DE19736089C1 - Metallplattenlinse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metallplattenlinse zur Fokussierung oder Streuung elektromagnetischer Wellen. Solche Metallplattenlinsen sind im Stand der Technik an sich bekannt. Als Beispiel für eine Beschreibung von Metall­ plattenlinsen sei hier das Buch "Antennas" von John D. Kraus, 2. Ausgabe, erschienen im McGraw-Hill Verlag, Seite 673 bis 684 genannt. Der den Metallplattenlinsen zugrunde­ liegende Gedanke besteht darin, daß durch hohlleiterartige Kanäle, die durch einzelne Metallplatten gebildet werden, eine Laufzeit der elektromagnetischen Wellen beeinflußt wird. Innerhalb der Hohlleiterkanäle pflanzt sich die elektromagnetische Welle langsamer fort als außerhalb. Dieses Verhalten entspricht dem einer elektromagnetischen Welle, die sich in einem Dielektrikum ausbreitet. Auch dabei ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb des Dielektri­ kums geringer als außerhalb des Dielektrikums. Aufgrund dieser Analogie werden Metallplattenlinsen auch als Linsen aus einem "künstlichen dielektrischen Material" bezeichnet. Eine charakterisierende Bezeichnung für eine Linse aus einem "echten" dielektrische Material lautet Vollkörperlinse. Hin­ sichtlich der Formgebung von Metallplattenlinsen, beispiels­ weise konkav oder konvex, gelten vergleichbare Gesetze wie bei Vollkörperlinsen. Im Gegensatz zu diesen bieten Metall­ plattenlinsen jedoch noch zahlreiche weitere Gestaltungs­ möglichkeiten. So kann die Wirkung einer beispielsweise konkaven Linse auch mit einer Metallplattenlinse erreicht werden, die zwei zueinander parallele, ebene Oberflächen besitzt, indem die Abstände der einzelnen Metallplatten zueinander variiert werden. Auch die Ausrichtung der einzel­ nen Metallplatten im Bezug auf die E- oder H-Komponente der beeinflußten elektromagnetischen Wellen bietet einen Frei­ heitsgrad bei der Gestaltung von Metallplattenlinsen. Für eine weitergehende Erläuterung hinsichtlich der Funktions­ weise und Dimensionierung von Metallplattenlinsen sei noch­ mals auf das Buch von Kraus verwiesen.

Antennenanordnungen unter Verwendung von Linsen als fokus­ sierendem Element werden seit einiger Zeit bevorzugt bei Kraftfahrzeug-Radarsystemen verwendet. Ein solches Kraft­ fahrzeug-Radarsystem mit einer Linsenantenne ist beispiels­ weise in der EP 0 498 524 A2 beschrieben. Für diese Anwen­ dung wurden jedoch bisher ausschließlich Vollkörperlinsen verwendet. Ein Problem, das sich aus den besonderen Einsatz­ bedingungen beispielsweise im Rahmen einer Abstandswarnung oder automatischen Abstandsregelung eines solchen Radar­ systems an einem Kraftfahrzeug ergibt, stellt die Ablagerung von Belägen, insbesondere von Schnee oder Schneematsch auf der Linse dar. Durch solche Beläge werden durch die Linse hindurchtretende elektromagnetische Wellen wesentlich ge­ dämpft, was letztendlich sogar zum Totalausfall des Radar­ systems führen kann.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 196 44 164.1-35 ist ein Kraftfahrzeug-Radarsystem beschrieben, bei dem eine dielektrische Antennenlinse eine Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen aufweist. Neben anderen, auch kombiniert miteinander nutzbaren Verwendungen wird hier vorgeschlagen, die Antennenlinse mittels eines Heizstromes, der durch die elektrisch leitfähigen Bahnen fließt, zu beheizen. Mit einer solchen Anordnung kann ver­ hindert werden, daß sich Beläge wie Schnee oder Schneematsch auf der Antennenlinse ablagern. Es hat sich nun gezeigt, daß es herstellungstechnisch relativ aufwendig ist, eine Voll­ körperlinse, deren Hauptfunktion in der Fokussierung oder Streuung elektromagnetischer Wellen besteht, derart mit einer Anordnung elektrisch leitfähiger Bahnen zu versehen, daß einerseits die gewünschte fokussierende Wirkung auf die elektromagnetischen Wellen nicht beeinträchtigt wird und andererseits eine ausreichende Heizleistung erreicht wird. Auch ist das Herstellungsverfahren, insbesondere ein Ein­ bringen der elektrisch leitfähigen Bahnen in eine dielek­ trische Linse aufwendig und damit ein nicht zu vernach­ lässigender Kostenfaktor.

Aus der DE-OS 25 51 366 ist ein Radom bekannt, bei dem zur Beheizung und damit als Schutz vor Vereisungsgefahr minde­ stens ein elektrisches Heizelement vorgesehen ist, welches möglichst dicht unter der äußeren Radomoberfläche im Radom­ material selbst eingebettet ist. Da das Radom jedoch defini­ tionsgemäß keine fokussierende Wirkung auf hindurchtretende elektromagnetische Wellen besitzt, sind die Anforderungen an den Herstellungsvorgang und an die Dimensionierung der Heiz­ leiter wesentlich geringer als bei einer beheizbaren Linse. Die Verwendung eines solchen Radoms zusätzlich zu einer fokussierenden Linse bedeutet jedoch ein zusätzliches Bau­ element, was aus diesem Grund die Herstellungskosten und den Herstellungsaufwand eines Kraftfahrzeug-Radarsystems erhöhen würde.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hinsichtlich der oben genannten Schwierigkeiten verbesserte Antennenlinse anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Metallplattenlinse gelöst, bei der wenigstens eine der Metallplatten eine Kontaktierung aufweist, mittels der ihr ein Heizstrom zuführbar ist. Vorzugsweise ist die genannte Metallplatte mit weiteren Metallplatten der Linse elektrisch leitfähig verbunden, so daß ein zugeführter Heizstrom auch die weiteren Metallplatten durchfließt. Die genannte Metall­ platte und die weiteren Metallplatten können seriell, parallel oder besonders vorteilhafterweise auch in einer schaltbaren Kombination miteinander verbunden sein.

Die erfindungsgemäße Linse wird bevorzugt bei einem Kraft­ fahrzeug-Radarsystem eingesetzt, jedoch ist ihre Anwendung keineswegs allein hierauf beschränkt. Soll die Antennenlinse gleichzeitig auch zur witterungsfesten Abdeckung des eigent­ lichen Kraftfahrzeug-Radarsystems dienen, ist der Raum zwischen den Metallplatten der Metallplattenlinse vorteil­ hafterweise mit einem festen oder geschäumten Dielektrikum gefüllt. Herstellungstechnisch kann dies entweder durch ein Umspritzen eines bereits dimensionierten Metallplattenpake­ tes oder durch ein Zusammenkleben von metallisierten Kunst­ stoffplatten geeigneter Dicke erreicht werden.

Zur Erhöhung der Heizleistung weisen die Metallplatten, denen ein Heizstrom zuführbar ist, vorteilhafterweise wenig­ stens teilweise einen Bereich auf, der einen gegenüber Kupfer erhöhten spezifischen ohmschen Widerstand besitzt. Dieser erhöhte spezifische ohmsche Widerstand erhöht die Verlustleistung, was sich in einer höheren Heizleistung und damit in einer stärkeren Erwärmung der Antennenlinse aus­ wirkt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Metallplattenlinse sogenannte Fresnelstufen auf. Diese sind im Stand der Technik zur Einsparung von Material und damit zur Verringerung des Gewichts der Antennenlinse be­ kannt. Sie besitzen hier jedoch den weiteren Vorteil, daß die der Linse zugeführte Heizleistung sich homogener auf der gesamten Metallplattenlinse verteilt und somit nicht einzel­ ne überhitzte Bereiche und andererseits weniger aufgeheizte Bereiche nebeneinander existieren.

Vorteil der erfindungsgemäßen Antennenlinse ist, daß das Einbringen von beheizbaren Leiterstrukturen in die Antennen­ linse wesentlich einfacher zu realisieren ist als bei einer Vollkörperlinse. Außerdem entfällt das Problem, die "stören­ den Heizleiter" bei der Dimensionierung der Antennenlinse zu berücksichtigen. Ganz im Gegenteil wird bei der erfindungs­ gemäßen Linse die fokussierende Wirkung durch die beheiz­ baren Elemente in keiner Weise beeinflußt. Weiterhin sind die Heizleiter bei der erfindungsgemäßen Linse wesentlich robuster und bauartbedingt prinzipiell im Innern der Linse angeordnet. Sie sind damit sehr gut gegen Beschädigungen beispielsweise durch Steinschlag geschützt. Ebenfalls bauartbedingt sind die beheizbaren Elemente bei der Metall­ plattenlinse wesentlich größer als bei einer Vollkörperlinse gemäß der DE 196 44 164.1-35, was eine sehr gute Wärmever­ teilung zur Folge hat.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Linse,

Fig. 2 eine Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Linse und

Fig. 3 eine bekannte Darstellung zur Erläuterung von Fresnelstufen.

Fig. 1 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Linse in Form einer Metallplattenlinse. Zu erkennen ist eine erste Metallplatte 1 sowie weitere Metallplatten 3, die in definierten Abständen zueinander parallel angeordnet sind. Die Größe und auch die Form der einzelnen Metallplatten 1, 3 variiert, wobei sich hier insgesamt eine konkave Linsenform einstellt. Wie durch eine Punktquelle 8 angedeutet, entfal­ tet die erfindungsgemäße Linse ihre fokussierende Wirkung nur bei elektromagnetischen Wellen, deren elektrische Feld­ stärkekomponente parallel zur Ausrichtung der Metallplatten 1, 3 steht. Mit 2 ist eine Kontaktierung angedeutet, mittels der der Metallplatte 1 ein Heizstrom zuführbar ist. Über Verbindungen 5 ist die Metallplatte 1 mit den weiteren Metallplatten 3 elektrisch leitfähig verbunden. Die Verbin­ dung der einzelnen Metallplatten untereinander ist in diesem Ausführungsbeispiel seriell, das heißt ein über die Kontak­ tierung 2 zugeführter Heizstrom durchfließt die einzelnen Metallplatten seriell nacheinander. Mit 4 ist der Zwischen­ raum zwischen den einzelnen Metallplatten 1, 3 bezeichnet, der gemäß einer bevorzugten Ausführung der Antennenlinse mit einem festen oder geschäumten Dielektrikum gefüllt ist. Dadurch schützt eine solche Antennenlinse ein dahinterlie­ gendes Radarsystem auch vor Witterungseinflüssen und dem Eindringen von Feuchtigkeit. Mit 6 ist bei der Metallplatte 1 beispielhaft ein Bereich angedeutet, der einen erhöhten spezifischen Widerstand besitzt, so daß hier eine höhere Verlustleistung und dementsprechend eine höhere Erwärmung dieses Metallplattenbereiches erreicht wird.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Antennenlinse. Im Unterschied zu Fig. 1 sind die einzelnen Metallplatten 1 und 3 in diesem Ausführungs­ beispiel in einer schaltbaren Kombination leitfähig mit­ einander verbunden. Über Schalter 7 sind die einzelnen Metallplatten entweder seriell oder parallel zueinander elektrisch leitfähig verbindbar.

Fig. 3 zeigt eine beispielsweise aus dem oben genannten Buch von Kraus bekannte Abbildung einer konkav-planen Antennenlinse mit Fresnelstufen 9. Mit 2 ist die bereits erwähnte Kontaktierung ergänzt. Die mit den Fresnelstufen verbundene Materialeinsparung führt zu einer annähernd konstanten Metallplattenfläche, was in Verbindung mit der genannten Erfindung den Vorteil aufweist, daß sich die Heizleistung auf den Metallplatten besonders homogen ver­ teilt.

Claims (7)

1. Metallplattenlinse zur Fokussierung oder Streuung elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Metallplatten (1) eine Kontaktierung (2) aufweist, mittels der der genannten Metallplatte ein Heizstrom zuführbar ist.

2. Metallplattenlinse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die genannte Metallplatte mit weiteren Metallplatten (3) der Linse elektrisch leitfähig verbunden ist (5), so daß ein zugeführter Heizstrom auch die weiteren Metallplatten durchfließt.

3. Metallplattenlinse nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die genannte Metallplatte und die weiteren Metallplatten seriell, parallel und/oder in einer schaltbaren Kombination (7) miteinander verbunden sind.

4. Metallplattenlinse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (4) zwischen den Metall­ platten mit einem festen oder geschäumten Dielektrikum gefüllt ist.

5. Metallplattenlinse nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse Fresnelstufen (9) aufweist.

6. Metallplattenlinse nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Metallplatten wenigstens teilweise einen Bereich (6) aufweisen, der einen gegenüber Kupfer erhöhten spezifischen ohmschen Widerstand besitzt.

7. Metallplattenliste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Antennenliste für ein Kraftfahrzeug-Radarsystem verwendet wird.