DE102019217945A1

DE102019217945A1 - Absorberstruktur für Kraftfahrzeug-Radar

Info

Publication number: DE102019217945A1
Application number: DE102019217945.2A
Authority: DE
Inventors: Armin Himmelstoss; Felix Mueller; Werner Soergel; Thomas Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-05-27

Abstract

Absorberstruktur zum Absorbieren von Radarwellen im Frequenzband von 76 bis 81 GHz, mit einer Absorberbasis (10) und einer Mehrzahl von auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis (10) von der Absorberbasis vorstehenden Absorberelementen (12), wobei ein jeweiliges Absorberelement (12) eine Gesamthöhe (H) kleiner als 2,0 mm hat, wobei der Querschnitt des Absorberelements (12) von seinem freien Ende über eine Kappe (14) und über einen im wesentlichen konischen Abschnitt (16) bis zu einem Beginn eines geraden Abschnitts (18) eines Sockelabschnitts (18, 20) sich fortschreitend aufweitet, und wobei der Querschnitt des Absorberelements (12) von einem Basis-seitigen Ende des geraden Abschnitts (18) des Sockelabschnitts (18, 20) über einen Fußabschnitt (20) bis zur Absorberbasis (10) sich fortschreitend aufweitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorberstruktur zum Absorbieren von Radarwellen, insbesondere von Radarwellen im Frequenzband von 76 bis 81 GHz für Kraftfahrzeug-Radaranwendungen.
Stand der Technik
Um unerwünschte Ausbreitung von Radarwellen im Automobilbereich zu vermindern, sind Absorber bekannt, die beispielsweise als Plattenmaterial verbaut werden und beispielsweise aus einem Polymer bestehen, welches mit Kohlenstoff als absorbierendes Material beladen ist. Solche Absorber sind beispielsweise aus mit Kohlenstoff beladenem Polyamid (PA) oder elektrisch leitfähigem Polycarbonat (PC-EC) und sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Witcom PA oder Witcom PC-EC am Markt erhältlich.
Für Laboraufbauten, insbesondere für reflexionsarme Räume, sind andere Absorberstrukturen bekannt. So beschreibt CN 103457035 A eine Platte für die Auskleidung eines reflexionsarmen Raumes mit einer Basis und pyramidenartigen Körpern mit einer Höhe zwischen 400 und 2.000 mm aus einem mikrowellenabsorbierendem Material. Die Körper haben eine doppelt gekrümmte Oberfläche, bei der ein oberer Abschnitt eine konkav gekrümmte Oberfläche und ein unterer Abschnitt eine konvex gekrümmte Oberfläche ist. Das mikrowellenabsorbierende Material wird bei einer Frequenz im Bereich von 1 bis 6 GHz verwendet. Zur Herstellung wird das Material als Polyurethanschaum extrudiert, getrocknet und in die pyramidenartige Form geschnitten.
CN 205355260 U beschreibt eine Absorberstruktur mit einer Basis und wellenabsorbierenden Körpern in Kegelform oder Pyramidenform mit flacher Spitze. Die absorbierende Struktur hat eine Höhe von 160 bis 800 mm in Höhenrichtung des kegel- oder pyramidenförmigen Körpers sowie eine Höhe einer Grundplatte von 20 bis 200 mm.
Offenbarung der Erfindung
Im Stand der Technik bekannte Absorber aus Kunststoffmaterial sind nur in einem schmalen Einfallswinkelbereich wirksam, wobei dennoch ein nennenswerter Anteil der Leistung, beispielsweise ungefähr 30%, reflektiert wird. Eine Absorption beträgt beispielsweise etwa 6 bis 7 dB pro mm Materialtiefe.
Für Laboraufbauten bekannte Schaumabsorber haben hingegen nur eine geringe Absorption von beispielsweise 1 dB pro mm Materialtiefe.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Absorberstruktur für Radaranwendungen im KFZ-Bereich zu schaffen, die kostengünstig zu fertigen ist und bei einem kompakten Aufbau möglichst reflexionsarm ist. Wünschenswert ist insbesondere ein kompakter Aufbau mit einer Materialstärke von wenigen Millimetern, beispielsweise im Bereich von etwa 3 bis 6 mm.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Absorberstruktur zum Absorbieren von Radarwellen im Frequenzband von 76 bis 81 GHz, mit einer Absorberbasis und einer Mehrzahl von auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis von der Absorberbasis vorstehenden Absorberelementen, wobei ein jeweiliges Absorberelement eine Gesamthöhe hat, die kleiner als 2,0 mm ist, wobei ein jeweiliges Absorberelement in seinem Verlauf von seinem freien Ende zur Absorberbasis in dieser Reihenfolge eine Kappe, einen im wesentlichen konischen Abschnitt und einen Sockelabschnitt aufweist, wobei der Sockelabschnitt einen geraden Abschnitt und einen Fußabschnitt umfasst, wobei der Querschnitt des Absorberelements von dem freien Ende über die Kappe und über den im wesentlichen konischen Abschnitt bis zu einem Beginn des geraden Abschnitts des Sockelabschnitts sich fortschreitend aufweitet, und wobei der Querschnitt des Absorberelements von einem Basis-seitigen Ende des geraden Abschnitts des Sockelabschnitts über den Fußabschnitt bis zur Absorberbasis sich fortschreitend aufweitet.
Das Absorberelement hat somit eine im wesentlichen Kegelstumpf-artige Form. Unter der Gesamthöhe des Absorberelements ist insbesondere die Höhe des Absorberelements oberhalb der Absorberbasis zu verstehen. Aufgrund der geringen Gesamthöhe des jeweiligen Absorberelements wird somit ein sehr kompakter Aufbau der Absorberstruktur ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist, dass sich durch die Formgebung des Absorberelements eine besonders gute Absorption der Radarwellen in den Absorberelementen ergibt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch die Formgebung des Absorberelements eine Erstellung der Absorberstruktur durch Gießen, insbesondere Spritzguss, ermöglicht wird. So kann eine Spritzgussform für eine sich zum freien Ende des Absorberelements verjüngende Kappe durch ein entsprechendes Fräswerkzeug mit geringem Durchmesser hergestellt werden; die Werkzeugform im Bereich des im wesentlichen konischen Abschnitts und des Sockelabschnitts kann ebenfalls durch Fräsen hergestellt werden; und das Vorsehen eines geraden Abschnitts des Sockelabschnitts und eines Fußabschnitts ermöglicht für eine vorgegebene, zu erreichende Höhe der Absorberstruktur dennoch eine Ausbildung von stabilen Trennwänden der Spritzgussform zwischen benachbarten Absorberelementen. Insgesamt kann somit eine für das Absorbieren von Radarwellen im Frequenzband von 76 bis 81 GHz besonders geeignete, kompakte Absorberstruktur erzielt werden, die eine Herstellung durch Spritzgießen gestattet.
Dabei ermöglichen die von der Absorberbasis vorstehenden Absorberelemente ein Einkoppeln der Radarwellen in die Absorberstruktur, welches zu einer erhöhten Absorption im Bereich der Absorberelemente führt und zu einer geringen Reflexion führt.
Das jeweilige Absorberelement hat eine Gesamthöhe, die kleiner als 2,0 mm ist. Vorzugsweise hat das jeweilige Absorberelement eine Gesamthöhe, die kleiner als die Hälfte einer minimalen Wellenlänge der zu absorbierenden Radarwellen ist. Diese minimale Wellenlänge liegt bei Radarwellen im Frequenzband von 76 bis 81 GHz etwa im Bereich von 3,7 mm bis 4,0 mm.
Bei der beschriebenen Formgebung des Absorberelements weitet sich der Querschnitt des Absorberelements von seinem freien Ende bis zur Absorberbasis fortschreitend auf oder bleibt zumindest gleich. Insbesondere in dem geraden Abschnitt des Sockelabschnitts bleibt der Querschnitt des Absorberelements gleich.
Das fortschreitende Aufweiten des Querschnitts kann auch als zunehmendes Aufweiten des Querschnitts bezeichnet werden und umfasst insbesondere ein stufenweises und/oder kontinuierliches Aufweiten des Querschnitts über den angegebenen Verlauf. In einem Bereich, wo sich der Querschnitt des Absorberelements fortschreitend aufweitet, vergrößert sich der Querschnitt des Absorberelements in der Richtung von dem freien Ende zur Absorberbasis somit mehr und mehr.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorzugsweise sind die auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis von der Absorberbasis vorstehenden Absorberelemente in einem hexagonalen Raster angeordnet. Dadurch wird eine besonders gute Ausfüllung der Fläche der Absorberbasis ermöglicht. Somit kann für eine jeweilige Höhe oberhalb der Absorberbasis mit einem dort vorgesehenen Querschnitt der Absorberelements ein vergleichsweise großes Querschnittsflächen-Füllverhältnis bezogen auf die Fläche der gesamten Absorberstruktur erzielt werden. Für rotationssymmetrische Absorberelemente ist durch eine Anordnung der Absorberelemente in einem hexagonalen Raster ein maximales Flächenfüllverhältnis zu realisieren.
Vorzugsweise haben die Absorberelemente auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis eine einheitliche Form.
Vorzugsweise hat die Absorberbasis auf wenigstens einer Seite eine flache Oberfläche, auf der die Absorberelemente angeordnet sind. Die Absorberelemente stehen somit von der flachen Oberfläche vor.
In einer Ausführungsform können die Absorberelemente auch von beiden Seiten der Absorberbasis vorstehen.
Vorzugsweise hat das Absorberelement an jeder Höhe zwischen der Kappe und der Absorberbasis einen gerundeten Querschnitt. Dies ist besonders vorteilhaft für die Herstellung der Absorberstruktur in einer Gussform bzw. Spritzgussform, da ein gerundeter Formquerschnitt eines Formwerkzeugs gut fräsbar ist. Vorzugsweise hat der gerundete Querschnitt einen minimalen positiven Radius, der an jeder Höhe zwischen der Kappe und der Absorberbasis größer oder gleich einem Minimalradius ist. Der Minimalradius beträgt vorzugsweise mindestens 0,2 mm.
Vorzugsweise haben die Kappe und/oder der im wesentlichen konische Abschnitt des Absorberelements eine rotationssymmetrische Form. Mit anderen Worten bilden vorzugsweise wenigstens die Kappe und/oder der im wesentlichen konische Abschnitt des Absorberelements eine Rotationskörper. Vorzugsweise hat auch der Sockelabschnitt des Absorberelements eine rotationssymmetrische Form. Vorzugsweise ist der gerade Abschnitt des Sockelabschnitts ein zylindrischer Abschnitt. Eine rotationssymmetrische Form ist besonders günstig für eine gleichmäßige Verteilung der Radarwellen-Rückstreuung zu den Seiten, bezogen auf eine Längsrichtung eines jeweiligen Absorberelements. Außerdem kann im Zusammenwirken mit der Anordnung der Absorberelemente in einem hexagonalen Raster eine besonders gute Flächenfüllung in der Oberfläche der Absorberbasis erreicht werden. Mit anderen Worten bilden wenigstens die Kappe und/oder der im wesentlichen konische Abschnitt des Absoberelements eine Rotationskörper.
Vorzugsweise hat an jeder Stelle der Außenfläche des Absorberelements außerhalb der Kappe ein Radius der Außenfläche des Absorberelements im Querschnitt des Absorberelements mindestens einen Minimalwert von 0,2 mm.
Bei einem rotationssymmetrischen Absorberelement entspricht ein Aufweiten des Querschnitts einem Zunehmen des Radius des Absorberelements. Der Radius des Absorberelements nimmt somit von dem freien Ende des Absorberelements bis zur Absorberbasis zu oder bleibt zumindest abschnittsweise gleich, letzteres insbesondere im Bereich des geraden Abschnitts des Sockelabschnitts.
Vorzugsweise ist die Kappe des Absorberelements eine vorgewölbte, gerundete Kappe, besonders bevorzugt eine Kugelkappe. Unter einer Kugelkappe ist ein Endabschnitt einer Kugel, insbesondere eine Halbkugel oder ein Endabschnitt einer Halbkugel zu versehen. Ein Absorberelement mit vorgewölbter, gerundeter Kappe lässt sich besonders gut entformen und ermöglicht darüber hinaus eine stetige Zunahme des Querschnitts des Absorberelements von seinem freien Ende bis zum im wesentlichen konischen Abschnitt.
Vorzugsweise schließt der im wesentlichen konische Abschnitt des Absorberelements sich an die Kappe an. Vorzugsweise schließt der gerade Abschnitt des Sockelabschnitt sich an den im wesentlichen konischen Abschnitt des Absorberelements an. Vorzugweise schließt der Fußabschnitt des Sockelabschnitts sich an den geraden Abschnitt. Vorzugsweise schließt der Fußabschnitt des Sockelabschnitts sich an die Absorberbasis an.
Vorzugsweise sind die Absorberelemente auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis an die Absorberbasis angeformt, insbesondere einstückig mit der Absorberbasis an diese angeformt. Dies ist besonders vorteilhaft für einen Übergang von Radarwellen von den Absorberelementen in die Absorberbasis.
Vorzugsweise sind die Absorberelemente und die Absorberbasis aus einem gleichen Material gefertigt.
Vorzugsweise umfasst der im wesentlichen konische Abschnitt des Absorberelements einen konischen Abschnitt, in welchem der Querschnitt des Absorberelements einen Radius aufweist, der mit zunehmendem Abstand des Querschnitts von dem freien Ende des Absorberelements gleichmäßig zunimmt. Die Zunahme des Radius ist somit proportional zur Zunahme des Abstands des Querschnitts von dem freien Ende des Absorberelements. Vorzugsweise hat dabei das Verhältnis der Zunahme des Radius zu der Zunahme des Abstands einen Wert im Bereich von 0,26 bis 0,31.
Vorzugsweise hat der Radius des konischen Abschnitts des Absorberelements in einer Höhe über der Absorberbasis, welche Höhe dem halben Abstand zweier benachbarter Absorberelemente entspricht, einen Wert, der kleiner als das 0,55-fache dieser Höhe ist. Vorzugsweise liegt dieser Wert im Bereich des 0,48 bis 0,54-fachen dieser Höhe.
Der Abstand zweier benachbarter Absorberelemente entspricht dem Abstand ihrer freien Enden.
Vorzugsweise ist ein Abstand der freien Enden zweier benachbarter Absorberelemente kleiner als die Gesamthöhe eines jeweiligen Absorberelements.
Vorzugsweise weist der Fußabschnitt des Sockelabschnitts des Absorberelements eine Außenkontur auf, die im Längsschnitt durch das Absorberelement einen konkaven Verlauf hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Kappe einen maximalen Radius, der kleiner oder gleich 0,25 mm ist; der im wesentlichen konische Abschnitt hat eine Höhe, die wenigstens 0,45 mm beträgt und kleiner oder gleich 0,9 mm ist, und hat einen maximalen Radius, der wenigstens 0,35 mm beträgt und kleiner oder gleich 0,45 mm ist; der gerade Abschnitt des Sockelabschnitts hat eine Höhe, die wenigstens 0,10 mm beträgt, und hat einen maximalen Radius, der sich vom halben Abstand zweier benachbarter Absorberelemente um höchstens 0,25 mm unterscheidet. Vorzugsweise beträgt der maximale Radius der Kappe wenigstens 0,15 mm. Vorzugsweise ist die Höhe des geraden Abschnitts des Sockelabschnitts kleiner oder gleich 0,30 mm. Vorzugsweise unterscheidet sich der maximale Radius des geraden Abschnitts vom halben Abstand zweier benachbarter Absorberelemente um wenigstens 0,15 mm.
Vorzugsweise beträgt der halbe Abstand zweier benachbarter Absorberelemente wenigstens 0,55 mm und ist kleiner oder gleich 1 mm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,7 mm. Vorzugsweise hat das Absorberelement eine Gesamthöhe, die wenigstens 1,0 mm beträgt und kleiner 2,0 mm ist, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1,6 mm ist, und weiter besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1,30 mm ist. Somit ist die Gesamthöhe kleiner als die Wellenlänge der zu absorbierenden Radarwellen. Vorzugsweise ist die Gesamthöhe kleiner als die Hälfte einer minimalen Wellenlänge der zu absorbierenden Radarwellen.
Vorzugsweise hat das Absorberelement eine Form, die durch ein Kunststoffvollmaterial gebildet wird.
Vorzugsweise sind die Absorberelemente aus einem Material gefertigt, welches im Frequenzband von 76 bis 81 GHz eine relative Permittivität ε_r hat, die wenigstens 9 beträgt und kleiner oder gleich 14 ist. Die relative Permittivität wird auch als Dielektrizitätszahl bezeichnet. Vorzugsweise ist die Absorberbasis ebenfalls aus einem solchen Material gefertigt. Besonders bevorzugt sind die Absorberelemente und die Absorberbasis aus einem solchen Material gefertigt.
Vorzugsweise sind die Absorberelemente aus einem Material gefertigt, welches im Frequenzband von 76 bis 81 GHz einen dielektrischen Verlustfaktor tanδ hat, der wenigstens 0,1 beträgt und kleiner oder gleich 0,4 ist. Vorzugsweise ist die Absorberbasis ebenfalls aus einem solchen Material gefertigt. Besonders bevorzugt sind die Absorberelemente und die Absorberbasis aus einem solchen Material gefertigt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Skizze einer perspektivischen Ansicht einer Ausführungsform einer Absorberstruktur;
2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch die Absorberstruktur;
3 den Radius eines Absorberelements einer Ausführungsform der Absorberstruktur in Abhängigkeit von der Höhe;
4 einen simulierten Reflexionskoeffizienten der Absorberstruktur; und
5 einen simulierten Reflexionskoeffizienten einer weiteren Ausführungsform der Absorberstruktur.

1 zeigt schematisch eine Absorberstruktur mit einer Absorberbasis 10 in Form einer flachen Platte, auf deren Vorderseite mehrere gleichartige Absorberelemente 12 in einem hexagonalen Raster symmetrisch angeordnet sind. Die Absorberelemente 12 haben im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfs mit einer Gesamthöhe H oberhalb der Vorderseite der Absorberbasis 10, welche Gesamthöhe H = 1,11 mm beträgt. Der Abstand A eines Absorberelements 12 zu jedem seiner sechs benachbarten Absorberelemente 12 beträgt A = 1,20 mm. An ihrem vorderen Ende weisen die Absorberelemente 12 jeweils eine Kugelkappe 14 auf, die einen maximalen Durchmesser D = 0,41 mm hat. Unterhalb der Kugelkappe 14 haben die Absorberelemente 12 jeweils einen im wesentlichen konischen Abschnitt 16, einen geraden, zylindrischen Abschnitt 18 und einen Fußabschnitt 20. Der zylindrische Abschnitt 18 und der Fußabschnitt 20 bilden einen Sockelabschnitt des Absorberelements 12.
Die Kappe 14, der im wesentlichen konische Abschnitt 16 und der gerade Abschnitt 18 haben jeweils an jeder Höhe einen kreisrunden Querschnitt, bilden also einen Rotationskörper.
2 zeigt die Form des Absorberelements 12 genauer in einem Längsschnitt durch die Absorberstruktur durch auf einer Linie liegende, jeweils zueinander benachbarte Absorberelemente 12.
Der Fußabschnitt 20 erstreckt sich bis zu einer Höhe H1 = 0,15 mm und hat einen minimalen Radius R2 am oberen Ende, mit R2 = 0,40 mm. Der gerade, zylindrische Abschnitt 18 erstreckt sich dann bis zu einer Höhe H2, bezogen auf die Oberseite der Absorberbasis 10, mit H2 = 0,30 mm. Der zylindrische Abschnitt 18 hat den Radius R2. Der im wesentlichen konische Abschnitt 16 erstreckt sich von der Höhe H2 bis zu einer Höhe H3, wobei H3 ungefähr 0,96 mm beträgt. Von der Höhe H3 bis zur Gesamthöhe H erstreckt sich dann die Kugelkappe 14. Der Radius R1 bei der Höhe H3 beträgt 0,205 mm. Diese Maßangaben werden vorzugsweise mit einer Maßtoleranz von 10% eingehalten, weiter bevorzugt 5%, besonders bevorzugt 2%. Bei der Maßangabe der Höhe H3 sind jedoch größere Maßtoleranzen als bei den übrigen Maßangaben möglich, da der Übergang zwischen der Kugelkappe 14 und dem im wesentlichen konischen Abschnitt 16 ohne wesentliche Änderungen der Form um beispielsweise bis zu 0,05 mm, oder mehr, geändert werden kann.
Das Absorberelement 12 hat einen unterhalb seines freien Endes im Verlauf zur Oberseite der Absorberbasis 10 zunehmenden Radius. Der Radius nimmt unterhalb des freien Endes über den wesentlichen Teil der Kugelkappe 14 und über den im wesentlichen konischen Abschnitt 16 fortschreitend zu. Im Bereich der Kugelkappe 14 hat das Absorberelement 12 im Längsschnitt eine Außenkontur mit konvexer Krümmung. Im Bereich des Fußabschnitts 20 hat das Absorberelement 12 im Längsschnitt eine Außenkontur mit konkaver Krümmung und eine von einem Ende des geraden Abschnitts 18 über den Fußabschnitt 20 zunehmende Querschnittsfläche.
3 zeigt einen Graphen, in dem schematisch der Radius r einer Ausführungsform des Absorberelements 12 in Abhängigkeit von der Höhe h über der Oberseite der Absorberbasis 10 dargestellt ist. Die Ausführungsform ist ein Spezialfall der Ausführungsform der 1 und 2 und ist mittels Spritzgießen in einem Formwerkzeug formbar. Dargestellt ist der Radius r über der Höhe h. Eine gestrichelte Referenzkurve zeigt einen im Hinblick auf die Absorption optimalen, theoretischen Verlauf des Radius.
Der Verlauf des Radius r des Absorberelements 12 stellt eine Annäherung an den optimalen Verlauf dar. Im Sockelbereich 18, 20 und im unteren Teil des im wesentlichen konvexen Abschnitts 16 wird durch den sich nach oben verjüngenden Fußabschnitt 20 und den zylindrischen Abschnitt 18 erreicht, dass das Formwerkzeug im Höhenbereich des zylindrischen Abschnitts 18 eine Materialstärke von mindestens 0,4 mm hat, entsprechend einem Abstand F = 0,4 mm (2) zwischen den zylindrischen Abschnitten 18 zweier benachbarter Absorberelemente 12. Zugleich wird erreicht, dass der im wesentliche konische Abschnitt 16 einen konischen Abschnitt 16A umfasst, in welchem der Radius r mit zunehmender Höhe h gleichmäßig zunimmt. Dies entspricht einer konstanten Steigung der Außenkontur im Längsschnitt. In dem konischen Abschnitt 16A stimmt der Verlauf des Radius r in Abhängigkeit von der Höhe h mit dem theoretisch optimalen Verlauf überein. Die durch den zylindrischen Abschnitt 18 gebildete Stufe sorgt somit für die ausreichende Höhe des Absorberelements 12 bei gegebener Steigung im Bereich des konischen Abschnitts 16A.
Im Beispiel der 3 beträgt das Verhältnis der Änderung des Radius r zu der Änderung der Höhe h etwa 0,30.
In einer Höhe h von 0,6 mm, welche dem halben Abstand A von 1/2 A = 0,6 mm entspricht, liegt der Radius r des konischen Abschnitts 16A zwischen 0,30 und 0,31 mm und ist somit kleiner als das 0,55-fache dieser Höhe, wobei 0,55 x 0,6 mm = 0,33 mm ist.
Während im theoretisch optimalen Verlauf des Radius sich eine Spitze des Absorberelements ergeben würde, wird durch die Kappe 14 des Absorberelements 10 erreicht, dass mit einer entsprechend gefrästen Kontur des Hohlraums des Formwerkzeugs das obere Ende des Absorberelements 12 in definierter Weise formbar ist.
Der in 3 gestrichelt dargestellte optimale Verlauf des Radius über der Höhe h wurde durch eine Optimierung eines Modells berechnet. Dabei wurde ein Modell der Absorberstruktur mit geschichteten planaren Schichten angenommen, die äquidistant mit einer ausreichend kleinen Schichtdicke modelliert wurden. Als Schichtdicke wurde beispielsweise λ₀/20 gewählt, wobei λ₀ beispielsweise die Wellenlänge bei einer Frequenz von 76,5 GHz ist. In dem Modell wurde der Verlauf der effektiven Permittivität _εi jeder Schicht i optimiert. Dabei ist die effektive Permittivität _εeff einer Mischung zweier Stoffe gegeben durch: $ε_{e f f} = {(v_{c} ε_{c}^{\frac{1}{3}} + v_{i} ε_{i}^{\frac{1}{3}})}^{3}$
Dabei bezeichnet _εeff die effektive Permittivität des Gemisches; v_c den Volumenanteil des Hintergrundmaterials, in diesem Falle Luft; ε_c die Permittivität des Hintergrundmaterials; vi den Volumenanteil des eingebrachten Materials, in diesem Falls des Kunststoffmaterials der Absorberstruktur; und _εi die Permittivität des eingebrachten Materials.
Setzt man nun für das Hintergrundmaterial Luft ε_c = 1, und v_c = 1 - v_i sowie ε_i = ε_t,w für den verwendeten, verlustbehafteten Kunststoff, so ergibt sich für das Querschnittsflächen-Füllverhältnis a(z) = v_i(z) und den z-abhängigen Verlauf ε_r(z) der relativen Permittivität der Zusammenhang: $α (z) = \frac{\sqrt[a]{ε_{r} (z)} - 1}{\sqrt[a]{ε_{r, W}} - 1}$
In 3 sind sowohl die Höhe h als auch der entsprechende Wert z des Modells dargestellt. z = 0 bezeichnet die Spitze der theoretisch optimalen Struktur des Absorberelements.
Der Zylinderabschnitt 18 ermöglicht es, oberhalb des Fußes 20 bei möglichst großer radialer Breite des Absorberelements 12 eine notwendige Höhe zu erreichen. Würde hier bereits eine konische Form gewählt, so würde eine Annäherung an den optimalen Flächenfüllverlauf a(z) erst bei deutlich größerer Höhe h und somit geringerer Flächenfüllung erreicht.
Für eine kreisförmige Form ergibt sich dann als Zusammenhang zwischen dem Radius r und dem Querschnittsflächen-Füllverhältnis a(z): $r = r_{m a x} \sqrt{α (z)} .$
Im Beispiel der hexagonalen Anordnung der Absorberelemente 12, die eine rotationssymmetrische Grundform haben, wurde rmax = 1,47 mm gewählt.
Das verwendete Material der Absorberstruktur ist unter der Bezeichnung „Witcom PA“ von der Firma Witcom, Etten-Leur, Niederlande erhältlich und hat eine relative Perm ittiviät ε_r = 10,8 und einen dielektrischen Verlustfaktor tanδ = 0,19.
4 zeigt schematisch einen Graphen eines sich aus einer Simulation ergebenden Reflexionskoeffizienten R der Absorberstruktur in Abhängigkeit des Einfallswinkels θ der Radarwellen, bezogen auf senkrechte Einstrahlung bei einem Winkel von θ = 0°. Der Reflexionskoeffizient R stellt das Verhältnis zwischen der Reflexion der Absorberstruktur und der Reflexion eines Vergleichsbeispiels in Form eines plattenförmigen Absorbers aus chloriertem Polyethylen (PEC) dar. Bei senkrechter Einstrahlung ergibt sich ein Reflexionskoeffizient von -19,5 dB. Auch für einen Einfallswinkelbereich von -60° bis +60° werden noch sehr gute Werte des Reflexionskoeffizienten R erreicht.
5 zeigt in einer Darstellung eines Reflexionskoeffizienten R entsprechend 4 die simulierte Reflexion eines anderen Ausführungsbeispiels der Absorberstrurktur. Die Formgebung entspricht dabei dem Beispiel der 3. Als Material wurde jedoch elektrisch leitfähiges Polycarbonat verwendet, welches unter der Bezeichnung Witcom PC-EC im Markt erhältlich ist und eine relative Permittivität ε_r = 12,7 sowie einen dielektrischen Verlustfaktor tanδ = 0,28 hat. Bei senkrechter Einstrahlung ergibt sich ein Reflexionskoeffizient von -22,29 dB. Wiederum werden innerhalb eines Einfallswinkelbereichs von -60° bis +60° sehr gute Werte des Reflexionskoeffizienten R erreicht, bei θ = 45° z.B. R = - 14,31.
Die Materialstärke der Absorberbasis 10 beträgt vorzugsweise wenigstens 1 mm. Die in den 4 und 5 gezeigten Reflexionskoeffizienten wurden jeweils für eine Gesamtdicke der Absorberstruktur von 3,5 mm berechnet, wobei davon 1,11 mm auf die Höhe H der Absorberelemente entfallen. Eine Gesamtstärke von 3,5 mm oder mehr ist hinsichtlich der mechanischen Festigkeit der Absorberstruktur vorteilhaft.
Die beschriebene Formgebung der Ausführungsformen der Absorberstruktur hat den Vorteil, dass sie in definierter Weise in Großserie als Kunststoff-Spritzgusselement gefertigt werden kann, wobei ein definierter Verlauf des Querschnittsflächen-Füllverhältnisses erreicht wird.
Während die beschriebene Absorberstruktur für eine Radarfrequenz von ungefähr 76,5 GHz optimiert wurde, werden im gesamten Bereich des Frequenzbandes von 76 bis 81 GHz vergleichbar gute Absorptionseigenschaften erzielt.
In abgewandelten Ausführungsbeispielen können mehrere gleichartige Absorberelemente 12 auch auf einer Rückseite der Absorberbasis 10 in einem hexagonalen Raster symmetrisch angeordnet sein. Dabei können die Absorberelemente 12 auf beiden Seiten sich gegenüberliegen, oder es kann ein Versatz und/oder eine unterschiedliche Ausrichtung des hexagonalen Rasters vorgesehen sein.
Die in den Beispielen genannten Materialien der Absorberstruktur sind für den Automotive-Bereich geeignet und können insbesondere in einem Temperaturbereich von -40° bis +125° C verwendet werden und haben eine geringe Wasseraufnahme.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 103457035 A [0003]
CN 205355260 U [0004]

Claims

Absorberstruktur zum Absorbieren von Radarwellen im Frequenzband von 76 bis 81 GHz, mit einer Absorberbasis (10) und einer Mehrzahl von auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis (10) von der Absorberbasis vorstehenden Absorberelementen (12), wobei ein jeweiliges Absorberelement (12) eine Gesamthöhe (H) hat, die kleiner als 2,0 mm ist, wobei ein jeweiliges Absorberelement (12) in seinem Verlauf von seinem freien Ende zur Absorberbasis (10) in dieser Reihenfolge eine Kappe (14), einen im wesentlichen konischen Abschnitt (16) und einen Sockelabschnitt (18, 20) aufweist, wobei der Sockelabschnitt (18, 20) einen geraden Abschnitt (18) und einen Fußabschnitt (20) umfasst, wobei der Querschnitt des Absorberelements (12) von dem freien Ende über die Kappe (14) und über den im wesentlichen konischen Abschnitt (16) bis zu einem Beginn des geraden Abschnitts (18) des Sockelabschnitts (18, 20) sich fortschreitend aufweitet, und wobei der Querschnitt des Absorberelements (12) von einem Basis-seitigen Ende des geraden Abschnitts (18) des Sockelabschnitts (18, 20) über den Fußabschnitt (20) bis zur Absorberbasis (10) sich fortschreitend aufweitet.
Absorberstruktur nach Anspruch 1, bei der die auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis (10) von der Absorberbasis (10) vorstehenden Absorberelemente (12) in einem hexagonalen Raster angeordnet sind.
Absorberstruktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Absorberelement (12) an jeder Höhe zwischen der Kappe (14) und der Absorberbasis (10) einen gerundeten Querschnitt hat.
Absorberstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kappe (14) und/oder der im wesentlichen konische Abschnitt (16) des Absorberelements (12) eine rotationssymmetrische Form haben.
Absorberstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kappe (14) des Absorberelements (12) eine Kugelkappe ist.
Absorberstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der im wesentlichen konische Abschnitt (16) des Absorberelements (12) sich an die Kappe (14) anschließt, der gerade Abschnitt (18) des Sockelabschnitts (18, 20) sich an den im wesentlichen konischen Abschnitt (16) anschließt, der Fußabschnitt (20) des Sockelabschnitts sich an den geraden Abschnitt (18) anschließt, und der Fußabschnitt (20) des Sockelabschnitts sich an die Absorberbasis (10) anschließt.
Absorberstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Absorberelemente (12) auf wenigstens einer Seite der Absorberbasis (10) an die Absorberbasis (10) angeformt sind.
Absorberstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der im wesentlichen konische Abschnitt (16) des Absorberelements (12) einen konischen Abschnitt (16a) umfasst, in welchem der Querschnitt des Absorberelements (12) einen Radius (r) aufweist, der mit zunehmendem Abstand des Querschnitts von dem freien Ende des Absorberelements (12) gleichmäßig zunimmt.
Absorberstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Fußabschnitt (20) des Sockelabschnitts (18, 20) des Absorberelements (12) eine Außenkontur aufweist, die im Längsschnitt durch das Absorberelement (12) einen konkaven Verlauf hat.
Absorberstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Absorberelemente (12) aus einem Material gefertigt sind, welches im Frequenzband von 76 bis 81 GHz eine relative Permittivität (ε_r) hat, die wenigstens 9 beträgt und kleiner oder gleich 14 ist, und einen dielektrischen Verlustfaktur (tanδ) hat, der wenigstens 0,1 beträgt und kleiner oder gleich 0,4 ist.