-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlleiterantenne für einen Radarsensor, einen entsprechenden Radarsensor für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, welches einen erfindungsgemäßen Radarsensor aufweist.
-
Technologischer Hintergrund
-
Moderne Fortbewegungsmittel wie Kraftfahrzeuge oder Motorräder werden zunehmend mit Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, welche mit Hilfe von Sensorsystemen die Umgebung erfassen, Verkehrssituationen erkennen und den Fahrer unterstützen können, z. B. durch einen Brems- oder Lenkeingriff oder durch die Ausgabe einer optischen oder akustischen Warnung. Als Sensorsysteme zur Umgebungserfassung werden regelmäßig Radarsensoren, Lidarsensoren, Kamerasensoren oder dergleichen eingesetzt. Aus den durch die Sensoren ermittelten Sensordaten können anschließend Rückschlüsse auf die Umgebung gezogen werden. Die Umgebungserfassung mittels Radarsensoren basiert auf der Aussendung von gebündelten elektromagnetischen Wellen und deren Reflexion, z. B. durch andere Verkehrsteilnehmer, Hindernissen auf der Fahrbahn oder die Randbebauung der Fahrbahn. Die Erfassung von Fußgängern wird oftmals mit Kamerasensoren durchgeführt, jedoch kommen hierbei auch zunehmend Radarsensoren zum Einsatz.
-
Die für Systeme der oben beschriebenen Art eingesetzten Radarsensoren, werden häufig auch in Fusion mit Sensoren anderer Technologie, wie z. B. Kamera- oder Lidarsensoren, verwendet. Radarsensoren haben u. a. den Vorteil, dass sie auch bei schlechten Wetterbedingungen zuverlässig arbeiten und neben dem Abstand von Objekten auch direkt deren radiale Relativgeschwindigkeit über den Dopplereffekt messen können. Als Sendefrequenzen werden dabei in der Regel 24 GHz, 77 GHz und 79 GHz eingesetzt. Durch den zunehmenden funktionalen Umfang solcher Systeme erhöhen sich permanent die Anforderungen, insbesondere an die maximale Detektionsreichweite. Neben der Umgebungserfassung von Kraftfahrzeugen für Systeme der oben beschriebenen Art rückt mittlerweile auch die Innenraumüberwachung von Kraftfahrzeugen in den Fokus, z. B. zur Erkennung, welche Sitze im Fahrzeug belegt sind; dabei werden z. B. Frequenzen im Bereich 60 GHz eingesetzt.
-
Von besonderer Bedeutung ist bei modernen Radarsensoren ist die Ausgestaltung der Antenne bzw. der Antennenarchitektur, wobei die Strahlungscharakteristik der Antenne (d. h. im Wesentlichen Intensität, Feldstärke, Polarisation, Phase, Laufzeitunterschiede und dergleichen) in besonderem Maße beachtet werden muss. Die Strahlungscharakteristik einer Antenne (Intensität, Feldstärke, Polarisation, Phase, Laufzeitunterschiede) lässt sich hierbei grafisch in einem Antennendiagramm darstellen, bei dem es sich um eine Art räumliches Koordinatensystem handelt. Derartige Antennendiagramme können messtechnisch oder durch Simulation erzeugt werden, um die Richtwirkung der Antenne darzustellen. Im Antennendiagramm kann die Richtcharakteristik für verschiedene Richtungen dargestellt werden, z. B. bei einem horizontalen Antennendiagramm meist in Polarkoordinaten mit der Antenne im Mittelpunkt (d. h. eine Art horizontaler Schnitt durch das dreidimensionale Diagramm). Dabei werden Bereiche des Antennendiagramms bzw. Maxima, die durch relative Minima begrenzt werden, gemäß ihrem Erscheinungsbild als sogenannte Keulen bezeichnet werden. Die Hauptkeule („Mainlobe“) ist dabei das globale Maximum und enthält die Hauptstrahlungsrichtung der Antenne. Demgegenüber sind sogenannte Nebenkeulen („Sidelobes“) ausgeprägte lokale Maxima, welche (insbesondere ungewollte) Strahlung in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungsrichtung enthält. Zudem können Rückkeulen, d. h. eine direkt oder in einem weiten Bereich entgegengesetzt zur Hauptkeule angeordnete Nebenkeule, oder Gitterkeulen, d. h. periodisch auftretende starke Nebenkeulen, vorkommen. Da durch Nebenkeulen ungewollte Strahlungseffekte entstehen, besteht ein besonderes Interesse, derartige Nebenkeulen zu minimieren oder zu unterdrücken.
-
In modernen Radarsensoren werden oftmals sogenannte Wellenleiterantennen bzw. Hohlleiterantennen (Wave-Guide-Antenna) eingesetzt. Hierbei kommen überwiegend Schlitzstrahler und Hornstrahler zum Einsatz, bei denen die einzelnen Strahlerelemente (Schlitzstrahler/Hörner oder dergleichen) meist eine Entformschräge aufweisen (z. B. in Pyramidenform oder konisch), die bei den Strahlerelementen überwiegend gleichermaßen realisiert ist. Diese Antennen weißen Nebenkeulen (Sidelobes) überwiegend in größeren Elevationswinkeln von bis zu MBD - 10dB auf. Im Einbauort im Fahrzeug kann es jedoch zu Reflexionen kommen, wodurch die Antenne einen Einstrahlwinkel durch Mehrwegeempfang bei höheren Elevationswinkeln erfährt. Dies ist beispielsweise ein ungewollter Strahlungseffekt, da dieser Winkelbereich nicht Teil der Signalverarbeitung ist und sich somit als störendes Rauschen sich dem eigentlichen Signal überlagert. Infolgedessen sinkt das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise-Ratio bzw. SNR) und der Antennengewinn wird verschlechtert. Unter dem Antennengewinn wird in der Regel die Richtwirkung und der Wirkungsgrad einer Antenne zusammengefasst, wobei dieser das Verhältnis der (in Hauptrichtung) abgegebenen oder aufgenommenen Strahlungsleistungsdichte einer Antenne und einer idealisierten, verlustlosen Bezugsantenne gleicher Antennenspeiseleistung, d. h. beispielsweise einen Antennengewinn von 0 dB hat, angibt. Der Antennengewinn (in dB) kann dabei als Funktion des Winkels, unter dem die Radarstrahlung emittiert bzw. empfangen wird, angegeben werden.
-
Bei dem Wellenleiter bzw. den einzelnen Strahlerelementen stehen elektrisches und magnetisches Feld bei elektromagnetischen Wellen immer senkrecht aufeinander. Die Zustände des Wellenleiters bzw. Hohlleiters können dabei als Schwingungsmoden bezeichnet werden, wobei unter H-Moden verstanden wird, wenn dabei das elektrische Feld senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen steht und von E-Moden, wenn das magnetische Feld senkrecht zur Ausbreitungsrichtung elektromagnetischen Wellen steht. Die E-Ebene ist dabei, wie auch die sogenannte H-Ebene, eine Referenzebene für linear polarisierte Wellenleiter, Antennen und dergleichen. Die E-Ebene ist bei einer linear polarisierten Antenne die Ebene, die den elektrischen Feldvektor (auch als E-Apertur bezeichnet) und die Richtung der maximalen Strahlung enthält. Das elektrische Feld oder die E-Ebene bestimmt hierbei die Polarisation oder Ausrichtung der Radiowelle. Bei einer vertikal polarisierten Antenne stimmt die E-Ebene in der Regel mit der Vertikal-/Höhenebene überein. Bei einer horizontal polarisierten Antenne stimmt die E-Ebene in der Regel mit der horizontalen/azimutalen Ebene überein. E-Ebene und H-Ebene sollten jedoch stets 90 Grad voneinander entfernt sein bzw. senkrecht zueinander angeordnet sein. Die H-Ebene ist bei einer linear polarisierten Antenne die Ebene, die den Magnetfeldvektor (manchmal auch H-Apertur genannt) und die Richtung der maximalen Strahlung enthält. Das Magnetisierungsfeld oder die H-Ebene liegt im rechten Winkel zur E-Ebene. Bei einer vertikal polarisierten Antenne fällt die H-Ebene in der Regel mit der horizontalen/azimutalen Ebene zusammen. Bei einer horizontal polarisierten Antenne fällt die H-Ebene in der Regel mit der Vertikal-/Höhenebene zusammen.
-
Druckschriftlicher Stand der Technik
-
Aus der
DE 10 2010 041 438 A1 ist ein Antennensystem für Radarsensoren bekannt, welches verlustarm arbeitet und eine wirksame Unterdrückung von Nebenkeulen ermöglicht, indem das Antennensystem eine Gruppenantenne mit mindestens zwei parallel zueinander verlaufenden Antennenspalten aufweist, wobei die Antennenspalten an einem Ende über eine Umwegleitung miteinander verbunden sind, deren Länge derart bemessen ist, dass die Antennenspalten insgesamt miteinander in Phase sind. Die Gruppenantenne weist hierzu eine Speiseleitung auf, in die mehrere als Patches ausgebildete Antennenelemente integriert sind, und bildet zwei parallele, in Einbaustellung vertikal verlaufende Antennenspalten, die an einem Ende durch die Umwegleitung miteinander verbunden sind.
-
Ferner ist aus
EP 3 336 575 B1 ein Radarsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem Radom, einer Leiterplatte und mit zumindest einem Antennenelement bekannt, wobei das Antennenelement einen dielektrischen Resonator umfasst, der durch einen Teil des Radoms gebildet ist, und eine Schlitzantenne zum Speisen von gerade, quadratisch ausgebildeten dielektrischen Resonatoren bzw. Antennenelementen aufweist. Die Schlitzantenne ist dabei in der Leiterplatte ausgebildet. Insbesondere kann der Radarsensor auch eine Mehrzahl von Antennenelementen aufweisen, welche in einem sogenannten Array entlang einer Linie angeordnet sind, wodurch der Antennengewinn erhöht und das Abstrahlverhalten in der Elevationsrichtung gebündelt werden kann. Ferner wird durch diese Ausgestaltung eine hohe Nebenkeulenunterdrückung in Elevationsrichtung erreicht.
-
Darüber hinaus offenbart
DE 11 2017 001 257 T5 ein Antennen-Array, das ein leitendes Bauglied mit ersten und zweiten Schlitzen aufweist, die zueinander benachbart sind. Die leitende Oberfläche auf einer Vorderseite des leitenden Bauglieds ist derart geformt, dass erste und zweite Hörner bestimmt sind, die jeweils mit den ersten und zweiten Schlitzen kommunizieren. Die jeweiligen E-Ebenen der Schlitze liegen auf derselben Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind. In einem Querschnitt der E-Ebene des ersten Horns ist eine Länge von einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante des ersten Schlitzes zu einer von zwei Überschneidungen zwischen der E-Ebene und einer Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns länger als eine Länge von der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante des ersten Schlitzes zu der anderen Überschneidung zwischen der E-Ebene und der Kante der Apertur-Ebene des ersten Horns, wobei die Längen sich entlang einer inneren Wandfläche des ersten Horns erstrecken. Dementsprechend sind die vertikal polarisierten Strahler bzw. Hörner im Querschnitt der E-Ebene unsymmetrisch bzw. können eine Verkippung aufweisen, um eine Unterdrückung der Nebenkeulen zu erzielen.
-
Ferner beschreiben Moradian et al. in „Planar Slotted Array Antenna Fed by Single Wiggly-Ridge Waveguide" (IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 10, 2011) ein planares Antennen-Array mit zentrierten Längsschlitzen, die von einem einzigen schlangenlinienförmigen Wellenleiter gespeist werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
-
Ausgehend vom Stand der Technik besteht nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Hohlleiterantenne und einen gattungsgemäßen Radarsensor zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Verbesserung des Antennengewinns bzw. Einzelstrahlergewinns in einfacher und kostengünstiger Weise erzielt werden kann.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
-
Die erfindungsgemäße Hohlleiterantenne ist insbesondere für einen Radarsensor, z. B. im Bereich von Automotive Radarsensoren, vorgesehen und umfasst mindestens zwei nebeneinander angeordnete Strahlerelemente, die zusammen eine Einzelstrahler-Charakteristik bilden können und zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen bzw. HF-Signalen dienen. Ferner weist jeweils ein Strahlerelement eine umgebende Wandung auf, durch die ein Hohlraum im Inneren gebildet wird, wobei durch den Hohlraum eine Mittelachse bzw. Mittenachse verläuft. Die Mittelachse ist dabei die mittlere, in der Mitte des Strahlerelements (senkrecht) liegende Achse, welche gleichzeitig eine Symmetrieachse darstellt, d. h. eine Mittellinie, um die der Körper bzw. die Wandung des Strahlerelements drehsymmetrisch angeordnet ist. Als drehsymmetrisch iSd Erfindung wird dabei verstanden, dass das Strahlerelement (in Draufsicht) bei einer Drehung um einen bestimmten Drehwinkel kleiner als 360° bzw. kleiner/gleich 180° auf sich selbst abgebildet werden kann, d. h. im Schnittbild unverändert ist. Sofern der Körper bzw. das Strahlerelement (in Draufsicht) nur symmetrisch bezüglich Drehungen um 360° ist, wird dies iSd Erfindung nicht als drehsymmetrisch verstanden. Ferner weist die Wandung von zumindest einem der Strahlerelemente im Querschnitt der H-Ebene in Bezug zur Mittelachse des Strahlerelements eine Verkippung auf, d. h. das Strahlerelement ist zum Phasenzentrum der Holleiterantenne verkippt. Unter dem Begriff Verkippung ist hierbei zu verstehen, dass die Wandung des Strahlerelements zumindest auf einer Seite (bzw. teilweise) in Schräglage versetzt oder eine bestehende Schräglage verstärkt wird, so dass sich das Strahlerelement (insbesondere im Querschnitt) neigt (bzw. mehr neigt). Das verkippte Strahlerelement ist dabei durch die Verkippung in Bezug auf die ursprüngliche Mittelachse (d. h. die Mittelachse des Strahlerelements ohne Verkippung), insbesondere in Draufsicht, nicht mehr drehsymmetrisch. Durch die erfindungsgemäße Verkippung der Strahlerelemente im Querschnitt der H-Ebene entsteht ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis, da der Gewinn in höheren Elevationswinkeln gesenkt wird. Der Sensor ist damit weniger störanfällig. Ferner kann somit eine Verbesserung des Antennengewinns bzw. Einzelstrahlergewinns erzielt werden. In einfacher Weise kann dies bereits mit einer kleinen Anzahl von Strahlerelementen erreicht werden. In überraschender Weise hat sich dabei gezeigt, dass eine Verkippung im Querschnitt der H-Ebene durchführbar ist, insbesondere auch ohne eine Verkippung der Strahlerelemente im Querschnitt der E-Ebene vorzusehen, da die Strahlerelemente im Querschnitt der E-Ebene symmetrisch sind und somit keine Verkippung aufweisen. Durch die Verkippung der Strahlerelemente im Querschnitt der H-Ebene können nicht nur die Hauptkeulen verbessert und die Nebenkeulen reduziert bzw. verringert oder unterdrückt werden, sondern es kann auch die Charakteristik zwischen Haupt- und Nebenkeulen beeinflusst werden, was zu einer homogeneren Verteilung der abgestrahlten oder empfangenen Leistung führt und anwendungsspezifisch (z. B. im Lang- oder Nahbereichsradar) für die folgende Signalverarbeitung eingestellt werden und/oder vorteilhaft sein kann.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es sich bei der Hohlleiterantenne um eine Schlitzantenne, eine Hornantenne oder eine OEWG-Antenne (Open Ended Wave Guide Antenna) handeln, wobei die Einzelstrahler bzw. Strahlerelemente an Öffnungen oder Schlitzen der Antenne angeordnet sind.
-
Zweckmäßigerweise können die Strahlerelemente im Querschnitt der H-Ebene in Bezug auf die Mitte der Hohlleiterantenne symmetrisch verkippt werden. Beispielsweise können die Strahlerelemente beidseitig der Mitte der Hohlleiterantenne auf die Mitte der Hohlleiterantenne zu gekippt oder beidseitig der Mitte der Hohlleiterantenne von der Mitte der Hohlleiterantenne weg gekippt sein. Dadurch kann der Antennengewinn noch zusätzlich verbessert werden. Alternativ können die Strahlerelemente bzw. einige der Strahlerelemente auch ohne bestimmte Symmetrie oder Ausrichtung in Bezug aufeinander (d. h. zufällig bzw. pseudzufällig) angeordnet/orientiert werden.
-
Ferner können die verkippten Strahlerelemente im Querschnitt der H-Ebene in Bezug auf die Mitte der Hohlleiterantenne symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, verkippt sein (d. h. die einzelnen Strahlerelemente sind zwar unsymmetrisch im Querschnitt der H-Ebene, jedoch sind beispielsweise alle Strahlerelemente auf einer Seite der Hohlleiterantenne gleichartig in die gleiche Richtung verkippt).
-
Vorzugsweise sind die verkippten Strahlerelemente im Querschnitt der H-Ebene dabei beidseitig der Mitte der Hohlleiterantenne auf die Mitte der Hohlleiterantenne zu gekippt oder beidseitig der Mitte der Hohlleiterantenne von der Mitte der Hohlleiterantenne weg gekippt. Durch die einzelnen Ausgestaltungen der Verkippungen lässt sich die Nebenkeulenunterdrückung und der Antennengewinn noch zusätzlich steigern.
-
Alternativ können auch alle verkippten Strahlerelemente im Querschnitt der H-Ebene in die gleiche Richtung verkippt sein, wodurch sich eine besondere Abstrahlcharakteristik bei erhöhtem Antennengewinn erzielen lässt.
-
Vorzugsweise können die Strahlerelemente auch im Querschnitt der H-Ebene mit dem gleichen Kippwinkel (der zwischen der verkippten Wandung und der Ebene der Antenne angeordnet ist) verkippt sein. Alternativ können diese auch nur teilweise einen gleichen Kippwinkel oder unterschiedliche Kippwinkel aufweisen.
-
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Strahlerelemente eine einseitig aufweitende Form, insbesondere eine in Senderichtung (d. h. von der Antenne wegwärts) konisch oder pyramidal aufweitende Form, oder eine gerade Form aufweisen.
-
Zweckmäßigerweise können die Strahlerelemente derart angeordnet sein, dass deren Mittelachsen entlang einer gebogenen, insbesondere schlangenförmigen, Linie angeordnet sind, d. h. die einzelnen Schlitze können hierbei unterschiedlich groß sein und sind seitlich relativ zueinander verschoben. Alternativ können die Schlitze bzw. die Mittelachsen der Strahlerelemente auch auf einer geraden Linie angeordnet sein. Überraschenderweise lässt sich durch die spezielle Anordnung der Strahlerelemente entlang einer gebogenen Linie die Nebenkeulenunterdrückung noch zusätzlich verbessern.
-
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung einen Radarsensor, insbesondere zur Objekterkennung für ein Fahrzeug, mit einem Hochfrequenzbauteil zum Erzeugen und/oder Empfangen von HF-Signalen bzw. Radarsignalen und einer erfindungsgemäßen Hohlleiterantenne zum Ein- und/oder Auskoppeln der Radarsignale bzw. HF-Signale.
-
Zudem beansprucht die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug bzw. Fahrzeug, welches einen erfindungsgemäßen Radarsensor aufweist.
-
Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zweckmäßigen Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
-
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Hohlleiterantenne im Querschnitt der H-Ebene nach dem Stand der Technik;
- 2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hohlleiterantenne im Querschnitt der H-Ebene;
- 3 eine vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hohlleiterantenne im Querschnitt der H-Ebene;
- 4 eine vereinfachte schematische Draufsicht-Darstellung der Ausgestaltung der Hohlleiterantenne gemäß dem Stand der Technik aus 1;
- 5 eine vereinfachte schematische Draufsicht-Darstellung der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hohlleiterantenne aus 2;
- 6 eine vereinfachte schematische Draufsicht-Darstellung der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hohlleiterantenne aus 3;
- 7 eine vereinfachte Darstellung des sich in Elevation ergebenden Antennengewinns der Hohlleiterantenne aus 2 (durchgehende Linie) und der Hohlleiterantenne aus 1 (gestrichelte Linie) [Frequenz 78,5 GHz; θ = 90°];
- 8 eine vereinfachte Darstellung des sich in Azimut ergebenden Antennengewinns der Hohlleiterantenne aus 2 (durchgehende Linie) und der Hohlleiterantenne aus 1 (gestrichelte Linie) [Frequenz 78,5 GHz; φ = 90°];
- 9A eine vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hohlleiterantenne in Draufsicht und im Querschnitt entlang der Sektion A-A (H-Ebene) und der Sektion C-C (E-Ebene);
- 9B eine vereinfachte schematische Darstellung der Hohlleiterantenne aus 9A in Seitenansicht und der Strahlerelemente in Draufsicht entlang der Sektion B-B;
- 10 eine vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hohlleiterantenne in Draufsicht (links) und in Seitenansicht und der Strahlerelemente, die derart angeordnet sind, dass deren Mittelachsen entlang einer gebogenen Linie angeordnet sind, in Draufsicht entlang der Sektion B-B, sowie
- 11 eine vereinfachte Darstellung einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges.
-
In 1 ist eine Holleiterantenne 10 für einen Radarsensor gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt der H-Ebene dargestellt. Die Holleiterantenne 10 umfasst vier Schlitzstrahler bzw. Strahlerelemente 11, die in einer Reihe angeordnet sind. Die vier Strahlerelemente 11 weisen jeweils eine symmetrische Öffnungsschräge der vier Schlitzstrahler auf. Ferner bezeichnet MA die Mittellinie, welche jeweils die in der Mitte des Strahlerelements 11 liegende Achse bzw. die Symmetrieachse darstellt, um die der Körper bzw. die Wandung des Strahlerelement 11 drehsymmetrisch mit dem Drehwinkel 180° ist.
-
In 2 ist eine erfindungsgemäße Holleiterantenne 1 für einen Radarsensor im Querschnitt der H-Ebene dargestellt. Die Holleiterantenne 1 umfasst vier Schlitzstrahler bzw. Strahlerelemente 2, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Strahlerelemente 2 weisen hierbei eine pyramidal aufweitende Form auf, welche eine rechteckige Grundfläche aufweist. Alternativ kann der Strahler auch gerade (ohne Aufweitung) ausgestaltet sein oder sich z. B. konisch oder andersartig aufweiten. Zudem kann die Grundfläche auch eine andere Form umfassen, z. B. rund, quadratisch oder andersartige Vieleckform. Ferner kann auch eine andere Anzahl an Einzelstrahlern bzw. Strahlerelementen vorgesehen sein, mindestens jedoch zwei. Der Hohlleiter 1 wird dabei zentral gespeist, wobei der horizontale Holleiter in dieser Darstellung eine Sinusform aufweist. Es kann jedoch auch eine andere Art der Speisung erfolgen, wie beispielsweise Endgespeist bzw. „Endfed“ oder über ein Verteilnetzwerk („power divider“), da das Konzept von der Einspeiseart der Einzelstrahler und der Art des Hohlleiters weitestgehend unabhängig ist.
-
Im Gegensatz zur Ausgestaltung nach 1 sind in 2 die vier oberen Schlitze der Strahlerelemente 2 zum Phasenzentrum der Holleiterantenne 1 verkippt. Die Verkippung in 2 ist dabei spiegelsymmetrisch (d. h. beidseitig der Mitte der Hohlleiterantenne auf die Mitte der Hohlleiterantenne zu gekippt), diese kann jedoch auch pro Einzelstrahler bzw. Strahlerelement 2 separat, d. h. mit unterschiedlicher Verkippung, eingestellt werden, um eine weitere Verbesserung zu erreichen, wie in 3 gezeigt.
-
In 4 ist eine Draufsicht der Hohlleiterantenne 10 aus 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt, wobei die Strahlerelemente 11 drehsymmetrisch mit einem Drehwinkel von 180° ist. In 5 und 6 sind Draufsichten der Holleiterantennen 1 der 2 und 3 gezeigt. Hierbei ist zumindest eines der Strahlerelemente 2 in Draufsicht nur symmetrisch bezüglich Drehungen um 360°, d. h. nicht drehsymmetrisch in Bezug auf die ursprüngliche Mittelachse MA, wobei die Wandung der nicht drehsymmetrischen Strahlerelemente 2 in Bezug zur ursprünglichen Mittelachse MA bzw. Mittellinie des Strahlerelements 2 eine Verkippung aufweisen, d. h. das Strahlerelement 2 ist hierbei jeweils zum Phasenzentrum der Holleiterantenne 1 verkippt. Das verkippte Strahlerelement 2 ist dabei durch die Verkippung in Bezug auf die ursprüngliche Mittelachse MA (insbesondere in Draufsicht) nicht mehr drehsymmetrisch. Durch die erfindungsgemäße Verkippung der Strahlerelemente 2 entsteht ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis, da der Gewinn in höheren Elevationswinkeln gesenkt wird. In 5 und 6 sind die Mittelachsen MA der Strahlerelemente auf einer geraden Linie angeordnet.
-
In 7 und 8 ist der sich in Elevation und Azimut ergebende Antennengewinn der Hohlleiterantenne 1 aus 2 (durchgehende Linie) und der Hohlleiterantenne 10 aus 1 (gestrichelte Linie) dargestellt, wodurch deutlich wird, wie sich der Effekt der Verkippung der Strahlerelemente 2 auswirkt und die Nebenkeulen, wie in 8 anhand des Vergleichs zwischen Hohlleiterantenne 1 und Hohlleiterantenne 10 in besonderem Maße reduziert werden können.
-
In 9A und 9B ist eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung mit drei Strahlerelementen 2 gezeigt, wobei 9A eine Draufsicht (rechts oben) zeigt, wodurch die Anordnung der einzelnen Strahlerelemente 2 verdeutlicht wird. Der Querschnitt entlang der Sektion A-A (links oben) zeigt dabei den Querschnitt der H-Ebene und der Querschnitt entlang der Sektion C-C zeigt (rechts unten) dabei den Querschnitt der E-Ebene durch eines der Strahlerelemente 2. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass die Strahlerelemente 2 im Querschnitt der H-Ebene eine Unsymmetrie aufweisen, d. h. dass eine Wandung des Strahlerelements 2 im Vergleich zur gegenüberliegenden Wandung des Strahlerelements 2 verkippt ist, während im Querschnitt der E-Ebene keine Verkippung vorliegt. In gleicher Weise zeigt sich dies auch in der Seitenansicht, wie in 9B, Sektion B-B (links) und der Draufsicht auf die Strahlerelemente 2 in entlang der Sektion B-B (rechts) gezeigt. Zweckmäßigerweise sind die Mittelachsen MA der einzelnen Strahlerelemente 2 entlang einer geraden Linie angeordnet, die z. B. der Linie A-A in der Draufsicht 9A (rechts) bzw. der Linie B-B in der Draufsicht 9B (rechts) entspricht.
-
Ferner ist in 10 eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Holleiterantenne mit drei Strahlerelementen 2 gezeigt, wobei die Strahlerelemente 2 derart seitlich zueinander versetzt angeordnet sind, dass deren Mittelachsen MA entlang einer gebogenen Linie (gepunktet angedeutet) angeordnet sind.
-
In 11 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 3 gezeigt, welches einen erfindungsgemäßen Radarsensor 4 aufweist. Bezugsziffer 5 in 6 bezeichnet eine Steuereinrichtung (ECU, Electronic Control Unit oder ADCU, Assisted and Automated Driving Control Unit), durch die eine Sensorsteuerung, Sensordatenfusion, Umfeld- und/oder Objekterkennung, Trajektorienplanung und/oder Fahrzeugsteuerung insbesondere (teil-) autonom erfolgen kann. Zur Fahrzeugsteuerung kann die Steuereinrichtung 5 auf verschiedenen Aktoren (Lenkung 6a, Motor 6b, Bremse 6c) zugreifen. Ferner weist das Fahrzeug 1 zur Umfelderfassung neben dem Radarsensor 4 noch weitere Sensoren auf (Lidarsensor 7, Kamera 8 sowie Ultraschallsensoren 9a-9d) auf. In vorteilhafter Weise können die Sensordaten zur Umfeld- und Objekterkennung genutzt werden, sodass verschiedene Assistenzfunktionen, wie z. B. Notbremsassistent (EBA, Emergency Brake Assist), Abstandsfolgeregelung (ACC, Adaptive Cruise Control), Spurhalteregelung bzw. ein Spurhalteassistent (LKA, Lane Keep Assist) oder dergleichen, realisiert werden können. Ferner kann die Ausführung der Assistenzfunktionen ebenfalls über die Steuereinrichtung 5 oder eine andere, dafür vorgesehene Steuereinheit erfolgen.
-
Zusammenfassend offenbart die vorliegende Erfindung eine Wellenleiteranordnung bzw. eine Hohlleiterantenne, die aus einer Vielzahl von Schlitzen besteht, die von einer zugrunde liegenden Wellenleiterstruktur (die z. B. ein rechteckiger Hohlleiter, ein geriffelter Hohlleiter oder ein EBG-Hohlleiter sein kann) gespeist werden, die mit einer Vielzahl von Strahlerelementen oder Hörnern oder mehreren offenen Hohlleiterantennen verbunden sind. Die einzelnen Schlitze können hierbei unterschiedlich groß sein und entweder auf einer einzigen Linie ausgerichtet sein oder seitlich relativ zueinander verschoben sein. Die X- und Y-Abmessungen der einzelnen Schlitze können sich begrenzt annähern, indem die Polarisation der Antenne nicht verändert oder gefährdet wird. Die Hörner/Antennen mit offenem Hohlleiter sind hierbei symmetrisch in der E-Ebene (E-Ebene ist die Ebene parallel zum elektrischen Feld), während sie in der H-Ebene unsymmetrisch sind (H-Ebene ist die Ebene parallel zum H-Feld). Ferner können die jeweiligen H-Ebenen der Schlitze bzw. Strahlerelemente auf derselben Ebene oder auf einer Vielzahl von Ebenen liegen, die zueinander im Wesentlichen parallel sind, was sich sehr vorteilhaft auf den Antennengewinn auswirken kann.
-
BEZUGSZEICHENLISTE
-
- 1
- Hohlleiterantenne
- 2
- Strahlerelement
- 3
- Fahrzeug
- 4
- Radarsensor
- 5
- Steuereinrichtung
- 6a
- Lenkung
- 6b
- Motor
- 6c
- Bremse
- 7
- Lidarsensor
- 8
- Kamera
- 9a-9d
- Ultraschallsensor
- 10
- Hohlleiterantenne (Stand der Technik)
- 11
- Strahlerelement
- MA
- Mittelachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010041438 A1 [0007]
- EP 3336575 B1 [0008]
- DE 112017001257 T5 [0009]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Moradian et al. in „Planar Slotted Array Antenna Fed by Single Wiggly-Ridge Waveguide“ (IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 10, 2011 [0010]
