WO2019011540A1 - Gruppenantenne für radaranwendungen - Google Patents

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WO2019011540A1
WO2019011540A1 PCT/EP2018/065022 EP2018065022W WO2019011540A1 WO 2019011540 A1 WO2019011540 A1 WO 2019011540A1 EP 2018065022 W EP2018065022 W EP 2018065022W WO 2019011540 A1 WO2019011540 A1 WO 2019011540A1
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antenna
metal plate
heating
slots
antenna body
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Hendrik Ibendorf
Dominikus Joachim MÜLLER
Olaf Richter
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01S13/92—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for velocity measurement

Definitions

  • the invention relates to an array antenna for radar applications.
  • Radar devices / radar sensors include radar antennas. Radar / radar sensors are used for a variety of purposes. One of them is the use for speed measurement. The physical effect underlying this application is the Doppler effect. Radar ⁇ radiation is reflected, inter alia, of metal objects, that is, structures with a sufficient amount for the particular radar radiation wavelength roughness (Rayleigh criterion) scattered back.
  • the relative speed between the radar sensor and Ob ⁇ ject can then be determined from the measure of the frequency offset between transmission frequency and reception frequency.
  • a radar sensor is mounted, whose radar radiation is directed to the track and is reflected by the track (the antenna lobe is directed obliquely on the track bed).
  • the technical solution based on heating has the disadvantage that only very little of the heating power of the tracks arrives at the Radarantennenstrahlern, since that the conductors surrounding the dielectric (plastic) is a poor heat carrier.
  • the tracks located in the radar beam path cause that the radiation characteristic of the Radarantennenstrahler (the radar antenna) is impaired.
  • the radar antenna For these conductor paths befin ⁇ in the near field of the radar antenna radiator and therefore reflect a portion of the transmitted radar radiation or impair the near field and thus the far field and the antenna characteristic, which leads to falsification of the results. It is therefore the task to design the heating of the radar ⁇ ne with higher efficiency.
  • the array antenna for radar applications includes the following features:
  • the array antenna comprises a flat, constructed of several superposed layers cuboid antenna body,
  • the antenna body has a metallic surface formed by a top, a bottom and a side edge,
  • a first layer forming the top of this antennas ⁇ body is formed as a metal plate, which comprises a large number of slots configured as antenna radiating elements to ⁇ ,
  • a second forming the lower side layer is formed as a metal ⁇ metallic base plate
  • the side edge is formed by a metal frame connecting metal plate and metallic base plate,
  • the metal plate, the metallic base plate and / or the metal frame are directly connected to a heating element
  • the antenna body is heated by means of heat conduction through this connection.
  • a heating element is connected directly to the metalli ⁇ 's antenna body, the heat output produced by means of heat conduction with high efficiency the antenna body, ie transmit the array antenna.
  • the antenna body is thus heated directly by heat conduction.
  • a heating element does not affect the radiation characteristic of the array antenna, since no metallic structures are introduced in the radiation direction of the array antenna. It is also possible to use cost-effective production methods known from printed circuit board technology in which three-dimensional, flat cuboid bodies
  • Layer by layer wherein these layers of metallic, dielectric, epoxy resin and / or air layers (cavities) may be produced.
  • the heating element is located in the interior of the antenna body.
  • the power supply of the heating element can take place via conductor tracks and the construction of the antenna body can be carried out by cost-effective production methods from printed circuit board technology and related assembly and connection technology.
  • the heating element is designed as a heating wire, which is located in a groove which is inserted into the outside of the metal frame or on the metal ⁇ plate. This also ensures cost-effective production with effective transmission of the heating power to the antenna body.
  • the heating element is designed as a heating foil, which is connected to the outer edge of the metal plate, but does not cover the slots of the metal plate. Also in this way a cost-effective production ⁇ with effective transfer of the heating power ensures the emission characteristic of the array antenna is not affected.
  • the heating element is designed as a resistor which is located on the outer ⁇ side of the metallic base plate. From these ⁇ education enables inexpensive to produce efficient transfer of heat output to the antenna body.
  • a metal plated-through hole connecting the metal plate and the me ⁇ -metallic base plate By means of these additional metallic connections, a faster propagation of the heating power to be transmitted can take place.
  • the metal plate has a plurality of mutually parallel strands, each having a same plurality of slots per strand.
  • bundling of the antenna radiation in the central strands of the metal plate or the feed structure can be achieved in a simple manner.
  • the injected electrical, i. conducted energy via a feed structure to the antenna radiation elements Due to the precise design of the feed structure (design of the feed structure) or the antenna radiation elements, the desired bundling of the antenna radiation can be achieved.
  • the metal plate has six mutually parallel strands of 20 slots per strand. Such an embodiment could be found to be particularly promising in simulations for use in rail vehicles.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an antenna body of a group antenna.
  • FIG. 2 shows the antenna body shown in FIG. 1 and the associated feed structure.
  • FIG. 3 shows a strand of a feed structure for 20 slots.
  • FIG. 4 shows the layer structure of an antenna body with a heating element.
  • FIG. 5 shows the antenna body from the front view
  • FIG. 6 shows the antenna body from the front view
  • FIG. 7 shows the antenna body from the front view
  • FIG. 1 shows an antenna body 1 of a group antenna 3.
  • the antenna body 1 is of flat, cuboid shape. It is made up of several superimposed layers.
  • the antenna body 1 is viewed from below in Figure 1, the antenna body 1 is illustrated so to speak "turned over.”
  • the slots 7 become, so to speak, from the interior of the antenna body 1
  • the top layer has a metallic surface, and this first layer forming the top of the antenna body 1 is formed as a metal plate 4.
  • This metal plate 4 comprises a plurality of slots 7.
  • FIG. 1 six parallel slots 7 can be seen in each case (slots in the direction from left to right).
  • 20 such slots 7 are arranged in a slot strand (slots in the direction from bottom to top).
  • This antenna body 1 thus has a slot structure of 6 ⁇ 20 slots 7.
  • the antenna body 1 also has an underside (not shown).
  • the bottom is formed by a second layer.
  • the sides of the antenna body 1 are formed by a metal ⁇ frame 6, which thus connects metal plate 4 and metallic base plate.
  • This metal frame 6 does not necessarily have the entire surface forming a plurality of side walls or / Be ⁇ tenrs.
  • a part of a side edge or several side edges may also be formed by means of non-metallic sections, eg as explained later in FIGS. 5 to 7 by an HF substrate layer. Nevertheless, such a non-metallic sections through ⁇ broken metal frame should be considered as a metal frame, the metal plate and metal base plate connects, so here indirectly connects.
  • the antenna body 1 is viewed from below in Figure 2, the antenna body 1 is so to speak "turned over.”
  • the slots 7 and the feed structure 2 are so to speak from 2 shows an array antenna 3, comprising the antenna body 1 shown in FIG. 1 and the associated feed structure 2.
  • the feed structure 2 consists of a mesh of conductor tracks. Of course, electrical energy is supplied from outside the antenna body 1 to this feed point 8 in a line-connected manner
  • Carrying out the feed line in the antenna body 1 and its insulation with respect to the antenna body 1 is not here shows, but for the expert of course.
  • the antenna body 1 or the feed structure 2 receives radar radiation, converts this into conducted electrical energy, and subsequently removes these via the feed point 8 for further Auswer ⁇ processing.
  • the electrical Ener ⁇ energy is supplied via the conductor tracks to a first branching point 9 and a second branch point 10 degrees.
  • the conductor path is separated into three various ⁇ dene conductor tracks on the ers ⁇ th branch point. 9
  • Each of these tracks is now fed to a slot line.
  • the second branch point 10 supplied track at this branch point 10 is also separated into three different conductor ⁇ tracks. Also, each of these tracks is now fed to a slot string.
  • Each of these conductor tracks ie the feed structure 2 is guided below the metal plate 4 in the interior of the antenna body 1 in a conductor track layer (HF substrate).
  • a conductor track layer HF substrate.
  • ⁇ as shown in Figure 3, which shows a strand of a feed structure 2 for twenty slots 7, for a defined phase shift and power split between the slots 7, a strip conductor branches in the vicinity of each slot 7 into an arc and an extension.
  • Arc and extension lie in the figure 2 in a horizontal plane, ie in the plane of the metal plate 4.
  • the extension opens at each slot 7 and ensures that guided over the extension line-bound electrical energy, at the slot 7 in electromagnetic energy (radar ) and then radiate this radar radiation through the slot 7 to the outside of the antenna body 1 becomes.
  • the arc of the conductor track is guided around each slot 7, so that a large part of the electrical energy conducted via the conductor path is not coupled out at the first, lowest slot 7 in FIG. 2, ie transmitted as radar radiation, but also further slots 7 of this slot line can be supplied with electrical energy, so that more, in the figure 2 in the upward direction, located slots 7 electrical energy can be supplied via their respective extension.
  • the electrical energy of the conductor track can thus uniformly all slots 7 of a strand slot fed ⁇ the, so that each slot 7 is reacted in the same amount thereof radar radiation (serial power distribution).
  • radar radiation serial power distribution
  • suitable dimensioning of the feed structure 2, that is, conductor width, slot height, etc. it is possible to set exactly how the power distribution of decoupled radar radiation is to be distributed over the slots 7. That is, depending on the dimensioning ⁇ tion of the feeder structure 2, the Auskoppel essence can be determined at the slits.
  • This dimensioning can therefore also be designed so that counted when reaching for example the tenth slot 7, in the Figure 2 from bottom to top, already all supplied via the conductor track energy in Ra ⁇ darstrahlung was reacted, so the radiated Ra ⁇ darstrahlung in the lower ten slots 7 is concentrated (asymmetrical power distribution).
  • Feed-in point 8 supplied electrical energy equally divided between the two branches (symmetrical power division). However, the supplied energy is not uniform on the äuße ⁇ reindeer, the middle and the inner feed distributed strand (asymmetric power distribution) on the first and second branching point 9, 10th
  • the two inner feed strands are supplied with most of the energy.
  • the two middle feed strands in FIG. 2 thus the second feed strand from the left and the second feed strand from the right) become significantly less energy than the two inner strands Fed feeding and the two outer feed strands is still significantly less energy supplied. That is to say that the radar radiation power emitted by the central antenna radiation elements (slots 7) is clearly largest.
  • the phase of the radar radiation between a first and the adjacent antenna radiation element can be
  • the slot width (in FIG. 2, the distance between the left and right edges of a slot 7) is half the wavelength of the radar radiation.
  • Slot height (in Figure 2, ie the distance between the lower and the upper edge of a slot 7) significantly smaller than one-tenth of the wavelength of the radar radiation.
  • the design of the feed structure 2 and the Schiitzdimensionie- tion are preferably chosen so that the maximum of radiated radar radiation concentrated in the central slot strands and in the lower part of the antenna body 1.
  • the radar radiation emitted by the individual antenna radiation elements (slots 7) should concentrate, so that a directivity (a preferred radiation direction) is generated.
  • a slot structure of 8 x 24 slots of the antenna body 1 would be particularly advantageous, ie eight parallel slit strands, each ⁇ of these eight slit strands then comprises 24 consecutively arranged slots.
  • the antenna body 1 may comprise an odd number of slot strands for certain applications.
  • FIG. 4 shows the layer structure of an antenna body 1 with a heating element 11.
  • a protective layer 15 made of plastic, which covers the metal plate 4 ⁇ .
  • RF substrate layer 12 In one point of the metal plate 4 is an RF substrate layer 12, in which the feed structure (not ge ⁇ shows) is guided.
  • dielectric layer 13 Below the dielectric layer 13 is an air layer 16.
  • the metallic Base plate 5 In the air layer 16 and in direct connection with the metallic base plate 5 is a heating element 11.
  • this heating element 11 flows through current, it heats up and gives its heat by means of heat conduction with high efficiency to the metallic base ⁇ plate 5 on , Via the metal frame (not shown in this figure, but provided in the preceding figures with the reference numeral 6), the transferred heat spreads quickly on the metal plate 4. Additionally, heat is also transferred from the metal base plate 5 by means of the two metal ⁇ metallic vias 14 on the metal plate. 4 Further HF electronics (not shown here) can likewise be located on the underside of the dielectric layer 13 and / or in the air layer 16.
  • the heating element 11, such as a heating resistor can be introduced cost-effective development process as SMD component exporting ⁇ ren and directly in the soldering process the layer structure in manufacturing.
  • the dielectric layer may also be replaced by an air layer (not shown).
  • FIG. 5 shows the antenna body 1 from the front view (two-dimensional) with a protective layer 15 and a heating element 11 designed as a heating wire.
  • a further layer is applied on the metallic surface of the metal plate 4 of the antenna body 1.
  • this layer is not metallic but typically plastic.
  • Protective layer 15 serves to prevent the ingress of dirt and / or moisture into the antenna body 1, which could adversely affect the radiation characteristic of the array antenna 3 in an undesirable manner.
  • This protective layer 15 may have a surface with low adhesion properties, self-cleaning (lotus effect), or such a Oberflä ⁇ che be applied to them.
  • the layers known from the above figures are metal plate 4, the feed structure receiving RF substrate layer 12 and the metallic base plate 5 can be seen.
  • the metal frame 6 is drawn here for the sake of illustration only on the two sides, but it would cover all sides of An ⁇ tennen stresses 1.
  • the substrate structure 12 receiving the feed structure may be of the RO 4350 as known in the art.
  • the metal plate 4 may be made of stainless steel Herge ⁇ provides.
  • the metal plate 4 is a groove on all four sides (shown only two sides) are introduced. In this groove, a heating wire 11 is placed and supplied with power. The heating of the heating wire 11 leads by means of heat conduction to the fact that the antenna body 1 heats up with high efficiency on all metallic surfaces. It is also possible to effectively prevent the ingress of dirt and moisture into the antenna body 1 while saving material, by not covering the entire upper side of the metal plate 4, but only filling the slots with this non-metallic protective material. In order to accelerate the heating of the metal plate 4 and the antenna body 1, Victorflä ⁇ che between heating wire and metal plate can additionally ver ⁇ enlarges (not shown in figure).
  • the groove is not only introduced to the four outer sides of the metal plate, but additionally introduced between the individual feed strands.
  • a so inserted into the groove heating wire runs on an outer edge of the metal plate pa ⁇ rallel to a first supply strand is then guided around the last slot of this feed strand runs parallel between first and second supply strand is guided around the last slot of the second feed strand, extends pa ⁇ rallel between the second and third supply strand is guided around the last slot of the third supply strand extends parallel between third and fourth supply strand is guided around the last slot of the fourth supply strand, and so on until the heating wire again parallel to the ande ⁇ ren outer edge of the metal plate extends.
  • FIG. 6 shows the antenna body from the front view
  • FIG. 11 (two-dimensional) with a protective layer and a heating element designed as a heating foil ⁇ . 11 Configuration and function in Figure 6, except for that described in the fol ⁇ constricting identical to Figure 5. Instead of a heating wire is introduced into the HF-substrate layer 12, a heating foil 11 is introduced. This heating foil 11 is directly connected to the metal frame 6 and especially with the metal plate 4, so heat generated by the heating foil 11 by heat conduction to the metal plate 4 and then the other metallic walls of the antenna body 1 can be transmitted with high efficiency.
  • the heating foil 11, because metallic, should only be placed on the outer edges of the RF substrate layer 12, at least not below the slots (not shown) of the metal plate 4, since this metallic structure of the heating foil 11 would otherwise affect the radiation characteristic of the array antenna.
  • the contact surface between the heating foil and the metal plate can also be enlarged here for faster heating of the antenna body (not shown in FIG. 1).
  • the heating foil is additionally introduced into those areas of the HF substrate layer which have contact surfaces with the overlying metal plate but do not have contact surfaces with the "slits of the metal plate.” These contact surfaces are thus substantially parallel contact surfaces between the slit strands.
  • FIG. 7 shows the antenna body from the front view
  • FIG. 7 Design and operation in Figure 7 are identical except for the method described in Fol ⁇ constricting identical to figure 5 or figure 6. Instead of a heating wire / a heating foil are attached to the underside of the metal base plate 5, three power resistors. 11 These power resistors 11 are connected to the metal Lich base plate 5 directly connected. Heat generated by current flow through the power resistors 11 is dissipated by heat conduction to the metallic base plate 5 and then to the other metallic sides of the antenna body 1 with high efficiency. These power resistors could also be located in the interior of the antenna body and be directly connected to the metal plate (not shown here).
  • the metallic base plate 5 is of other metallic
  • the antenna body 1 is described here as flat and rectangular. However, it is clear to the person skilled in the art that exact shape and cuboidality do not matter here with regard to the shape of the antenna body 1. As other forms of the antenna body 1 so long ⁇ the nature of operation of the invention by these other forms will not leave be encompassed by the invention.
  • the invention is not limited to the specifictientsbei ⁇ games, but includes other not explicitly disclosed by the skilled person recognizable modifications, as long as the core of the invention is made use of. The explicitly disclosed and the obvious modifications are intended to determine the scope of the invention.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gruppenantenne (3) für Radaranwendungen. Um das Beheizen der Radarantenne (3) mit höherem Wirkungsgrad auszugestalten, wird eine Gruppenantenne (3) für Radaranwendungen umfassend einen flachen, aus mehreren übereinanderliegenden Schichten aufgebauten quaderförmigen Antennenkörper (1) vorgeschlagen. Der Antennenkörper (1) ist mit einer die Oberseite bildenden Metallplatte (4) ausgebildet. Die Metallplatte (4) umfasst eine Vielzahl von als Schlitze (7) ausgebildete Antennenstrahlungselemente. Der Antennenkörper (1) umfasst eine metallische Grundplatte (5) und einen Metallrahmen (6). Metallplatte (4), metallische Grundplatte (5) und/oder Metallrahmen (6) sind mit einem Heizelement (11) unmittelbar verbunden und der Antennenkörper (1) ist mittels Wärmeleitung über diese Verbindung beheizbar.

Description

Beschreibung
Gruppenantenne für Radaranwendungen Die Erfindung betrifft eine Gruppenantenne für Radaranwendun¬ gen. Radargeräte / Radarsensoren umfassen Radarantennen. Radargeräte / Radarsensoren werden für eine Vielzahl von Einsatzzwecken verwendet. Einer davon ist der Einsatz zur Geschwindigkeitsmessung. Der diesem Einsatzgebiet zu Grunde liegende physikalische Effekt ist der Doppler-Effekt . Radar¬ strahlung wird unter anderem von metallischen Objekten reflektiert, d.h. von Strukturen mit einer für die jeweilige Radarstrahlungswellenlänge ausreichenden Rauhigkeit (Rayleigh Kriterium) zurückgestreut. Haben Radarsensor und Objekt zuei- nander eine Relativgeschwindigkeit und wird das von der Ra¬ darantenne des Radarsensors mit einer Sendefrequenz ausgesen¬ dete Radarsendesignal von diesem Objekt reflektiert bzw. zu¬ rückgestreut und das reflektierte / zurückgestreute Signal von dem Radarsensor wieder empfangen, ist die Empfangsfre- quenz dieses Radarempfangssignals von der Sendefrequenz des
Radarsendesignals unterschiedlich. Aus dem Mass des Frequenzversatzes zwischen Sendefrequenz und Empfangsfrequenz kann dann die Relativgeschwindigkeit zwischen Radarsensor und Ob¬ jekt ermittelt werden.
Auf diese Weise werden auch Zuggeschwindigkeiten ermittelt, wobei an die Unterseite des Zuges ein Radarsensor montiert ist, dessen Radarstrahlung auf das Gleis gerichtet ist und von dem Gleis reflektiert wird (die Antennenkeule ist schräg auf das Gleisbett gerichtet) .
Bei winterlichen Witterungsverhältnissen kann sich jedoch eine Schnee- und/oder Eisschicht auf dem Radarsensor bilden, die die Abstrahlcharakteristik der Radarantenne beeinträch- tigt. Die Schnee- und/oder Eisschicht kann selbst die ausge¬ sendete Radarstrahlung reflektieren, auf jeden Fall aber dämpfen bzw. die Abstrahlrichtung ändern. Diese Belegung des Radarsensors mit einer Schnee- und/oder Eisschicht führt auf¬ grund der genannten Beeinträchtigung der Radarantennenstrahlung zu größeren Ungenauigkeiten hinsichtlich der so ermittelten Zuggeschwindigkeit bzw. zum Totalausfall bei ausrei- chend hoher Dämpfung.
Um derartige Zuggeschwindigkeitsermittlungsfehler zu beheben, gibt es bereits verschiedene technische Lösungen, die den Ra¬ darsensor von Schnee- und/oder Eisschichten befreien. Es gibt auch eine technische Lösung, diese Befreiung des Radarsensors von Schnee- und/oder Eisschichten mittels Heizen / mittels Einsatz von Heizelementen zu erreichen.
Eine auf dem Prinzip Heizen beruhende technische Lösung aus dem Stand der Technik ist in der US 6,674,392 Bl offenbart. Wie dort in Figur 1 zu sehen ist, befinden sich die Radarantennenstrahler (Bezugszeichen 15) im Innern eines Gehäuses (Bezugszeichen 10), welches in Radarstrahlrichtung von einer dielektrischen Schicht (Bezugszeichen 11) abgedeckt wird. In Kontakt mit der dielektrischen Schicht befinden sich Leiterbahnen (Bezugszeichen 12). Diese stromdurchflossenen Leiterbahnen dienen als Heizelemente, wobei dann so erzeugte Wärme mittels Wärmestrahlung auch an die Radarantennenstrahler abgegeben wird. Die auf Heizen beruhende technische Lösung hat jedoch den Nachteil, dass von der Heizleistung der Leiterbahnen nur sehr wenig bei den Radarantennenstrahlern ankommt, da dass die Leiterbahnen umgebende Dielektrikum (Kunststoff) ein schlechter Wärmetransporteur ist. Außerdem führen die sich im Radarstrahlengang befindlichen Leiterbahnen dazu, dass die Abstrahlcharakteristik der Radarantennenstrahler (der Radarantenne) beeinträchtigt wird. Denn diese Leiterbahnen befin¬ den sich im Nahfeld der Radarantennenstrahler und reflektieren daher einen Teil der ausgesendeten Radarstrahlung bzw. beeinträchtigen das Nahfeld und somit auch das Fernfeld bzw. die Antennencharakteristik, was zu Verfälschungen von Messergebnissen führt. Es stellt sich somit die Aufgabe das Beheizen der Radaranten¬ ne mit höherem Wirkungsgrad auszugestalten.
Diese Aufgabe wird durch eine als Gruppenantenne ausgestalte- te Radarantenne gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ge¬ löst.
Die Gruppenantenne für Radaranwendungen umfasst folgende Merkmale :
- die Gruppenantenne umfasst einen flachen, aus mehreren übereinanderliegenden Schichten aufgebauten quaderförmigen Antennenkörper,
- der Antennenkörper hat eine metallische Oberfläche, die durch eine Oberseite, eine Unterseite und einen Seitenrand gebildet wird,
- eine die Oberseite bildende erste Schicht dieses Antennen¬ körpers ist als Metallplatte ausgebildet, die eine Vielzahl von als Schlitze ausgebildete Antennenstrahlungselemente um¬ fasst,
- eine die Unterseite bildende zweite Schicht ist als metal¬ lische Grundplatte ausgebildet,
- der Seitenrand ist durch einen Metallrahmen ausgebildet, der Metallplatte und metallische Grundplatte verbindet,
- in den Innenraum dieses Antennenkörpers ist leitungsgebun- dene Energie einspeisbar,
- so eingespeiste leitungsgebundene Energie ist aus dem An¬ tennenkörper über die Schlitze als Antennenstrahlung aussendbar,
- die Metallplatte, die metallische Grundplatte und/oder der Metallrahmen sind mit einem Heizelement unmittelbar verbunden,
- der Antennenkörper ist mittels Wärmeleitung über diese Verbindung beheizbar. Dadurch, dass ein Heizelement unmittelbar mit dem metalli¬ schen Antennenkörper verbunden ist, wird die produzierte Heizleistung mittels Wärmeleitung mit hohem Wirkungsgrad auf den Antennenkörper, d.h. die Gruppenantenne übertragen. Der Antennenkörper wird also direkt per Wärmeleitung beheizt. Darüber hinaus beeinträchtigt ein derartiges Heizelement nicht die Abstrahlcharakteristik der Gruppenantenne, da keine me- tallischen Strukturen in die Strahlungsrichtung der Gruppenantenne eingebracht sind. Auch lassen sich aus der Leiter¬ plattentechnik bekannte kostengünstige Herstellungsverfahren, bei denen dreidimensionale flache quaderförmige Körper
Schicht für Schicht, wobei diese Schichten aus metallischen, dielektrischen, Epoxidharz- und/oder Luftschichten (Hohlräumen) bestehen können, produziert werden.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhaft ausgestaltete Weiterbildungen aufgelistet.
In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung befindet sich das Heizelement im Innenraum des Antennenkörpers. Dadurch kann die Stromzufuhr des Heizelementes über Leiterbahnen erfolgen und der Aufbau des Antennenkörpers durch kostengünstige Her- stellungsverfahren aus der Leiterplattentechnik und damit zusammenhängender Aufbau- und Verbindungstechnik erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Heizelement als Heizdraht ausgebildet, welcher sich in einer Nut, die in die Außenseite des Metallrahmens oder auf der Metall¬ platte eingebracht ist, befindet. Dadurch wird ebenfalls eine kostengünstige Herstellung bei effektiver Übertragung der Heizleistung auf den Antennenkörper gewährleistet. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Heizelement als Heizfolie ausgebildet, die mit dem äußeren Rand der Metallplatte verbunden ist, nicht jedoch die Schlitze der Metallplatte abdeckt. Auch auf diese Weise wird eine kosten¬ günstige Herstellung mit effektiver Übertragung der Heizleis- tung gewährleistet, wobei die Abstrahlcharakteristik der Gruppenantenne nicht beeinträchtigt wird. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Heizelement als Widerstand ausgebildet, der sich auf der Außen¬ seite der metallischen Grundplatte befindet. Auch diese Aus¬ bildung ermöglicht eine kostengünstig herstellbare effektive Übertragung der Heizleistung auf den Antennenkörper.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung verbindet eine metallische Durchkontaktierung die Metallplatte und die me¬ tallische Grundplatte. Über diese zusätzlichen metallischen Verbindungen kann eine schnellere Ausbreitung der zu übertragenden Heizleistung erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Metallplatte mehrere zueinander paralleler Stränge von jeweils einer gleichen Vielzahl von Schlitzen pro Strang auf. Dadurch kann auf einfache Weise eine Bündelung der Antennenstrahlung in den zentralen Strängen der Metallplatte bzw. der Speisestruktur erreicht werden. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung gelangt die eingekoppelte elektrische, d.h. leitungsgebundene Energie über eine Speisestruktur zu den Antennenstrahlungselementen. Durch die genaue Gestaltung der Speisestruktur (Design der Speisestruktur) bzw. der Antennenstrahlungselemente kann die gewünschte Bündelung der Antennenstrahlung erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Metallplatte sechs zueinander parallele Stränge von jeweils 20 Schlitzen pro Strang auf. Eine derartige Ausgestaltung konnte in Simulationen für den Einsatz bei Schienenfahrzeugen als besonders vielversprechend gefunden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Metallplatte auf Ihrer Oberfläche von einer nichtmetallischen
Schutzschicht bedeckt. Diese Verschmutzung und das Eindringen von Feuchtigkeit verhindernde Schutzschicht kann auf kosten¬ günstige Weise herstellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die
Schlitze der Metallplatte mit einem nichtmetallischen Material befüllt. Diese Verschmutzung und das Eindringen von Feuch- tigkeit verhindernde Füllung ist auf diejenigen Teile der Oberfläche beschränkt, die geschützt werden müssen. Da hier nur ein kleiner Teil der Oberfläche befüllt wird, ergeben sich wiederum Kostenvorteile, weil weniger Material aufge¬ bracht werden muss.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeich- nungen anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Antennenkörper einer Gruppenantenne. Die Figur 2 zeigt den in Figur 1 dargestellten Antennenkörper und die zugehörige Speisestruktur.
Die Figur 3 zeigt einen Strang einer Speisestruktur für 20 Schlitze .
Die Figur 4 zeigt den Schichtaufbau eines Antennenkörpers mit einem Heizelement.
Die Figur 5 zeigt den Antennenkörper aus der Frontsicht
(zweidimensional) mit einer Schutzschicht und einem Heiz¬ draht .
Die Figur 6 zeigt den Antennenkörper aus der Frontsicht
(zweidimensional) mit einer Schutzschicht und einer Heizfo¬ lie . Die Figur 7 zeigt den Antennenkörper aus der Frontsicht
(zweidimensional) mit einer Schutzschicht und drei Leistungs¬ widerständen . Die Figur 1 zeigt einen Antennenkörper 1 einer Gruppenantenne 3. Der Antennenkörper 1 ist von flacher, quaderförmiger Gestalt. Es ist aus mehreren übereinanderliegenden Schichten aufgebaut . Im Hinblick auf die Konsistenz mit den weiteren Figuren, insbesondere den Figuren 4 bis 7, wird der Antennenkörper 1 in dieser Figur 1 von unten her betrachtet, der Antennenkörper 1 ist sozusagen „umgedreht" illustriert. Die Schlitze 7 werden sozusagen vom Innenraum des Antennenkörpers 1 betrachtet. Die oberste Schicht hat eine metallische Oberfläche. Diese die Oberseite des Antennenkörpers 1 bildende erste Schicht ist als Metallplatte 4 ausgebildet. Diese Metallplatte 4 umfasst eine Vielzahl von Schlitzen 7. In die Schlitze 7 von unten über eine Speisestruktur (hier nicht gezeigt) eingekoppelte leitungsgebundene elektrische Energie wird durch die Schlitze in elektromagnetische Energie (Radarstrahlung) umgewandelt, d.h. mittels der Schlitze 7 ausgekoppelt. Jeder dieser von einer Speisestruktur gespeiste Schlitz 7 stellt also ein einzelnes Antennenstrahlungselement dar. Die Gesamtheit der Schlitze 7, d.h. die Gesamtheit der einzelnen Antennenstrahlungselemente wird dann als Gruppenantenne 3 oder im Weiteren auch nur kurz als Antenne bezeichnet.
In der Figur 1 sind jeweils sechs parallele Schlitze 7 zu se- hen (Schlitze in Richtung von links nach rechts) . In der Figur 1 sind außerdem 20 solcher Schlitze 7 in einem Schlitzstrang angeordnet (Schlitze in Richtung von unten nach oben) . Es gibt hier in der Figur 1 also sechs Schlitzstränge. Dieser Antennenkörper 1 hat also eine Schlitzstruktur von 6 x 20 Schlitzen 7. Der Antennenkörper 1 hat ebenfalls eine Unterseite (nicht dargestellt) . Die Unterseite wird durch eine zweite Schicht gebildet. Diese zweite Schicht ist als metallische Grundplat¬ te (hier nicht gezeigt, in weiteren Figuren mit Bezugszeichen 5 versehen) ausgebildet. Zwischen der obersten Schicht = Metallplatte 4 und der untersten Schicht = metallische Grund¬ platte können sich weitere Schichten (hier nicht gezeigt) einschließlich Luftschichten befinden. Die Seiten des Antennenkörpers 1 werden durch einen Metall¬ rahmen 6 gebildet, der also Metallplatte 4 und metallische Grundplatte verbindet. Dieser Metallrahmen 6 muss nicht zwangsweise vollflächig eine oder mehrere Seitenwände / Sei¬ tenränder ausbilden. So kann ein Teil eines Seitenrandes oder mehrerer Seitenränder auch mittels nichtmetallischer Abschnitte, z.B. wie später in den Figuren 5 bis 7 erläutert durch eine HF-Substratschicht, ausgebildet sein. Trotzdem sollte ein solcher durch nichtmetallische Abschnitte durch¬ brochene Metallrahmen als ein Metallrahmen aufgefasst werden, der Metallplatte und metallische Grundplatte verbindet, hier also mittelbar verbindet.
Im Hinblick auf die Konsistenz mit den weiteren Figuren, insbesondere den Figuren 4 bis 7, wird der Antennenkörper 1 in dieser Figur 2 von unten her betrachtet, der Antennenkörper 1 ist sozusagen „umgedreht" illustriert. Die Schlitze 7 und die Speisestruktur 2 werden sozusagen vom Innenraum des Antennenkörpers 1 betrachtet. Die Figur 2 zeigt eine Gruppenantenne 3, umfassend den in Figur 1 dargestellten Antennenkörper 1 und die zugehörige Speisestruktur 2. Die Speisestruktur 2 besteht aus einem Geflecht von Leiterbahnen. Die Speisestruktur 2 hat im Antennenkörper 1 einen zentralen Einspeisepunkt 8. Selbstverständlich wird von außerhalb des Antennenkörpers 1 elektrische Energie diesem Einspeisepunkt 8 leitungsgebunden zugeführt. Die entsprechende Zuführleitung und Öffnung zur
Durchführung der Zuführleitung im Antennenkörper 1 sowie ihre Isolierung gegenüber dem Antennenkörper 1 ist hier nicht ge- zeigt, aber für den Fachmann selbstverständlich. Im Radar- strahlungsempfangsfall also beispielsweise wenn Radarstrah¬ lung von einem Körper, wie einem Gleis oder Untergrund zurückgestreut / reflektiert wurde, empfängt der Antennenkörper 1 bzw. die Speisestruktur 2 Radarstrahlung, setzt diese in leitungsgebundene elektrische Energie um und entnimmt diese anschließend über den Einspeisepunkt 8 zur weiteren Auswer¬ tung . Ausgehend von dem Einspeisepunkt 8 wird die elektrische Ener¬ gie über die Leiterbahnen einem ersten Verzweigungspunkt 9 und einem zweiten Verzweigungspunkt 10 zugeführt. An dem ers¬ ten Verzweigungspunkt 9 wird die Leiterbahn in drei verschie¬ dene Leiterbahnen aufgetrennt. Jeder dieser Leiterbahnen wird nun einem Schlitzstrang zugeführt. Entsprechend wird die dem zweiten Verzweigungspunkt 10 zugeführte Leiterbahn an diesem Verzweigungspunkt 10 ebenfalls in drei verschiedene Leiter¬ bahnen aufgetrennt. Auch wird jede dieser Leiterbahnen nun einem Schlitzstrang zugeführt.
Jede dieser Leiterbahnen d.h. die Speisestruktur 2 wird unterhalb der Metallplatte 4 im Innenraum des Antennenkörpers 1 in einer Leiterbahnschicht (HF Substrat) geführt. Betrachtet man nun diese Leiterbahnen in der Nähe der Schlitze 7, so ist in Bezug auf die Funktionsweise der Antenne 3 folgendes aus¬ zuführen: Wie deutlicher in Figur 3, die einen Strang einer Speisestruktur 2 für zwanzig Schlitze 7 zeigt, der für einen definierten Phasenversatz und Leistungsaufteilung zwischen den Schlitzen 7 sorgt, ausgeführt ist, verzweigt sich ein Leiterbahnstrang in der Nähe jedes Schlitzes 7 in einen Bogen und einen Fortsatz. Bogen und Fortsatz liegen in der Figur 2 in einer Waagrechten, also in der Ebene der Metallplatte 4. Der Fortsatz mündet an jedem Schlitz 7 und sorgt dafür, dass über den Fortsatz geführte leitungsgebundene elektrische Energie, sich an dem Schlitz 7 in elektromagnetische Energie (Radarstrahlung) wandelt und dann diese Radarstrahlung über den Schlitz 7 nach außen von dem Antennenkörper 1 abgestrahlt wird. Der Bogen der Leiterbahn wird um jeden Schlitz 7 herumgeführt, so dass ein Großteil der über die Leiterbahn geführten elektrischen Energie nicht am ersten, in der Figur 2 untersten, Schlitz 7 eines Schlitzstranges ausgekoppelt d.h. als Radarstrahlung ausgesendet wird, sondern auch weitere Schlitze 7 dieses Schlitzstranges mit elektrischer Energie versorgt werden können, so dass auch weitere, in der Figur 2 in Richtung nach oben, sich befindende Schlitze 7 elektrische Energie über ihren jeweiligen Fortsatz zugeführt werden kann. Die elektrische Energie der Leiterbahn kann also gleichmäßig sämtlichen Schlitzen 7 eines Schlitzstranges zugeführt wer¬ den, so dass jeder Schlitz 7 gleich viel davon in Radarstrahlung umsetzt (serielle Leistungsaufteilung) . Durch geeignete Dimensionierung der Speisestruktur 2, also von Leiterbahn- breite, Schlitzhöhe etc. kann genau eingestellt werden, wie sich die Leistungsverteilung an ausgekoppelter Radarstrahlung über die Schlitze 7 verteilen soll. D.h. je nach Dimensionie¬ rung der Speisestruktur 2 kann die Auskoppelleistung an den Schlitzen 7 bestimmt werden. Diese Dimensionierung kann also auch so gestaltet werden, dass bei Erreichen z.B. des zehnten Schlitzes 7, in der Figur 2 von unten nach oben gezählt, bereits sämtliche über die Leiterbahn zugeführte Energie in Ra¬ darstrahlung umgesetzt wurde, sich also die abgestrahlte Ra¬ darstrahlung in den unteren zehn Schlitzen 7 konzentriert ist (asymmetrische Leistungsaufteilung) .
In diesem Beispiel wird die über die Leiterbahn am
Einspeisepunkt 8 zugeführte elektrische Energie gleichmäßig auf die beiden Äste aufgeteilt (symmetrische Leistungsauftei- lung) . An dem ersten und zweiten Verzweigungspunkt 9, 10 wird die zugeführte Energie jedoch nicht gleichmäßig auf den äuße¬ ren, den mittleren und den inneren Speisestrang verteilt (asymmetrische Leistungsaufteilung) . Den beiden inneren Speisesträngen wird der Großteil der Energie zugeführt. Den bei- den mittleren Speisesträngen (in der Figur 2 also der zweite Speisestrang von links und der zweite Speisestrang von rechts) wird deutlich weniger Energie als den beiden inneren Speisesträngen zugeführt und den beiden äußeren Speisesträngen wird noch deutlich weniger Energie zugeführt. D.h. die von den zentralen Antennenstrahlungselementen (Schlitzen 7) abgestrahlte Leistung der Radarstrahlung ist deutlich am größten.
Neben der abgestrahlten Leistung der Radarstrahlung lässt sich auch die Phase der Radarstrahlung zwischen einem ersten und dem diesen benachbarten Antennenstrahlungselement
(Schlitz 7) und damit auch bezogenen auf sämtliche Schlitze 7 eines Schlitzstranges durch geschickte Ausbildung des Leiter¬ bahnbogens (der Leiterbahnlänge zwischen benachbarten Schlit¬ zen 7) und des Schlitzabstandes dimensionieren, wodurch sich bekannterweise die Hauptstrahlrichtung der Gruppenantenne 3 beeinflussen lässt. Zwischen den Speisesträngen (also beispielsweise zwischen dem in der Figur 2 linken und dem zweiten Speisestrang von links) soll kein Phasenversatz entstehen, diese Speisestränge sollen also dieselbe Länge und Ge¬ stalt haben.
Vorzugsweise ist die Schlitzbreite (in der Figur 2 also der Abstand zwischen dem linken und rechten Rand eines Schlitzes 7) die Hälfte der Wellenlänge der Radarstrahlung. Die
Schlitzhöhe (in der Figur 2 also der Abstand zwischen dem un- teren und dem oberen Rand eines Schlitzes 7) deutlich kleiner als ein Zehntel der Wellenlänge der Radarstrahlung. Der Abstand zwischen einem Schlitz 7 an der Oberseite des Antennenkörpers 1 und der (nicht gezeigten) metallischen Grundplatte beträgt ebenfalls vorzugsweise die Hälfte der Wellenlänge der Radarstrahlung. An den Schlitzen 7 erzeugte Radarstrahlung, die sich in Richtung metallischer Grundplatte ausbreitet, wird von dieser reflektiert und dann über die Schlitze 7 nach außen abgestrahlt. Über diese Reflektion an der metallischen Grundplatte resultiert also ebenfalls eine Bündelung / Richt- Wirkung der von der Gruppenantenne 3 abgestrahlten Radarstrahlung . Das Design der Speisestruktur 2 und die Schiitzdimensionie- rung sind vorzugsweise so gewählt, dass sich das Maximum der abgestrahlten Radarstrahlung in den zentralen Schlitzsträngen und im unteren Bereich des Antennenkörpers 1 konzentriert. Die von den einzelnen Antennenstrahlungselementen (Schlitzen 7) ausgesendete Radarstrahlung soll sich bündeln, so dass eine Richtwirkung (eine Vorzugsstrahlungsrichtung) erzeugt wird . Auch wenn hier bestimmte Dimensionierungen als vorteilhaft hinsichtlich Leistungsverteilung, Phasenversatz, Strahlbündelung, Richtwirkung genannt wurden, soll daraus keine Einschränkung auf den Schutzumfang der Patentansprüche
herleitbar sein. Welche Strahlform, Leistungsverteilung, Pha- senversatz etc. denn nun gebraucht wird, hängt massgeblich vom Einsatzgebiet einer solchen Gruppenantenne 3 ab. Die An¬ forderungen dieses Einsatzgebietes lassen sich dann durch geschickte Dimensionierung der genannten Parameter erreichen. Abweichend zu den vorstehenden Figuren wäre insbesondere auch eine Schlitzstruktur von 8 x 24 Schlitzen des Antennenkörpers 1 von Vorteil, also acht parallele Schlitzstränge, wobei je¬ der dieser acht Schlitzstränge dann 24 hintereinander angeordnete Schlitze umfasst. Durch die Hinzunahme von mehr
Schlitzen wird die Hauptkeule der Antenne schmaler. Auch kann der Antennenkörper 1 für bestimmte Anwendungen eine ungerade Anzahl von Schlitzsträngen umfassen.
Die Figur 4 zeigt den Schichtaufbau eines Antennenkörpers 1 mit einem Heizelement 11. An der Oberseite befindet sich eine Schutzschicht 15 aus Kunststoff, die die Metallplatte 4 ab¬ deckt. An einer Stelle der Metallplatte 4 befindet sich ein Schlitz 7. Unterhalb der Metallplatte 4 befindet sich eine HF-Substratschicht 12, in der die Speisestruktur (nicht ge¬ zeigt) geführt ist. Unterhalb dieser HF-Substratschicht 12 befindet sich eine dielektrische Schicht 13. Unterhalb der dielektrischen Schicht 13 befindet sich eine Luftschicht 16. Unterhalb der Luftschicht 16 befindet sich die metallische Grundplatte 5. In der Luftschicht 16 und in unmittelbarer Verbindung mit der metallischen Grundplatte 5 befindet sich ein Heizelement 11. Wird dieses Heizelement 11 von Strom durchflössen, erwärmt es sich und gibt seine Wärme mittels Wärmeleitung mit hohem Wirkungsgrad an die metallische Grund¬ platte 5 weiter. Über den Metallrahmen (in dieser Figur nicht gezeigt, aber in den vorstehenden Figuren mit dem Bezugszeichen 6 versehen) breitet sich die übertragene Wärme schnell auch auf die Metallplatte 4 aus. Zusätzlich wird Wärme auch von der metallischen Grundplatte 5 mittels der beiden metal¬ lischen Durchkontaktierungen 14 auf die Metallplatte 4 übertragen. Weitere HF-Elektronik (hier nicht gezeigt) kann sich ebenfalls an der Unterseite der dielektrischen Schicht 13 und/oder in der Luftschicht 16 befinden. Das Heizelement 11, z.B. ein Heizwiderstand lässt sich als SMD-Bauelement ausfüh¬ ren und direkt im Lötprozess beim Schichtaufbau im Herstel- lungsprozess kostengünstig einbringen.
Die dielektrische Schicht kann auch durch eine Luftschicht ersetzt sein (nicht gezeigt) .
Die Figur 5 zeigt den Antennenkörper 1 aus der Frontsicht (zweidimensional) mit einer Schutzschicht 15 und einem als Heizdraht ausgebildeten Heizelement 11. Auf der metallischen Oberfläche der Metallplatte 4 des Antennenkörpers 1 ist eine weitere Schicht aufgebracht. Diese Schicht ist jedoch nicht metallisch sondern typischerweise aus Kunststoff. Diese
Schutzschicht 15 dient der Verhinderung des Eindringens von Schmutz und/oder Feuchtigkeit in den Antennenkörper 1, was die Abstrahlungscharakteristik der Gruppenantenne 3 in ungewünschter Weise beeinträchtigen könnte. Diese Schutzschicht 15 könnte eine Oberfläche mit geringen Hafteigenschaften zur Selbstreinigung (Lotuseffekt) haben bzw. eine solche Oberflä¬ che auf sie aufgebracht werden. Als weitere Schichten sind die aus den vorstehenden Figuren bekannten Schichten Metallplatte 4, die Speisestruktur aufnehmende HF-Substratschicht 12 und die metallische Grundplatte 5 zu erkennen. Der Metall- rahmen 6 ist hier aus Gründen der Darstellung nur an den beiden Seiten gezeichnet, er würde aber sämtliche Seiten des An¬ tennenkörpers 1 abdecken. Die die Speisestruktur aufnehmende Substratschicht 12 kann aus dem in der Fachwelt bekannten RO 4350 sein. Die Metallplatte 4 kann aus Edelstahlblech herge¬ stellt sein. In die Metallplatte 4 ist an allen vier Seiten (gezeigt sind nur zwei Seiten) eine Nut eingebracht. In diese Nut wird ein Heizdraht 11 gelegt und mit Strom versorgt. Die Erwärmung des Heizdrahtes 11 führt mittels Wärmeleitung dazu, dass sich der Antennenkörper 1 mit hohem Wirkungsgrad an allen metallischen Oberflächen erwärmt. Man kann das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit in den Antennenkörper 1 bei Materialeinsparung auch wirkungsvoll verhindern, in dem man nicht die gesamte Oberseite der Metallplatte 4 abdeckt, son- dern nur die Schlitze mit diesem nichtmetallischen Schutzmaterial befüllt. Um die Erwärmung der Metallplatte 4 und damit des Antennenkörpers 1 zu beschleunigen, kann die Kontaktflä¬ che zwischen Heizdraht und Metallplatte zusätzlich noch ver¬ größert sein (in Figur nicht gezeigt) . Dabei wird die Nut nicht nur an den vier Außenseiten der Metallplatte eingebracht, sondern zusätzlich noch zwischen den einzelnen Speisesträngen eingebracht. Ein so in die Nut eingelegter Heizdraht verläuft also an einer Außenkante der Metallplatte pa¬ rallel zu einem ersten Speisestrang, wird dann um den letzten Schlitz dieses Speisestrangs herumgeführt, verläuft parallel zwischen erstem und zweitem Speisestrang, wird um den letzten Schlitz des zweiten Speisestrangs herumgeführt, verläuft pa¬ rallel zwischen zweitem und drittem Speisestrang, wird um den letzten Schlitz des dritten Speisestrangs herumgeführt, ver- läuft parallel zwischen drittem und viertem Speisestrang, wird um den letzten Schlitz des vierten Speisestrangs herumgeführt, usw., bis der Heizdraht wieder parallel zu der ande¬ ren Außenkante der Metallplatte verläuft. Die Figur 6 zeigt den Antennenkörper aus der Frontsicht
(zweidimensional) mit einer Schutzschicht und einem als Heiz¬ folie ausgebildeten Heizelement 11. Aufbau und Wirkungsweise in Figur 6 sind bis auf das im fol¬ genden beschriebene identisch zur Figur 5. Statt eines Heizdrahtes wird in die HF-Substratschicht 12 eine Heizfolie 11, eingebracht. Diese Heizfolie 11 ist mit dem Metallrahmen 6 und vor allem mit der Metallplatte 4 unmittelbar verbunden, so von der Heizfolie 11 erzeugte Wärme mittels Wärmeleitung auf die Metallplatte 4 und dann die weiteren metallischen Wände des Antennenkörpers 1 mit hohem Wirkungsgrad übertragen werden kann. Die Heizfolie 11, weil metallisch, sollte nur auf den äußeren Rändern der HF-Substratschicht 12 eingebracht sein, jedenfalls nicht unterhalb der Schlitze (nicht gezeigt) Metallplatte 4, da diese metallische Struktur der Heizfolie 11 sonst die Abstrahlungscharakteristik der Gruppenantenne beeinträchtigen würde. Denn von den Schlitzen erzeugte und in Richtung metallischer Grundplatte 5 ausgesendete Radarstrahlung würde mit der metallischen Heizfolie 11 in ungewünschter Weise wechselwirken. Ebenso wie zu Figur 5 erläutert kann auch hier die Kontaktfläche zwischen Heizfolie und Metall- platte zur schnelleren Erwärmung des Antennenkörpers noch vergrößert sein (in Figur nicht gezeigt) . Die Heizfolie wird zusätzlich noch in diejenigen Areale der HF-Substratschicht eingebracht, die Kontaktflächen zu der darüberliegenden Metallplatte aufweisen, nicht jedoch Kontaktflächen zu den „Schlitzen der Metallplatte". Diese Kontaktflächen sind also im Wesentlichen zwischen den Schlitzsträngen parallel verlaufende Kontaktflächen.
Die Figur 7 zeigt den Antennenkörper aus der Frontsicht
(zweidimensional) mit einer Schutzschicht und drei als Leis¬ tungswiderstände ausgebildete Heizelemente 11.
Aufbau und Wirkungsweise in Figur 7 sind bis auf das im Fol¬ genden beschriebene identisch zur Figur 5 bzw. Figur 6. Statt eines Heizdrahtes / einer Heizfolie werden an der Unterseite der metallischen Grundplatte 5 drei Leistungswiderstände 11 angebracht. Diese Leistungswiderstände 11 sind mit der metal- lischen Grundplatte 5 unmittelbar verbunden. Bei Stromdurch- fluss von den Leistungswiderständen 11 erzeugte Wärme wird mittels Wärmeleitung an die metallische Grundplatte 5 und dann an die weiteren metallischen Seiten des Antennenkörpers 1 mit hohem Wirkungsgrad abgegeben. Diese Leistungswiderstände könnten sich auch im Innenraum des Antennenkörpers befinden und mit der Metallplatte unmittelbar verbunden sein (hier nicht gezeigt) . Die metallische Grundplatte 5 ist von weiteren metallischen
Objekten außerhalb des Antennenkörpers 1, z.B. dem Metallkör¬ per eines Zuges, an dem der Antennenkörper 1 angebracht ist, thermisch isoliert. Bezogen auf die Figuren 4 bis 7 ist für den Fachmann selbstverständlich das die Heizelemente 11, die von Ihnen erzeugte Wärme und die auf den Antennenkörper 1 zu übertragene Wärme berechnet und insbesondere hinsichtlich Anzahl, Größe, Ge¬ staltung etc. für den jeweiligen Anwendungsfall dimensioniert werden müssen.
Wesentlich ist jedoch, dass Vereisungsvorgängen / Schneeablagerungen auf der Gruppenantenne 3 / dem Antennenkörper 1 wirkungsvoll begegnet werden kann, in dem die Wärme unmittelbar an einem mit dem Antennenkörper 1 verbundenen Heizelement 11 erzeugt und mittels Wärmeleitung mit hohem Wirkungsgrad auf den Antennenkörper 1 übertragen werden kann, wobei jedoch die Abstrahlungscharakteristik der Gruppenantenne 3 durch die Heizelemente 11 nicht beeinträchtigt werden soll.
Der Antennenkörper 1 ist hier als flach und quaderförmig beschrieben. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass es hier hinsichtlich der Form des Antennenkörpers 1 nicht auf exakte Flachheit und Quaderförmigkeit ankommt. So werden andere For- men des Antennenkörpers 1 von der Erfindung mitumfasst, so¬ lange das Wesen der Funktionsweise der Erfindung durch diese anderen Formen nicht verlassen wird. Die Erfindung ist nicht auf die speziellen Ausführungsbei¬ spiele beschränkt, sondern schließt weitere nicht explizit offenbarte vom Fachmann erkennbare Abwandlungen ein, solange von dem Kern der Erfindung Gebrauch gemacht wird. Das explizit Offenbarte und die erkennbaren Abwandlungen sollen den Schutzumfang der Erfindung bestimmen.
Bezugs zeichenliste
1 - Antennenkörper
2 - Speisestruktur
3 - Gruppenantenne
4 - Metallplatte
5 - metallische Grundplatte
6 - Metallrahmen
7 - Schlitz
8 - Einspeisepunkt
9 - erster Verzweigungspunkt
10 - zweiter Verzweigungspunkt
11 - Heizelement
12 - HF Substratschicht
13 - dielektrische Schicht
14 - metallische Durchkontaktierung
15 - Schutzschicht
16 - Luftschicht

Claims

Patentansprüche
1. Gruppenantenne (3) für Radaranwendungen mit folgenden Merkmalen :
- die Gruppenantenne (3) umfasst einen flachen, aus mehreren übereinanderliegenden Schichten aufgebauten quaderförmigen Antennenkörper (1),
- der Antennenkörper (1) hat eine metallische Oberfläche, die durch eine Oberseite, eine Unterseite und einen Seitenrand gebildet wird,
- eine die Oberseite bildende erste Schicht dieses Antennen¬ körpers (1) ist als Metallplatte (4) ausgebildet, die eine Vielzahl von als Schlitze (7) ausgebildete Antennenstrahlungselemente umfasst,
- eine die Unterseite bildende zweite Schicht ist als metal¬ lische Grundplatte (5) ausgebildet,
- der Seitenrand ist durch einen Metallrahmen (6) ausgebil¬ det, der Metallplatte (4) und metallische Grundplatte (5) verbindet,
- in den Innenraum dieses Antennenkörpers (1) ist leitungsge¬ bundene Energie einspeisbar,
- so eingespeiste leitungsgebundene Energie ist aus dem An¬ tennenkörper (1) über die Schlitze (7) als Antennenstrahlung aussendbar,
- die Metallplatte (4), die metallische Grundplatte (5) und/oder der Metallrahmen (6) sind mit einem Heizelement (11) unmittelbar verbunden,
- der Antennenkörper (1) ist mittels Wärmeleitung über diese Verbindung beheizbar.
2. Gruppenantenne (3) gemäß Patentanspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Heiz¬ element (11) sich im Innenraum des Antennenkörpers (1) befin¬ det .
3. Gruppenantenne (3) gemäß Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Heiz¬ element (11) als Heizdraht ausgebildet ist, welcher sich in einer Nut, die in die Außenseite des Metallrahmens (6) oder auf der Metallplatte (4) eingebracht ist, befindet.
4. Gruppenantenne (3) gemäß Patentanspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Heiz¬ element (11) als Heizfolie ausgebildet ist, die mit dem äuße¬ ren Rand der Metallplatte (4) verbunden ist, nicht jedoch die Schlitze (7) der Metallplatte (4) abdeckt.
5. Gruppenantenne (3) gemäß Patentanspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Heiz¬ element (11) als Widerstand ausgebildet ist, der sich auf der Außenseite der metallischen Grundplatte (5) befindet.
6. Gruppenantenne (3) gemäß Patentanspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine me¬ tallische Durchkontaktierung (14) die Metallplatte (4) mit der metallische Grundplatte (5) verbindet.
7. Gruppenantenne (3) nach einem oder mehreren der vorstehenden Patentansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Me- tallplatte (4) mehrere zueinander paralleler Stränge von je¬ weils einer gleichen Vielzahl von Schlitzen (7) pro Strang aufweist .
8. Gruppenantenne (3) nach einem oder mehreren der vorstehen- den Patentansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
eingekoppelte elektrische Energie über eine Speisestruktur (2) zu den Antennenstrahlungselementen (7) gelangt.
9. Gruppenantenne (3) nach einem oder mehreren der vorstehenden Patentansprüche 7 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Me¬ tallplatte (4) sechs zueinander parallele Stränge von jeweils 20 Schlitzen (7) pro Strang aufweist.
10. Gruppenantenne (3) nach einem oder mehreren der vorste¬ henden Patentansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Me¬ tallplatte (4) auf Ihrer Oberfläche von einer nichtmetalli¬ schen Schutzschicht (15) bedeckt ist.
11. Gruppenantenne (3) nach einem oder mehreren der vorste¬ henden Patentansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die
Schlitze (7) in der Metallplatte (4) mit einem nichtmetalli¬ schen Material befüllt sind.
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