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Die Erfindung betrifft eine Radarantenne mit einem Primärstrahler gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Für hoch auflösende und kostengünstige Radarsysteme werden Antennen benötigt, die einen definierten Strahlkegel haben, leicht und kompakt sind und eine möglichst große Frequenzbandbreite aufweisen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Radarantennen mit einem Konus und einer zirkularen Linse zu versehen, um ihre Abstrahlcharakterisik zu verbessern.
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Beispielsweise ist in
EP 1 006 611 A2 eine Antenne beschrieben, die einen Primärstrahler, wie z. B. eine Hornantenne, eine dielektrische Linse und einen dielektrischen zirkularen Konus umfasst. Der Konus ist derart ausgebildet, dass sich die Dielektrizitätszahl des Konus entlang einer Mittelachse verändert um einen allmählichen Übergang einer elektromagnetischen Welle in einen Freiraum beziehungsweise aus dem Freiraum kommend zu ermöglichen.
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Weiter sind aus den folgenden Veröffentlichungen Vivaldi-Antennen bekannt, aud die stabförmige Dielektrika aufgesetzt werden:
- Songnan Yang; Elsherbini, A.; Song Lin; Fathy, A.E.; Kamel, A.; Elhennawy, H., „A highly efficient Vivaldi antenna array design on thick substrate and fed by SIW structure with integrated GCPW feed,“ Antennas and Propagation Society International Symposium, 2007 IEEE , vol., no., pp.1985,1988, 9-15 June 2007 doi: 10.1109/APS.2007.4395912
- Song Lin; Songnan Yang; Elsherbini, A.; Fathy, A.E., „Dielectric rod antennas array fed using substrate integrated waveguides,“ Antennas and Propagation Society International Symposium, 2008. AP-S 2008. IEEE , vol., no., pp.1,4, 5-11 July 2008 doi: 10.1109/APS.2008.4618994
- Kazemi, R.; Fathy, A.E.; Sadeghzadeh, R.A., „Design guidelines for multi-layer dielectric rod antennas fed by Vivaldi antennas,“ Microwaves, Antennas & Propagation, IET , vol.6, no.8, pp.884,892, June 7 2012 doi: 10.1049/ietmap.2011.0502
- Kazemi, R.; Fathy, A., „Dielectric rod antenna with substrate integrated waveguide planar feed for wide band applications,“ Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), 2012 IEEE , vol., no., pp.1,2, 8-14 July 2012 doi: 10.1109/APS.2012.6349007
- Kazemi, R.; Fathy, A.E.; Sadeghzadeh, R.A., „Dielectric Rod Antenna Array With Substrate Integrated Waveguide Planar Feed Network for Wideband Applications,“ Antennas and Propagation, IEEE Transactions on , vol.60, no.3, pp.1312,1319, March 2012 doi: 10.1109/TAP.2011.2182489
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Nachteilig an den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist, dass die vorbekannten Radarantennen nicht breitbandig ausgelegt sind. Zusätzlich finden an allen Grenzflächen zwischen dielektrischen Materialien mit unterschiedlicher Dielektrizitätszahl Teilreflexionen statt, was sich auf die Effizienz der Antennenanordnung auswirkt und unerwünschte Signalartefakte verursacht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Radarantenne bereitzustellen, die breitbandig ausgelegt ist, bei der möglichst geringe Reflexionen erzeugt werden und nur geringe Verluste auftreten. Zusätzlich soll die Radarantenne eine kompakte und kostengünstige Konstruktion aufweisen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Radarantenne gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Radarvorrichtung gemäß Anspruch 11. Vorzugsweise Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Radarantenne finden sich in den Ansprüchen 2 bis 10. Vorzugsweise Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung finden sich in den Ansprüchen 12 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.
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Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung ist vorzugsweise unter Einsatz der erfindungsgemäßen Radarantenne und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.
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Die Erfindung ist in der Erkenntnis des Anmelders begründet, dass die Radarantenne durch den Einsatz einer kantenemittierenden Antenne als Primärstrahler in Kombination mit einem die kantenemittierende Antenne zumindest bereichsweise überlappenden Wellenleitelement als breitbandige Radarantenne sowie mit einer verbesserten Abstrahlcharakteristik und einer Reduzierung unerwünschter Reflexionen ausgebildet werden kann.
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Die erfindungsgemäße Radarantenne umfasst einen Primärstrahler, ein Wellenleitelement und eine Linse, wobei das Wellenleitelement derart ausgebildet und zwischen Primärstrahler und Linse angeordnet ist, dass die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an einer dem Primärstrahler zugewandten Seite kleiner als die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an einer gegenüberliegenden, dem Primärstrahler abgewandten Seite ausgebildet ist. Wesentlich ist hier, dass der Primärstrahler als kantenemittierende Antenne ausgebildet ist. Weiterhin wesentlich ist, dass das Wellenleitelement derart mit der kantenemittierenden Antenne zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet ist, dass das Wellenleitelement an seinem der kantenemittierenden Antenne zugewandten Ende die kantenemittierende Antenne an einer Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite der kantenemittierenden Antenne überlappt.
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Die erfindungsgemäße Radarantenne unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Radarantennen. Der Primärstrahler ist als kantenemittierende Antenne ausgebildet, d. h. der Primärstrahler ist breitbandig ausgelegt und besitzt eine zumindest zweidimensionale Abstrahlcharakteristik. Zusätzlich überlappt das Wellenleitelement die Antenne an einer Oberseite und an einer Unterseite, so dass auch Strahlung, die nicht in Richtung einer Hauptabstrahlungsrichtung von der kantenemittierenden Antenne abgestrahlt wird durch das Wellenleitelement eingefangen wird.
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Hierdurch ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass die schlechte Abstrahlcharakteristik vorbekannter breitbandiger Antennen überwunden wird. Die Antennenanordnung ist breitbandig ausgelegt und weist trotzdem aufgrund der Reduktionen von Teilrelexionen an Grenzschichten zwischen dielektrischen Materialien mit unterschiedlicher Dielektrizitätszahl eine gesteigerte Effizienz der Anordnung auf. Dies ist auch darin begründet, dass die Überlappung des Wellenleitelements und die dadurch resultierende Aufnahme der Strahlung, die nicht in Hauptabstrahlungsrichtung der emittierenden Antenne abgestrahlt wird, zu einer Effizienzsteigerung beiträgt.
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Im Rahmen dieser Beschreibung weist die kantenemittierende Antenne vorzugsweise eine Hauptabstrahlungsrichtung auf. Die Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne verläuft parallel zu einer Ausdehnung des Wellenleitelements von der kantenemittierenden Antenne zu der Linse. Dabei verläuft die Hauptabstrahlungsrichtung vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der emittierenden Kante der kantenemittierenden Antenne und in einer Ebene parallel zu einer Ebene der kantenemitierenden Antenne und somit parallel zu einer optischen Achse der Linse.
In diese Hauptabstrahlungsrichtung wird ein Großteil der von der kantenemittierenden Antenne abgestrahlten Strahlung abgestrahlt.
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In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die kantenemittierende Antenne als kantenemittierende Antenne hoher Bandbreite bevorzugt als Vivaldi-Antenne ausgebildet. Vivaldi-Antennen sind leicht, breitbandig und kostengünstig herzustellen. Der Nachteil einer schlechten Abstrahlcharakteristik wird durch die Kombination mit dem Wellenleitelement und der Linse behoben. Vorteilhaft ist hier, dass somit die Abstrahlcharakteristik signifikant verbessert wird. In einer Vivaldi-Antenne bildet sich das E-Feld in einem Raum, typischerweise einem Spalt zwischen zwei metallischen strukturierten Flächen aus. Durch eine allmähliche Vergrößerung des Raums, zum Beispiel im Sinne einer Aufweitung des Spalts zwischen den beiden Metallflächen, breitet sich das E-Feld auch abweichend von einer Verlaufsrichtung des Spalts im Raum aus. Vorteilhafterweise ist die Vivaldi-Antenne als antipodale Vivaldi-Antenne ausgebildet. Durch die Ausführung der Vivaldi-Antenne als antipodale Vivaldi-Antenne reduzieren sich auf Grund einer langsamen Impedanzanpassung vorteilhafterweise zusätzliche Reflexionen.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform sind das Wellenleitelement und die Linse einstückig, insbesondere als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass nur eine teilreflektierende Grenzschicht zwischen Linse und Freiraum auftritt. Der Übergang zwischen Wellenleitelement und Linse ist somit derart ausgebildet, dass hier im Wesentlichen keine Reflexion der elektromagnetischen Welle erfolgt.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist die Linse an einer der kantenemittierenden Antenne abgewandten Seite eine Antireflexionsschicht auf. Die Antireflexionsschicht ist vorzugsweise als dielektrische Schicht, insbesondere bevorzugt aus einem Material mit einer Dielektrizitätszahl in einem Bereich zwischen einer Dielektrizitätszahl des Linsenmaterials und eins ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass durch die Antireflexionsschicht auf der Linsenoberfläche beim Übergang zwischen Linse und Freiraum Reflexionen an der Grenzschicht zwischen Linsenoberfläche und Freiraum verringert werden. Dadurch kann die Effizienz der Radarantenne gesteigert werden.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform überdeckt das Wellenleitelement einen Abstrahlbereich an der Ober- und Unterseite der kantenemittierenden Antenne im Wesentlichen vollständig. Vorteilhafterweise ist die Überdeckung zwischen Wellenleitelement und kantenemittierender Antenne derart ausgebildet, dass eine Einkopplung von elektromagnetischen Wellen aus der kantenemittierenden Antenne nicht nur an einer Kante der kantenemittierenden Antenne in die Hauptabstrahlungsrichtung erfolgt, sondern auch über Abstrahlbereiche an Ober- und Unterseite der kantenemittierenden Antenne. Durch eine zusätzliche Überlappung in den Abstrahlbereichen an der Ober- und Unterseite der kantenemittierenden Antenne wird zusätzliche Strahlung, welche nicht in der Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne erfolgt, durch das Wellenleitelement eingefangen und somit die Effizienz der Radarantenne gesteigert.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist das Wellenleitelement an seinem der kantenemittierenden Antenne zugewandten Ende senkrecht zu der Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne und parallel zu der Ebene der kantenemitierenden Antenne einen Spalt auf. Vorzugsweise ist das Wellenleit-element derart mit der kantenemittierenden Antenne zusammenwirkend angeordnet, dass zumindest ein fortlaufendes Ende des Wellenleitelements jeweils beiderseits des Spalts die kantenemittierenden Antenne an ihrer Oberseite und ihrer gegenüberliegenden Unterseite parallel zur Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne überlappen. Die kantenemittierende Antenne ist derart in dem Spalt angeordnet, dass die abgestrahlte Strahlung in das Wellenleitelement eingekoppelt wird. Dabei erfolgt die Einkopplung von Strahlung der kantenemittierenden Antenne nicht nur an genannter Kante der kantenemittierenden Antenne in Hauptabstrahlungsrichtung, sondern auch über die Abstrahlbereiche an der Ober- und der Unterseite der kantenemittierenden Antenne. Vorzugsweise weist die Anordnung von Wellenleitelement und kantenemittierender Antenne in genanntem Spalt weniger als 2/10 einer Betriebswellenlänge der Radarantenne an Spiel auf. Typischerweise kann hier ein Luftspalt entstehen, welcher an jeder Stelle umlaufend zwischen kantenemittierender Antenne und Wellenleitelement kleiner als 1/10 der Betriebswellenlänge der Radarantenne ist. Hierdurch werden Reflexionen der Betriebswellenlänge der Radarantenne vorteilhafter Weise minimiert.
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Erfindungsgemäß nimmt die Querschnittsfläche des Wellenleitelements mit steigendem Abstand zu der kantenemittierenden Antenne monoton zu, insbesondere bevorzugt streng monoton, weiter bevorzugt linear zu. Vorteilhaft ist hier, dass durch die genannte Vergrößerung der Querschnittsfläche des Wellenleitelements, das heißt durch eine allmähliche Aufweitung des Wellenleitelements ein kontinuierlicher Strahlungsaustritt der elektromagnetischen Welle erfolgt. Hierdurch wird somit ein allmählicher Übergang der elektromagnetischen Welle von der kantenemittierenden Antenne in das Wellenleitelement oder vom Wellenleitelement kommend zur kantenemittierenden Antenne erreicht und somit werden unerwünschte Reflexionen minimiert. Zusätzlich wird der Übergang der elektromagnetischen Welle von der kantenemittierenden Antenne aus dem Nahfeld in das Fernfeld ermöglicht. Hierdurch können zum Beispiel am Ende des Wellenleitelements sphärische Linsen eingesetzt werden.
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Vorzugsweise vergrößert sich Querschnittsfläche des Wellenleitelements mit steigendem Abstand zu der kantenemittierenden Antenne derart, dass eine Aufweitung um zumindest das Dreifache der Betriebswellenlänge im Medium des Wellenleitelements, vorzugsweise zumindest das Fünffache der Betriebswellenlänge, höchstvorzugsweise zumindest das Zehnfache der Betriebswellenlänge erfolgt. Die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an der der kantenemittierenden Antenne abgewandten Seite, an der der Strahlungsaustritt der elektromagnetischen Welle erfolgt, ist somit zumindest dreimal, vorzugsweise fünfmal, höchstvorzugsweise zehnmal größer als die Querschnittsfläche des Wellenleitelements an der der kantenemittierenden Antenne zugewandten Seite.
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Vorzugsweise ist das Wellenleitelement mit eine Länge von zumindest 3 Betriebswellenlängen, vorzugsweise zumindest 5 Betriebswellenlängen, höchstvorzugsweise zumindest 10 Betriebswellenlängen ausgebildet. Die Länge des Wellenleitelements bemisst sich hier in der Hauptabstrahlungsrichtung der kantenemittierenden Antenne. Bevorzugt weist das Wellenleitelement an der der kantenemittierenden Antenne zugewandten Seite einen Öffnungswinkel von zumindest 10°, vorzugsweise zumindest 20°, höchstvorzugsweise 45° auf. Hierdurch wird der Übergang der elektromagnetischen Welle in das Fernfeld ermöglicht.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist das Wellenleitelement als zirkularer oder elliptischer Konus ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass dadurch optische Linsen eingesetzt werden können und der Herstellungsprozess des Wellenleitelements kostengünstig ist.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist das Wellenleitelement aus High-Density Polyethylen oder Polytetrafluorethylen ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass diese Materialien eine geringe Dispersion jedoch eine gute Transmission aufweisen und somit im Wesentlichen keine Absorption im Material erfolgt.
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Vorteilhafterweise ist der dielektrische Verlustfaktor tanδ des Linsen und Wellenleitelements kleiner als 10-2.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Radarantenne zusätzlich eine Leiterplatte. Hierbei ist die kantenemittierende Antenne auf der Leiterplatte angeordnet und die Leiterplatte weist eine Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung der Dielektrizitätskonstanten des Wellenleitelements auf. Hierdurch werden vorteilhafter Weise Reflexionen im Betriebszustand der elektromagnetischen Wellen beim Übergang zwischen kantenemittierender Antenne und Wellenleitelement verringert.
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Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch eine Radarvorrichtung gemäß Anspruch 11. Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung wird vorzugsweise unter Einsatz der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Radarantenne bzw. bevorzugt einer vorzugsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radarantenne ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung weist ebenso die vorgenannten Vorteile der erfindungsgemäßen Radarantenne auf.
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Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung umfasst mindestens einen Wellenschaltkreis und zumindest eine Radarantenne. Wesentlich ist hier, dass die Radarantenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Radarantenne ist besonders vorteilhaft im Millimeter-Wellenlängenbereich einsetzbar. Daher ist der Wellenschaltkreis bevorzugt als Millimeter- oder Sub-Millimeter-Wellenschaltkreis zur Erzeugung von Radarstrahlung im Bereich von 10 GHz bis 1 THz ausgebildet.
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In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die Radarvorrichtung als Modul aus einer mehrlagigen Multipolymerplatine ausgebildet. Die Multipolymerplatine weist zumindest eine erste Lage aus einem Polymermaterial mit einem geringen dielektrischen Verlustfaktor auf, mindestens eine zweite Lage aus einem Polymermaterial mit hoher Festigkeit, welches die Multipolymerplatine stabilisiert, und eine Metallisierungslage, welche zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordnet ist und zur Abschirmung und zur Signalführung dient. Hierbei trägt die Multipolymerplatine den zumindest einen Millimeterwellenschaltkreis und die zumindest eine Radarantenne. Vorteilhaft ist hier, dass der geringe dielektrische Verlustfaktor eine geringe Dämpfung, insbesondere im Vergleich zu der zweiten Lage aus Polymermaterial bewirkt. Ebenso vorteilhaft ist, dass durch die hohe Festigkeit der zweiten Lage gegenüber der ersten Lage die zweite Lage eine höhere Stabilität und somit eine Stützwirkung für die Radarvorrichtung aufweist.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die zweite Lage aus einem Polymermaterial mit besonders hoher Festigkeit, bevorzugt FR 4 ausgebildet. Hierbei ist die zweite Lage zumindest einen Überlappungsbereich von Radarantenne und Wellenleitelement aussparend ausgebildet. Vorteilhaft ist hier, dass die zweite Lage eine hohe Stabilität aufweist. Vorteilhafterweise bildet die zweite Lage einen Stützrahmen, in welchem die Radarantenne angeordnet ist. Durch die erhöhte Stabilität und die Stützwirkung der zweiten Lage wird die gesamte Radarvorrichtung stabilisiert. Vorteilhafterweise ist die Radarantenne als eine Membran in der ersten Lage eingebettet. Durch die Aussparung der zweiten Lage im Überlappungsbereich von Radarantenne und Wellenleitelement profitiert die Radarvorrichtung zwar von der Stützwirkung der zweiten Lage, es befindet sich jedoch kein Störelement im Bereich der Radarantenne.
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In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Radarvorrichtung für W-Band-Radaranwendungen in einem Frequenzbereich von 75 bis 110 GHz ausgelegt.
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Die erfindungsgemäße Radarantenne bzw. eine ihrer bevorzugten Ausführungsformen oder die erfindungsgemäße Radarvorrichtung bzw. eine ihrer bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen die Herstellung kompakter, breitbandiger und kostengünstiger Antennen für Radaranwendungen. Diese Anordnungen sind einfach zu produzieren und weisen beherrschbare Fertigungstoleranzen auf. Die erfindungsgemäße Radarantenne und/oder die erfindungsgemäße Radarvorrichtung sind grundsätzlich für Anwendungen geeignet in Radaranwendungen, in der Verkehrstechnik, in der Sicherheitstechnik, in der Militärtechnik, in der Medizintechnik und in der Luft- und Raumfahrttechnik
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Weitere vorzugsweise Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Radarantenne,
- 2 eine schematische Darstellung einer Antennenanordnung,
- 3 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Radarvorrichtung,
- 4 eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte Radarvorrichtung.
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In den 1 bis 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Radarantenne 20 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Radarantenne 20 umfasst eine Leiterplatte 21 mit kantenemittierender Antenne 22 (dargestellt in 2), ein Wellenleitelement 23 und eine Linse 24. Die Leiterplatte 21 weist eine Zuleitung 25 auf, die die kantenemittierende Antenne 22 speist.
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Das Wellenleitelement 23 ist vorliegend als ein Konus ausgebildet. Der Konus 23 ist kegelförmig mit seinem spitz zulaufenden Ende der kantenemittierenden Antenne 22 zugewandt angeordnet. Das Wellenleitelement 23 weist an seiner der Radarantenne abgewandten Seite einen Durchmesser zwischen 10 und 25 mm, vorliegend 20 mm auf. Die Länge des Wellenleitelements beträgt zwischen 10 und 25 mm, vorliegend 20 mm. Das Wellenleitelement 23 ist aus einem HDPE-Material (high density polythylen) mit einem Brechungsindex von ungefähr n=1,5 ausgebildet. An seinem spitz zulaufenden Ende 23a weist das Wellenleitelement 23 einen Spalt 26 auf.
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An dem Ende 23a werden von der kantenemittierenden Antenne 22 ausgehende elektromagnetische Wellen in das Wellenleitelement 23 eingekoppelt. Das Wellenleitelement 23 ist dabei mit dem Spalt 26 ausgebildet. Der Spalt 26 weist einen Durchmesser auf, welcher geringfügig größer als eine Dicke der kantenemittierenden Antenne 22 ist, vorliegend ca. 50 µm. Die kantenemittierende Antenne 22 ist derart in dem Spalt 26 angeordnet, dass das Wellenleitelement 23 die kantenemittierende Antenne 22 an einer Oberseite 22a und an einer Unterseite 22 b überlappt. Dadurch werden sowohl die elektromagnetischen Wellen ausgehend von der kantenemittierenden Antenne 22 in einer Hauptabstrahlungsrichtung H sowie nach oben oder unten abstrahlende elektromagnetische Wellen durch das Wellenleitelement 23 eingefangen.
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Durch das Wellenleitelement 23 wird ein allmählicher Übergang der elektromagnetischen Wellen von der kantenemittierenden Antenne 22 in einen an die Linse 24 anschließenden Freiraum ermöglicht. Dadurch werden unerwünschte Reflexionen an Grenzflächen mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten minimiert. Die dem Freiraum zugewandte Seite 23b des Wellenleitelements 23 ist als Linse 24 ausgebildet. Die Linse 24 und das Wellenleitelement 23 sind vorliegend als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet. Der Brennpunkt der Linse 24 liegt in dem spitz zulaufenden Ende 23a des Wellenleitelements 23, sodass aus der Linse 24 kollimierte Strahlen austreten. Mittels der Linse 24 kann die Strahlcharakteristik der Radarantenne 20 an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Zusätzlich kann die Linse 24 mit einer dielektrischen Antireflexionsschicht beschichtet sein, die vorzugsweise aus einem Material besteht, dessen Dielektrizitätszahl zwischen der Dielektrizitätszahl der Linse und 1 ist, vorliegend Benzocyclobuten. Dadurch werden Reflexionen an der Grenzschicht zwischen Linsenoberfläche 24 und Freiraum verringert.
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2 zeigt die Antennenanordnung umfassend eine Leiterplatte 21 und eine kantenemittierende Antenne 22, wie bereits teilweise in 1 dargestellt. Die Leiterplatte 21 ist aus einem mechanisch stabilen Trägermaterial, vorliegend FR4 mit einer darauf liegenden dünnen Lage aus einem Material mit geringer Verlustzahl tan δ, vorliegend LCP und dazwischen liegenden Metallisierungslagen, vorliegend Kupfer ausgebildet. In dem Bereich der kantenemittierenden Antenne 22 weist die Leiterplatte 21 eine Aussparung 27 im FR4 auf. Die Abmessungen der Aussparung 27 betragen vorzugsweise die doppelte Größe der kantenemittierenden Antenne 22, vorliegend ungefähr 3 mm x 9 mm. In der Aussparung 27 ist die kantenemittierende Antenne 22 angeordnet. Die kantenemittierende Antenne 22 ist vorliegend als Vivaldi-Antenne ausgebildet. Die Vivaldi-Antenne 22 wird über eine Schlitzleitung 28 gespeist und weist zwei strukturierte Metallschichten 29a und 29b auf. Die Schlitzleitung 28 weitet sich in Richtung der Hauptabstrahlungsrichtung H auf.
Die kantenemittierende Antenne sendet und empfängt elektromagnetische Wellen in der Hauptstrahlungsrichtung H. Diese elektromagnetischen Wellen werden, wie oben zu 1 beschrieben, in das Wellenleitelement 23 eingekoppelt. Hierfür wird das Wellenleitelement 23 in dem Bereich der Aussparung 27, und damit in einem Abstrahlungsbereich der kantenemittierenden Antenne 22, auf die Antennenanordnung aufgesteckt.
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In 3 ist eine Schnittansicht durch eine Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer mehrlagigen Multipolymer-Platine 2 dargestellt. Die Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 ist für W-Band-Radaranwendungen in einem Frequenzbereich von 75 bis 110 GHz ausgelegt. Die Multipolymer-Platine 2 ist als Modul ausgebildet und weist eine erste Lage 3 aus einem Polymermaterial mit geringer Dispersion der Dielektrizitätskonstanten, hier LCP, und eine zweite Lage 4 aus einem Polymermaterial mit hoher Festigkeit, hier FR4, welches die Multipolymer-Platine 2 stabilisiert, auf.
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Zwischen der ersten Lage 3 und der zweiten Lage 4 ist darüber hinaus eine Metallisierungslage 5 angeordnet, welche zur Abschirmung und zur Signalführung dient. In die erste Lage 3 ist ein ungehäuster, monolithisch integrierter Millimeterwellen-Schaltkreis (MMIC) 6 aus einem Verbindungshalbleiter, hier aus GaAs, mittels einer Polymereinbetttechnik in die erste Lage 3 eingebettet.
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Der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 weist in der Ausführungsform ebenfalls eine Dicke von 50 µm auf. Weiterhin ist in die erste Lage 3 eine Antenne 7 als dünne Membran eingebettet, welche hier in der Ausführungsform als kantenemittierende breitbandige Vivaldi-Antenne ausgeführt ist. Diese dient zur Abstrahlung und zum Empfang des Radarsignals. Zusätzlich sind auf der Multipolymer-Platine 2 eine hier nicht im Detail dargestellte Auswertelektronik und eine Signalerzeugungselektronik vorgesehen. Die Auswerteelektronik ist hierbei programmierbar ausgebildet, d. h. dass durch modulare Software/Firmware eine Auswertung für unterschiedliche Anwendungen bzw. Anwendungsbereiche erfolgen kann.
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Auf der ersten Lage 3 sind darüber hinaus Si-Schaltkreise 8 angeordnet, welche näher im Zusammenhang mit 2 beschrieben werden. Der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 ist mit der Antenne 7 über eine kurze flache HF-Verbindung 9 verbunden. Weiterhin ist der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 über eine DC-Verbindung 10 an eine Gleichstromenergiequelle (hier nicht dargestellt) angeschlossen.
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Der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 ist durch eine HF-Abschirmung 11, welche oberhalb des Millimeterwellen-Schaltkreises 6 auf der ersten Lage 3 angeordnet ist, abgeschirmt. Durch die erste Lage 3, durch die zweite Lage 4 sowie durch beide Lagen sind eine Vielzahl von metallischen thermischen Durchkontaktierungen 12 vorgesehen, welche zum Abführen von Wärme dienen.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Lage 4 als ein Schichtsystem aus zwei übereinanderliegenden Schichten 4a und 4b ausgebildet. Insbesondere zwischen den Schichten 4a und 4b kann somit in einfacher und kostengünstiger Weise eine Verdrahtung der elektronischen Komponenten der Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 erfolgen. Die Teilschichten 4a und 4b weisen jeweils eine Dicke von etwa 254 µm auf. Die erste Lage 3 weist eine Dicke von etwa 50 µm auf. Die Metallisierungslage 5 liegt hierbei hinsichtlich des elektrischen Potentials auf Masse und weist eine Dicke von etwa 13 µm auf. Die Metallisierungslage 5 ist vorliegend aus Kupfer ausgebildet.
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4 ist eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1. Wie hier erkennbar ist, ist der Millimeterwellen-Schaltkreis 6 in einer Aussparung 13 in der ersten Lage 3 angeordnet und über eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen 14 mit SMD-Bauteilen (Surface Mounted Devices) 15 verbunden. Ein erster auf der ersten Lage 3 vorgesehener Si-Schaltkreis 8 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ein DDS (Direkt Digital Synthesizer) zur Erzeugung des Frequenzchirp-Signals und einer zweiter auf der ersten Lage 3 vorgesehener Si-Schaltkreis 8' ist hier ein digitaler Signal Prozessor (DSP). Der digitale Signalprozessor ist zur Signalverarbeitung und Auswertung ausgebildet.
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Die Antenne 7 ist als breitbandige Vivaldi-Antenne ausgebildet und wird über eine Zuleitung 16 gespeist. Die Vivaldi-Antenne 7 weist die beiden Metallflächen 29 a und 29 b auf. Zwischen den beiden Metallflächen 29 a und 29 b verläuft eine Schlitzleitung 28. Die Schlitzleitung 28 weitet sich in Richtung der Hauptabstrahlungsrichtung H auf. Ausgehend von der kantenemittierenden Antenne 7 sendet und empfängt die Radarvorrichtung 1 elektromagnetische Wellen in der Hauptstrahlungsrichtung H. Das Wellenleitelement 23 wird, wie zu 1 beschrieben, in dem Bereich der Antenne 7, und damit in dem Abstrahlungsbereich, an der Millimeterwellen-Radarvorrichtung 1 angeordnet.
