Bündelung wird z. B. mittels Linsen oder durch Reflektorantennen erzielt.
Ein zur Winkeldetektion geeignetes Verfahren beruht auf der Nutzung mehrerer separater, im Raum versetzter Antennenkeulen, die durch räumlich versetzte Erreger für die Radarwellen im Linsen- bzw. Reflektorsystem erzeugt werden.
Bei derartigen Systemen wird für jeden Strahl dieselbe Antennenfläche bzw. Apertur verwendet. Daher lassen sich das tatsächliche Aussehen der Strahlen sowie deren charakteristische Werte, wie z.B. Strahlbreite, Strahlabstand und Kreuzungspunkte der Strahlen, nicht beliebig und nicht unabhängig voneinander einstellen.
Ein typisches Antennendiagramm eines Reflektorsystems ist in der Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Auftragung der Amplitude A gegen den Winkel W von drei Einzelstrahlen (Einzelkeulen) 1 ,2,3 ist zu erkennen, dass in für eine Winkeldetektion wichtigen Winkelbereichen sehr große Amplitudenverhältnisse direkt benachbarter Einzelstrahlen vorliegen. Besonders ausgeprägt ist dies an den Orten der Maxima M1.M2.M3 der Einzelstrahlen 1 ,2,3.
Die dargestellte Eigenart ergibt sich insbesondere bei Linsenantennen und
Anordnungen mit zwei Reflektoren, z.B. einer planaren gefalteten Reflektorantenne wie sie in der DE 198 48722 A1 beschrieben ist. Derartige Antennen sind für eine möglichst geringe Bautiefe bzw. Brennweite ausgelegt.
Der Antennentyp ist in Fig. 2 näher dargestellt. Die Antenne besteht im wesentlichen aus einem Hauptreflektor 11 , mehreren Erregern 12 und einem Subref lektor 13. Der Subreflektor 13 ist durch einen Träger mit aufgebrachtem Polarisator 16 realisiert. Der Hauptreflektor 11 und der Subreflektor 13 weisen einen Abstand 14 voneinander auf. Der Hauptreflektor 11 wird durch ein planares Dielektrikum mit einer Anordnung von einzelnen Metallisierungsstrukturen 15, im folgenden auch als „Metallisierungen" bezeichnet, auf der Vorderseite, einem sogenannten „Reflect- Array", gebildet. Mit den Anordnungen der Metallisierungsstrukturen wird strahlenoptisch betrachtet üblicherweise eine über dem Orte auf der jeweilig betrachteten Oberfläche kontinuierlich variierende Reflexϊonseigenschaft des jeweilig betrachteten Reflektors realisiert. Das Reflect-Array ermöglicht eine
Drehung der Polarisationsebene der Radarwellen um 90°, so dass diese zunächst am Subreflektor 13 reflektiert werden und diesen nach Ref lektion am Hauptreflektor 11 ungehindert durchdringen können.
Durch die Bautiefe 14 und die Ausgestaltung der Erreger 12 wird der Abstand der Einzelstrahlen maßgeblich bestimmt, während die Strahlbreite hauptsächlich von der Größe des Hauptreflektors 11 abhängig ist. Insbesondere eine Antenne mit geringer Bautiefe 14, die für eine kompakte Gesamtanordnung wünschenswert ist, und gleichzeitig mit möglichst großer Dimension des Hauptreflektors 11 , was zur Erzielung eines großen Gewinns der Antenne notwendig ist, weist die oben beschriebene Eigenart der Antennenstrahlen auf. Dies führt bei einer auf Amplitudeninformationen basierenden Auswertung von mehreren Einzelkeulen für Winkelmessungen zu Problemen. Werden in einem Sensorsystem jeweils die Informationen von zwei benachbarten Antennenstrahlen mit größter Empfangsamplitude herangezogen, so lassen sich Winkel von Punktquellen jeweils über einen bestimmten Raumbereich eindeutig aus dem Amplitudenverhältnis der Empfangssignale berechnen, wenn die Formen des Antennendiagramms bekannt sind. Das Grundprinzip einer solchen Winkelmessung ist als sogenannte Diagramm-Umtastung bekannt und in der Literatur, z.B. in Skolnik, M.I., „Introduction to Radar Systems", McGraw-Hill Book Company, 1962, beschrieben.
Für einen Antennenstrahl ergeben sich in Winkelbereichen mit kleinen Werten des Antennendiagramms kleine Empfangssignale, die unter Umständen von einem Empfänger nicht mehr detektiert werden können. Mit anderen Worten ist die Reichweite des Sensorsystems für den jeweils betrachteten Antennenstrahl in diesen Bereichen gering. Dies ist in Fig. 1 z.B. für Winkel nahe 0° für die beiden äußeren Strahlen 1 ,3, z.B. im Bereich des Schnittpunkts S1 , der Fall. In diesem Bereich lassen sich bei großen Messentfernungen keine Winkel mehr bestimmen. Darüber hinaus können sich bei relativ hohen Frequenzen, die insbesondere für Kraftfahrzeug-Radare verwendet werden, Probleme durch hohe Nebenkeulen ergeben. Im dargestellten Beispiel können vor allem für Winkel jenseits von ±4° durch winkelmäßig ungünstig liegende, hohe Nebenkeulen Mehrdeutigkeiten der Amplitudenverhältnisse entstehen.
Um diesen Problemen zu begegnen, ist sowohl eine Verbreiterung der Antennenstrahlen als auch eine geeignete Kontrolle bzw. Limitierung des Nebenkeulenniveaus erforderlich. Die Verbreiterung der Strahlen kann durch
Verkleinerung der Antennenfläche erzielt werden, wobei sich allerdings schnell eine deutliche Gewinn red uktion und somit ebenfalls eine Reichweitenreduktion ergibt. Bevorzugt ist daher eine Aufspreizung der Einzelstrahlen der Antennenanordnung insbesondere für niedrigere Amplitudenwerte.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Reflektorantenne anzugeben, die ausreichend breite Antennenstrahlen im niedrigen Amplitudenniveau und ein niedriges Nebenkeulenniveau ermöglicht, ohne dass im Hinblick auf die vorgegebene Antennenfläche und die Bautiefe sowie den Gesamtgewinn der Anordnung wesentliche Einschränkungen und Verschlechterungen in Kauf genommen werden müssen. Darüber hinaus ist es das Ziel dieser Erfindung, eine Abstandssensor und ein Verfahren zur Winkelbildung anzugeben, der/das zuverlässig für den gesamten Erfassungsbereich arbeitet.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den davon abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hauptreflektor und/oder ggf. der mindestens eine Subreflektor zumindest eine Störstelle aufweist, die eine vorteilhafte Beeinflussung der Strahlenform der einzelnen
Antennenstrahlen, insbesondere eine Verbreiterung, von einzelnen
Antennenstrahlen und/oder eine Verringerung zumindest einer Nebenkeule der einzelnen Antennenstrahlen bewirkt. Dabei wird unter dem Begriff ,Störstelle' eine Stelle oder ein Bereich auf dem jeweils betrachteten Reflektor oder auf den jeweils betrachteten Reflektoren verstanden, an der oder in dem die Abstrahlungseigenschaften von denen einer konventionell ausgestalteten, vorgegebenen Anordnung abweichen.
Erfindungsgemäß weist der Hauptreflektor und/oder ggf. der mindestens eine Subreflektor zumindest eine Metallisierungsstruktur, vorzugsweise mehrere
Metallisierungsstrukturen, auf und die Metallisierungsstruktur weist zumindest eine
Störstelle auf.
Nach der Erfindung ist mindestens eine Störstelle auf einem Hauptreflektor durch Auslassen mindestens einer Metallisierungsstruktur, vorzugsweise mehrerer
Metallisierungsstrukturen, in der Anordnung der Metallisierungsstrukturen realisiert.
Der Hauptreflektor ist dabei vorzugsweise als „Reflect-Array" ausgeführt. Die Metallisierungsstrukturen auf dem Hauptreflektor sind dabei regelmäßig aus Rechtecken, Kreuzen, Scheiben und ähnlichem auf einem Gitter mit vorzugsweise konstantem Abstand angeordnet. Für bestimmte Anwendungen sind auch nichtkonstante Abstände und unregelmäße Anordnungen vorgesehen. Mit den Anordnungen der Metallisierungsstrukturen nach dem Stand der Technik wird strahlenoptisch betrachtet üblicherweise eine über dem Orte auf der jeweilig betrachteten Oberfläche kontinuierlich variierende Reflexionseigenschaft des jeweilig betrachteten Reflektors realisiert. Unter dem Begriff Störstelle wird bei einer solchen Anordnung ein Ort oder eine Region auf dem jeweilig betrachteten Reflektor der Antennenanordnung verstanden, an dem oder in der die Reflexionseigenschaften von denen nach dem Stand der Technik üblicherweise über dem Orte auf der jeweilig betrachteten Oberfläche kontinuierlich variierenden Eigenschaften abweichen und bzw. oder der tatsächliche Reflexionsort in der zur Oberfläche orthogonalen Richtung variiert wird.
Erfindungsgemäß werden dabei nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung einzelne Metallisierungen weggelassen. Dadurch entstehen Störstellen im ortsabhängigen Verhalten des Reflektors, welche zu einer ungerichteten Abstrahlung der in den jeweiligen Regionen vorhandenen Leistungsanteile führt. Im Sinne der oben beschriebenen Anforderungen an die Strahlungsdiagramme werden dazu zum Rand des Reflektors hin immer mehr Störstellen verwendet, wodurch in der Gesamtsicht eine nach außen abnehmende Amplitudenbelegung auf dem Reflektor entsteht. Diese führt zu breiteren Radarstrahlen und niedrigeren Mebenkeulen.
Je nach gewünschter Diagrammform kann das Weglassen einzelner
Metallisierungen mehr oder weniger stark angewandt werden. Vorteilhaft werden relativ wenige Flächenanteile der Metallisiserungen in einem Bereich zwischen 5 % bis 50 % , vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 % bis 35 %, bezogen auf die Gesamtfläche an Metallisierungen weggelassen, wodurch sich der Gewinn durch die Antenne gegenüber einer Anordnung mit gleicher Gesamtfläche nur geringfügig verändert.
Außerdem ist es möglich, die gewünschten Effekte z. B. primär nur für eine bestimmte Schnittebene, z. B. die in Fig. 1 dargestellte Schnittebene, durch das System bzw. die Erreger zu realisieren. In der dazu orthogonalen Schnittebene kann weiterhin mit schmalen Antennenstrahlen gearbeitet werden. So können z. B. für Azimut und Elevation der Antenne deutlich unterschiedliche Strahlformen realisiert werden. Darüber hinaus ist es vorgesehen, die Störstellen für bestimmte Ausführungsformen symmetrisch zur Antennenachse anzuordnen.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, einzelne Metallisierungsstrukturen nicht wegzulassen, sondern gegenüber ihrer für einen maximalen Gewinn der Antennenanordnung erforderlichen Dimensionierung nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung gezielt in ihren Dimensionen oder Formen zu verändern. Durch eine solche Maßnahme kann im Fernfeld der Anordnung eine näherungsweise Auslöschung einzelner am Hauptreflektor gestreuter
Leistungsanteile erzielt werden. Dadurch ergibt sich in sehr ähnlicher Weise eine Diagrammformung wie oben beschrieben.
Erfindungsgemäß sind Störstellen der Metallisierungsstruktur auf einem Hauptreflektor, vorzugsweise als „Reflect-Array" ausgeführt, durch eine bestimmte Dimensionen und/oder Formen der Metallisierungsstrukturen realisiert. Das bedeutet es ist vorgesehen, die Metallisierungen des Hauptreflektors auf der gesamten Fläche funktional vom Ort abhängig gezielt in ihren Dimensionen oder Formen zu verändern. Dies führt zu einer gegenüber einer gewöhnlichen Auslegung der Anordnung definiert fehlerbehafteten Phasenbelegung auf dem Hauptreflektor. Diese führt bei richtiger Auslegung im wesentlichen dazu, dass die erste Nebenkeule eines jeden Antennenstrahls mit der Hauptkeule verschmolzen wird und sich so gewünschte Diagrammformen ergeben.
Erfindungsgemäß wird die Form einer oder mehrerer Reflektoren nach Maßgabe des Umfangswinkels des jeweiligen betrachteten Reflektors verändert. Eine derartige Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Berandungskurve des Hauptreflektors nicht ein Kreis ist, sondern vom Umfangswinkel abhängig geeignet geformt wird, wodurch sich auf bestimmte Schnittebenen bezogen ebenfalls eine nach außen hin abfallende Amplitudenbelegung realisieren lässt. Wird dabei die gesamte
Reflektorfläche nur moderat verkleinert, so hält sich auch der entstehende Verlust des Antennengewinns in akzeptablen Grenzen und die Antennendiagramme können in die gewünschte Form gebracht werden. Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass ein Subreflektor eingesetzt wird, der ersatzweise oder zusätzlich zum Hauptreflektor mindestens eine Störstelle, insbesondere Löcher sehr kleinen Durchmessers, aufweist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dem Hauptreflektor und/oder dem Subreflektor eine geeignete Form einzuprägen.
Es ist vorgesehen, dass Störstellen so ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass sie im wesentlichen nur in einer Schnittebene des Antennendiagramms wirksam sind.
Die Antenne ist vorzugsweise eine planare gefaltete Refloktorantenne.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird bei einer gefalteten Reflektorantenne der Subreflektor auf der dem Hauptreflektor zugewandten Seite mit einem Dielektrikum einer geeigneten Stärke ganz oder teilweise abgedeckt.
Zur optimalen Auslegung der Anordnung können auch Kombinationen der beschriebenen Maßnahmen angewendet werden. Die beschriebenen Maßnahmen sind dabei sinngemäß auch auf andere Antennenanordnungen übertragbar.
Die Aufgabe wird ebenso durch einen Abstandssensor gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass die Winkelmessung auf Grundlage einer vorgegebenen Antennenkeulengeometrie und/oder einer ermittelten oder abgeschätzten Antennen- keulengeometrie erfolgt, wobei die Strahlenform der einzelnen Antennenstrahlen beeinflusst ist, insbesondere verbreitert ist und/oder Nebenkeulen der einzelnen Antennenstrahlen eine verringerte Amplitude aufweisen.
Dadurch weist der Sensor keine Winkelbereiche mit wesentlich eingeschränkter Reichweite auf. Darüber hinaus besitzt er gegenüber einem konventionellen Abstandsensor einen größeren Eindeutigkeitsbereich der Winkelmessung. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Winkelmessung eine Antennen keulengeometrie mit berücksichtigt wird, die vorgegeben wird und/oder ermittelt oder abgeschätzt wird, wobei die Strahlenform der einzelnen Antennenstrahlen vorteilhaft beeinflusst ist, insbesondere verbreitert ist und/oder Neben keulen der einzelnen Antennenstrahlen eine verringerte Amplitude aufweisen. Dabei werden jeweils Signale aus den zwei benachbarten Antennenkeulen mit maximaler Empfangsamplitude ausgewertet. Aus dem Verhältnis der zugehörigen Amplituden ist dann der Einfallswinkel eines Signals bei bekannten Keulengeometrien über einem eingeschränkten Winkelbereich eindeutig bestimmbar. Dazu können die Keulengeometrien entweder durch winkelabhängige Funktionen angenähert oder zuvor vermessen werden. Bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung ergibt sich so ein Abstandssensor, der aufgrund der oben beschriebenen Antenneneigenschaften keine Winkelbereiche mit wesentlich eingeschränkter Reichweite besitzt und andererseits einen größeren Eindeutigkeitsbereich der Winkelmessung aufweist als eine konventionell ausgeführte Anordnung.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden beispielhaft anhand von 3 Abbildungen (Fig. 3 bis Fig. 6) erläutert.
Fig. 3 zeigt ein Antennendiagramm für eine erfindungsgemäße Reflektorantenne.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Reflektorantenne in schematischer Darstellung im Querschnitt.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den Hauptreflektor der planaren gefalteten Reflektorantenne gemäß Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf den Hauptreflektor der planaren gefalteten Reflektorantenne gemäß Fig. 4 mit gezieltem Einsatz von Störstellen. Die Auftragung der Amplitude A gegen den Winkel W in Fig. 3 zeigt drei Strahlen 5,6,7 mit drei Maxima M5,M6,IVi7 die sich gegenüber den in Fig. 1 dargestellten Diagrammformen in den beschriebenen Sachverhalten durch deutlich bessere Eigenschaften auszeichnen. Es liegt ein deutlich höherer Schnittpunkt S2 der äußeren Keulen 5,7 gegenüber dem Schnittpunkt S1 in Fig. 1 bei 0° vor. Außerdem bilden sich die ersten Nebenkeulen N6a,N6b des mittleren Strahls erst bei deutlich größeren Winkeln aus. Exemplarisch sind die Sachverhalte hier am Beispiel von drei Antennenkeulen 5,6,7 dargestellt, das Prinzip gilt jedoch in gleicher weise auch für eine größere Anzahl von Keulen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer planaren gefalteten Reflektorantenne erläutert, wie sie im Grundsatz aus der DE 198 48 722 A1 bekannt ist und worauf hier vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Antenne ist in der Fig. 4 dargestellt. Sie weist analog zu dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau im wesentlichen drei oder weniger oder mehr Erregern 22, einen Subreflektor 23 mit aufgebrachtem Polarisator 26 und einen Hauptreflektor 21 auf, der durch ein planares Dielektrikum mit einer Anordnung von einzelnen Metallisierungsstrukturen 25 auf der Vorderseite, einem sogenannten Reflect-Array, gebildet wird. Im vorliegenden Beispiel ermöglicht dieses Reflect-Array neben örtlich variierenden Reflektionseigenschaften eine Drehung der Polarisationsebene der Radarwellen um 90°, so dass diese zunächst am Subreflektor 23 reflektiert werden und diesen nach Reflektion am Hauptreflektor 21 ungehindert durchdringen können. Die örtlich variierenden Reflektionseigenschaften ergeben sich dabei durch die örtlich unterschiedlichen Größen der Metallisierungsstrukturen 25, wie in Fig. 4 und den folgenden Abbildungen Fig. 6 zu erkennen ist. Bei einer konventionell ausgestalteten Anordnung oder Referenzauslegung werden die einzelnen Metallisierungsstrukturen so dimensioniert, dass sie Reflexionsphasen - aufweisen, die gerade die sich durch die unterschiedlichen Weglängen vom zentrisch angebrachten Erreger zu den einzelnen betrachteten Metallisierungen ergebenden Phasendifferenzen ausgleichen. Im formelmäßigen Zusammenhang ergibt sich die gesuchte Reflexionsphase der /-ten Metallisierung so zu π Φ, λ +W wobei λ die Freiraumwellenlänge, η den Abstand zwischen Erreger und der /-ten Metallisierung und h den Abstand 14 in Fig. 2 bedeuten.
Diese Referenzauslegung führt bei einer vorgegebenen Anordnung zum größtmöglichen Gewinn und zu den schmälst möglichen Antennenstrahlen, was zu den oben erläuterten Problemen bei einer auf Amplitudenvergleich basierende Winkelmessung führt.
Eine bevorzugte Anordnung besteht darin, die Metallisierungsstrukturen 25 auf dem Hauptreflektor 21 regelmäßig aus Rechtecken, Kreuzen, Scheiben und ähnlichem auf einem Gitter mit konstantem Abstand anzuordnen, jedoch nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung einzelne Metallisierungen wegzulassen.
Dadurch entstehen Störstellen im ortsabhängigen Verhalten des Reflektors, welche zu einer ungerichteten Abstrahlung der in den jeweiligen Regionen vorhandenen Leistungsanteile führt. Fig. 5 zeigt eine Ausführung ohne Störstellen. Fig. 6 zeigt eine ausgehend von Fig. 5 erstellte Ausführungsform mit Störstellen nach der Erfindung.
Alternativ oder ergänzend können Metallisierungen gegenüber ihrer für einen maximalen Gewinn der Antennenanordnung erforderlichen Dimensionierung nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung auch gezielt in ihren Dimensionen oder Formen verändert werden. Durch eine solche Maßnahme kann im Fernfeld der Anordnung eine näherungsweise Auslöschung einzelner am Hauptreflektor gestreuter Leistungsanteile erzielt werden.
Gegenüber den an einigen Stellen in der Literatur beschriebenen, sogenannten „thinned arrays" (z. B. Skolnik, M.I., „Introduction to Radar Systems", McGraw-Hill Book Company, 1962) werden hier Störstellen gezielt zur Formung der Antennenstrahlen in Reflektorantennehanordnungen eingesetzt, wobei die Störstellen entweder durch Weglassen oder auch durch gezieltes „Verstimmen" von Metallisierungen realisiert werden. Bei einer weiteren Ausgestaltung sind die Metallisierungen des Hauptreflektors auf der gesamten Fläche funktional vom Ort abhängig gezielt in ihren Dimensionen oder Formen verändert, was einen zusätzlichen von r, abhängigen Term in der oben angegebenen formelmäßigen Auslegungsvorschrift bedeutet. Das erfolgt vorzugsweise zusätzlich zu der oben beschriebene Ausbildung von Störstellen. Dies führt zu einer gegenüber einer gewöhnlichen Auslegung der Anordnung definiert fehlerbehafteten Phasenbelegung auf dem Hauptreflektor, wodurch die erste Nebenkeule eines jeden Antennenstrahls mit der Hauptkeule verschmolzen wird und sich die gewünschte Diagrammform ergibt.

Claims

Patentansprüche
1 . Reflektorantenne zur Bündelung von Radarwellen, insbesondere FemsichtRadarsensoren für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hauptreflektor und ggf. einem oder mehreren Subreflektoren, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptreflektor und/oder ggf. der mindestens eine Subreflektor zumindest eine Störstelle aufweist, die eine vorteilhafte Beeinflussung der Strahlenform, insbesondere eine Verbreiterung, von einzelnen Antennenstrahlen und/oder eine Verringerung zumindest einer Nebenkeule der einzelnen Antennenstrahlen bewirkt.
2. Reflektorantenne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptreflektor und/oder ggf. der mindestens eine Subreflektor zumindest eine Metallisierungsstruktur, vorzugsweise mehrere Metallisierungsstrukturen, aufweist, die zumindest eine Störstelle aufweist.
3. Reflektorantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Störstelle auf einem Hauptreflektor durch Auslassen mindestens einer Metallisierungsstruktur, vorzugsweise mehrerer Metallisierungsstrukturen, in der Anordnung der Metallisierungsstrukturen realisiert ist.
4. Reflektorantenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Störstelle auf einem Hauptreflektor durch eine bestimmte Dimension und/oder Form mindestens einer Metallisierungsstruktur realisiert ist.
5. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Störstelle auf einem Hauptreflektor funktional vom Ort abhängig gegenüber einer für einen maximalen Gewinn der Reflektorantenne erforderlichen Auslegung in ihren Dimensionen oder Formen verändert ist.
6. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form einer oder mehrerer Reflektoren nach Maßgabe des Umfangswinkels des jeweiligen betrachteten Reflektors verändert wird.
7. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Subreflektor mindestens eine Störstelle aufweist.
8. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupt- und/oder der Subreflektor eine eingeprägte Form aufweist.
9. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Störstelle so ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass sie im wesentlichen nur in einer Schnittebene des Antennendiagramms wirksam ist.
10. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine planare gefaltete Reflektorantenne ist.
11. Abstandssensor, vorzugsweise Fernsicht-Radarabstandssensor für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einer Reflektorantenne nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem durch Amplitudenvergleich benachbarter Antennenkeulen eine Winkelmessung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessung auf Grundlage einer vorgegebenen Antennenkeulengeometrie und/oder einer ermittelten oder abgeschätzten Antennenkeulengeometrie erfolgt, wobei die Strahlenform der einzelnen Antennenstrahlen vorteilhaft beeinflusst sind, insbesondere verbreitert sind und/oder Nebenkeulen der einzelnen Antennenstrahlen eine verringerte Amplitude aufweisen.
2. Verfahren zur Winkeimessung mit einem Radarsensor für ein Kraftfahrzeug, bei dem die Amplituden benachbarter Antennenkeulen verglichen werden und nach Maßgabe des Vergleichs eine Winkelmessung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Winkelmessung eine Antennenkeulengeometrie mit berücksichtigt wird, die vorgegeben wird und/oder ermittelt oder abgeschätzt wird, wobei die Strahlenform der einzelnen Antennenstrahlen vorteilhaft beeinflusst sind, insbesondere verbreitert sind und/oder Nebenkeulen der einzelnen Antennenstrahlen eine verringerte Amplitude aufweisen.
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