WO2018019453A1 - Antenna device, motor vehicle having the antenna device, and method for operating the antenna device - Google Patents

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WO2018019453A1
WO2018019453A1 PCT/EP2017/063634 EP2017063634W WO2018019453A1 WO 2018019453 A1 WO2018019453 A1 WO 2018019453A1 EP 2017063634 W EP2017063634 W EP 2017063634W WO 2018019453 A1 WO2018019453 A1 WO 2018019453A1
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antenna device
electromagnetic wave
horn
region
frequency
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PCT/EP2017/063634
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Inventor
Michael Schwenkert
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Audi Ag
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    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
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    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
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    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Definitions

  • Antenna device motor vehicle with the antenna device and method for operating the antenna device
  • the invention relates to an antenna device, as it can be used to provide a radar, for example in a motor vehicle.
  • the antenna device is based on a horn.
  • the invention also includes a motor vehicle which has at least one antenna device according to the invention.
  • the invention also includes a method for operating the antenna device.
  • horn antennas or horns for such a radar sensor are state of the art.
  • Such horn antennas for automotive applications radiate the electromagnetic radar waves usually with a firmly adjusted lobe characteristic or antenna characteristic. A controllable or directed focus is then not possible.
  • a horn antenna and an antenna characteristic which can be provided with a horn antenna are described, for example, in EP 0 074 53 A2. Another name for antenna characteristics is also directional characteristics or radiation characteristics.
  • the stacked structure of horns described therein has to amplify the difference in the directional characteristics of the individual horns such horns whose funnel shape is designed asymmetrically.
  • the excitation of the individual horns is adjusted in the manner described by adjusting the phase of the excitation signal.
  • the invention has for its object to set in an antenna device, a radiation direction of an electromagnetic wave during operation or to pivot.
  • the invention provides an antenna device which has a horn radiator and a control device for the horn radiator. Another name for horns is also horn antenna.
  • the horn radiator has a feed region for feeding an electromagnetic wave into a cavity of the horn radiator.
  • the cavity is open to an environment of the antenna device. This opening area represents a detachment area to which the electromagnetic wave can move or propagate after being fed from the feed area, and in which the electromagnetic wave detaches from the horn and exits into the surroundings.
  • the cavity is shaped in the manner known per se. In other words, two oppositely disposed, electrically conductive walls of the cavity are arranged starting from the feed region to each other such that they form a funnel shape that is widening in the direction of the detachment region.
  • Said control device is provided or designed for generating the electromagnetic wave in the feed region.
  • the control device can generate an electrical alternating signal or alternating field in the feed region, by which the electromagnetic wave is caused or caused in a known manner in the feed region.
  • the control device can be configured in a manner known per se. be designed to generate an alternating electrical field in the region of the feed.
  • Corresponding electronic circuits are available in the prior art.
  • the funnel shape formed by the walls has an asymmetry.
  • the two walls are therefore not arranged and / or shaped mirror-symmetrically with respect to an axis of the horn, but two corresponding areas of the walls differ with respect to their opening angle.
  • the control device is set up to set a frequency of the electromagnetic wave generated in the feed region.
  • the control device adjusts the frequency of the electrical alternating signal to a value that is predetermined by a direction signal.
  • the direction signal indicates the emission direction in which the wave vector or the main emission direction of the electromagnetic wave should have after detachment from the separation region.
  • the wave vector is also denoted by the symbol k.
  • Operation of the antenna device provides the following inventive method.
  • the orientation of the wave vector of a transmission lobe of the electromagnetic wave is aligned.
  • the transmission lobe is the part of the electromagnetic wave that has been emitted into the environment by means of the asymmetrical horn radiator of the antenna device.
  • the frequency of the electromagnetic wave is radiated.
  • the orientation of the wave vector can be determined as follows:
  • the wavelength of the electromagnetic wave is adjusted such that a separation point at which the electromagnetic wave separates from the walls of the horn radiator is displaced.
  • the separation point varies depending on the wavelength of the electromagnetic wave. But this happens at the two opposing the walls of the horn in different ways, since the walls are differently aligned and / or shaped due to Asynnnnie, resulting in the asymmetry of the funnel shape.
  • the separation points on both walls would be shifted in the same way as the wavelength changes, leaving the wave vector k unchanged in orientation.
  • the separation points on the two walls shift differently depending on the wavelength of the electromagnetic waves, so that the wave vector "tilts", ie, pivots or changes in spatial orientation.
  • the invention also includes advantageous developments, the characteristics of which provide additional advantages.
  • the separation region is the region within which the separation point is moving or when the control device passes through or sets all the intended frequencies one after the other.
  • the described asymmetry is provided in the separation region.
  • the asymmetry is caused by a curvature of one of the walls, this curvature being different from a corresponding section of the other wall.
  • an asymmetric curvature or radius formation is thus provided within the walls.
  • the portion with the curvature and the corresponding portion for example, have the same distance to the feed region.
  • the curvature is preferably provided in the manner described at the end of the horn antenna, ie in the separation region. Due to the curvature, there is the advantage that with continuous variation of the frequency, a continuous, stepless change of the emission direction is effected.
  • a length of the asymmetrical portion of the horn antenna is preferably in a range of 0.7 times to 1.3 times a wavelength corresponding to the electromagnetic wave in the horn antenna in at least one of the directions determined by the control means in response to the direction signal has adjustable or set frequencies.
  • the asymmetrical region may be, for example, the curvature of one of the walls, which is different from the configuration of the opposite wall.
  • At least one of the walls has a segment which is movably mounted with respect to the respective other wall, and as a result of which the asymmetry is designed to be changeable or adjustable by setting a position of the segment.
  • an electrically conductive wing element can be pivotably arranged in the detachment area, wherein its inclination or spatial orientation with respect to the opposite wall is adjusted by pivoting the wing element.
  • the segment can, for example, be brought into a position by means of a motor or a piezoelement in response to a control signal.
  • the control device is coupled to the feed region via a slot radiator or a waveguide.
  • These structures make it possible to feed in or generate an electromagnetic wave of variable frequency in a horn with low energy losses and / or with low reflection.
  • the antenna device is provided for providing a radar sensor.
  • the control device is adapted to generate electromagnetic waves in a frequency range from 70 gigahertz to 90 gigahertz.
  • the antenna device can emit a radar signal with an adjustable or pivotable main emission direction or a pivotable or adjustable wave vector.
  • the antenna characteristic or radiation characteristic of the antenna device for a radar is adjustable or frequency-dependent.
  • such an antenna device is particularly advantageous in a motor vehicle. In the case of a motor vehicle, in particular, a radar signal for detecting objects in an environment of the motor vehicle must be pivoted.
  • a motor vehicle which has at least one antenna device according to the invention.
  • the at least one antenna device is designed as a radar device of the motor vehicle.
  • the direction signal can be generated, for example, by a driver assistance system which monitors an environment of the vehicle on the basis of received radar signals.
  • the motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car.
  • the invention also includes developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the developments of the antenna device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of the antenna device according to the invention, which may be provided in the motor vehicle of Fig. 1;
  • FIG. 3 is a schematic representation of a longitudinal section of the antenna device of FIG. 2 in a first operating mode
  • Fig. 4 is a schematic representation of the longitudinal section of the antenna device in a second mode of operation.
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention.
  • the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • FIG. 1 shows, from a motor vehicle 10, a vehicle front 11 to which, by way of example, a radar sensor 12 can be provided by means of which a driver assistance system 13 can monitor an environment 14 of the motor vehicle 10 as to whether an object is located in the environment 14.
  • the radar device 12 can emit for this purpose a radar signal 15, which is formed by an electromagnetic wave 16.
  • the electromagnetic wave 16 is formed into a transmitting lobe 18.
  • the transmitting lobe 18 is the main lobe or high-energy wave. In FIG. 1, so-called side lobes are not shown for the sake of clarity.
  • a main emission direction 19 of the transmission lobe 18 indicates in which direction the antenna device 17 radiates the greatest power.
  • the main emission direction 19 also corresponds to a wave vector k, which is likewise illustrated in FIG.
  • the wave vector k represents an alignment of the main emission direction 19 and thus of the transmission lobe 15.
  • the driver assistance system 13 may set or adjust the orientation or main emission direction 19 by outputting a direction signal 21 to the radar device 12.
  • the antenna device 17 has a control device 22, by means of which the main emission direction 19 is set as a function of the direction signal 21.
  • the electromagnetic wave 16 directed into the environment 14 can then be generated.
  • the electromagnetic wave 16 reflected by an object in the environment 14 can be received by means of the horn antenna 23 and converted into a reception signal 24 which can be received by the driver assistance system 13 and by means of which the object in the surroundings 14 can be detected.
  • the control device 22 can be configured in a manner known per se, as is known for operating horn radiators.
  • the horn 23 may comprise, as known, a feed region 25, and a funnel shape 26 defining a cavity 27 which is open to the environment 14, i. the cavity 27 has an outlet opening 28 for the electromagnetic wave 16 to the environment 14 down.
  • Two opposite walls 29, 30 of the cavity 27 are arranged starting from the feed region 25 in a V-shaped or funnel-shaped or scissor-shaped manner.
  • the resulting funnel shape 26 is designed in such a way that it widens toward the opening 28 or is made widening.
  • the remaining walls of the cavity 27 can be arranged parallel to one another.
  • the funnel shape 26 is configured asymmetrically, since two corresponding regions 31, 32 of the walls 29, 30 are curved and / or shaped differently and / or differently aligned with respect to a central axis 33, for example of the feed region 25 ,
  • the reference axis for the asymmetry may also be based, for example, on a geometrical gravity line or a geometric median of the funnel shape 26.
  • the control device 22 can generate an alternating electric field 34, which causes the electromagnetic wave 16 in the feed region 25 in a known manner.
  • a slot radiator or a waveguide can be provided in the feed region 25.
  • the electromagnetic wave 16 arises, for example, as a TEM wave (transverse electromagnetic wave), such as a TEM10 wave.
  • This electromagnetic wave 16 continues to propagate in the direction of the opening 28, in order then to detach from the horn antenna 23 at the horn end of the maximum possible widening of the field profile as a space wave.
  • a frequency f of the alternating electric signal 34 may be set by the controller 22 in response to the direction signal 21. The electromagnetic wave can then propagate from the feed region 25 in the direction of the feed region 25 opposite opening 28 of the cavity 27.
  • a first frequency f1 For a first frequency f1, this is shown in FIG.
  • a node spacing N1 which represents the wavelength of the electromagnetic wave 16.
  • the electromagnetic wave 16 detaches from the walls 29, 30 at detachment points 35, 36.
  • the respective detachment point 35, 36 on the walls 29, 30 shifts in dependence on the set frequency f.
  • the sum of all detachment points 35, 36 for the frequencies f that can be set by the control device 22 results in a region which defines the detachment region 37 of the electromagnetic wave from the horn antenna 23.
  • Fig. 3 illustrates for the frequency f1 that, due to the position of the separation points 35, 36, the wave vector k is aligned parallel to the axis 33, i. the main emission direction 19 points "straight" away from the horn 23, ie in the example parallel to the axis 33.
  • Fig. 4 illustrates which electromagnetic wave may result at a frequency f2 which may be greater than the frequency f1.
  • a node spacing decreases to the value N2.
  • the detachment points 35, 36 slide to varying degrees or to different extents so that the wave vector k is adjusted at an angle to the axis 33.
  • the main radiation direction 19 is pivoted in a pivoting movement 20, ie in one Angle aligned with the axis 33.
  • the region 32 may have a curvature 38 of radius R or may be formed as the curvature 38, while the corresponding region 31 may be flat, flat, or un-curved, for example can be.
  • the curvature 38 thus represents an asymmetrical region in comparison to the opposite, corresponding region.
  • the region 32 can also be designed as a pivotable segment, so that the segment can be pivoted or moved relative to the region 31.
  • the structures of the horn antenna 23 are therefore not symmetrical in the horn 23 in all areas. This results in the frequency dependency of the main emission direction 19.
  • the angles or opening angles of the walls 29, 30 of the horn structure 23 are not axis-symmetrical, for example with respect to the axis 33, but have a larger expansion on one side in a region 32, This has the consequence that the transmitting lobe 15 is also emitted with a non-axis-symmetric angle when a corresponding frequency f is set.
  • the field line pattern at the separation region 37 and thus also the shape of the directional characteristic, i. the orientation of the transmission lobe 18.
  • the frequency dependence of the separation points 35, 36 of the field lines at the horn end i.
  • the asymmetric radiusing of the bend 38 is preferably in the dimension of the wavelength, i. in a range of 0.7 times to 1, 3 times.
  • the advantage of using a horn radiator 23 is that the energy bundled is emitted in a defined solid angle, through wel- Chen the transmission lobe 18 results. The losses are smaller and the space requirement is much lower than with today's patch antennas.
  • the use of the described curvature 38 has the advantage that the separation point 36 of the electromagnetic wave 16 is frequency-dependent and asymmetrical due to the curvature at the end of the wall 30 in the region of the opening 29, and thus the wave vector k with the frequency f "tilted, can be.
  • the energy radiation is thus no longer limited to the direction of the central axis 33, but deviating from it and controllable with the frequency change.

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Abstract

The invention relates to an antenna device (17) having a horn radiator (23) with an infeed region (25) for feeding an electromagnetic wave (16) into a cavity (27) of the horn radiator (23) and an output region (37), in which the cavity (27) is open towards an environment (14) of the antenna device (17) and in which the electromagnetic wave (16) is output from the horn radiator (23) and passes out into the environment (14) when the antenna device (17) is in operation, two opposing electrically conductive walls (29, 30) of the cavity (27) being arranged to form a funnel shape (26) which widens towards the output region (37). According to the invention, the funnel shape (26) formed by the walls (29, 30) is asymmetrical, and a control means (22) is designed to set a frequency (f) of the electromagnetic wave (16) generated in the infeed region (25) depending on a direction signal (21) which specifies a radiation direction (19) of the electromagnetic wave (16).

Description

Antennenvorrichtung, Kraftfahrzeug mit der Antennenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Antennenvorrichtung  Antenna device, motor vehicle with the antenna device and method for operating the antenna device
BESCHREIBUNG: DESCRIPTION:
Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung, wie sie zum Bereitstellen eines Radars zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann. Die Antennenvorrichtung basiert auf einem Hornstrahler. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches zumindest eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung aufweist. Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben der Antennenvorrichtung. The invention relates to an antenna device, as it can be used to provide a radar, for example in a motor vehicle. The antenna device is based on a horn. The invention also includes a motor vehicle which has at least one antenna device according to the invention. Finally, the invention also includes a method for operating the antenna device.
Die Bereitstellung eines Radarsensors in einem Kraftfahrzeug sowie der Einsatz von Hornantennen oder Hornstrahlern für einen solchen Radarsensor sind Stand der Technik. Solche Hornantennen für automobile Anwendungen strahlen die elektromagnetischen Radarwellen in der Regel mit einer fest justierten Keulencharakteristik oder Antennencharakteristik ab. Eine steuerbare oder gerichtete Fokussierung ist dann nicht möglich. Ein Hornstrahler sowie eine mit einem Hornstrahler bereitstellbare Antennencharakteristik ist beispielsweise in der EP 0 074 53 A2 beschrieben. Eine andere Bezeichnung für Antennencharakteristik ist auch Richtcharakteristiken oder Abstrahlcharakteristik. The provision of a radar sensor in a motor vehicle and the use of horn antennas or horns for such a radar sensor are state of the art. Such horn antennas for automotive applications radiate the electromagnetic radar waves usually with a firmly adjusted lobe characteristic or antenna characteristic. A controllable or directed focus is then not possible. A horn antenna and an antenna characteristic which can be provided with a horn antenna are described, for example, in EP 0 074 53 A2. Another name for antenna characteristics is also directional characteristics or radiation characteristics.
Um für einen Radar eine Antennencharakteristik mit einer einstellbaren oder verschwenkbaren Sendekeule bereitzustellen, ist aus der DE 10 2012 106 938 A1 bekannt, mehrere Hornstrahler parallel nebeneinander anzuordnen, wobei eine Richtcharakteristiken jedes Hornstrahlers anders ist. Durch Einspeisen eines Anregungssignals in alle Hornstrahler und Einstellen einer Phase des Anregungssignals wird jeweils nur ein Teil der Horn- strahier zum Aussenden einer elektromagnetischen Welle angeregt. Entsprechend ergibt sich eine Summen- Richtcharakteristiken, die sich mit der eingestellten Phase des Anregungssignals verändert. Eine solche gestapelte oder gestockte Antenne aus mehreren parallel nebeneinander angeordneten Hornstrahlern ist auch aus der DE 10 2012 104 090 A1 bekannt. Die darin beschriebene gestapelte Struktur aus Hornstrahlern weist zur Verstärkung des Unterschieds der Richtcharak- teristiken der einzelnen Hornstrahler solche Hornstrahler auf, deren Trichterform asymmetrisch ausgestaltet ist. Die Anregung der einzelnen Hornstrahler wird in der beschriebenen Weise durch Einstellen der Phase des Anregungssignals eingestellt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Antennenvorrichtung eine Abstrahlrichtung einer elektromagnetischen Welle im Betrieb einzustellen oder zu verschwenken. In order to provide an antenna characteristic for a radar with an adjustable or pivotable transmitting lobe, it is known from DE 10 2012 106 938 A1 to arrange several horn radiators in parallel next to one another, wherein a directional characteristic of each horn radiator is different. By injecting an excitation signal into all the horns and setting a phase of the excitation signal, only a part of the horn radiation is excited in each case for emitting an electromagnetic wave. Accordingly, there is a sum-directional characteristics, which varies with the set phase of the excitation signal. Such a stacked or stacked antenna of several parallel juxtaposed horns is also known from DE 10 2012 104 090 A1. The stacked structure of horns described therein has to amplify the difference in the directional characteristics of the individual horns such horns whose funnel shape is designed asymmetrically. The excitation of the individual horns is adjusted in the manner described by adjusting the phase of the excitation signal. The invention has for its object to set in an antenna device, a radiation direction of an electromagnetic wave during operation or to pivot.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprü- che gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben. The object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.
Durch die Erfindung ist eine Antennenvorrichtung bereitgestellt, die einen Hornstrahler und eine Steuereinrichtung für den Hornstrahler aufweist. Eine andere Bezeichnung für Hornstrahler ist auch Hornantenne. Der Hornstrahler weist einen Einspeisebereich zum Einspeisen einer elektromagnetischen Welle in einen Hohlraum des Hornstrahlers auf. Der Hohlraum ist zu einer Umgebung der Antennenvorrichtung hin offen. Dieser Öffnungsbereich stellt einen Ablösebereichs dar, zu welchem sich die elektromagnetische Welle nach ihrer Einspeisung vom Einspeisebereich aus hin bewegen oder ausbreiten kann und in welchem sich die elektromagnetische Welle von dem Hornstrahler ablöst und in die Umgebung austritt. Der Hohlraum ist dabei in der an sich bekannten Weise geformt. Mit anderen Worten sind zwei gegen- überliegende, elektrisch leitfähige Wandungen des Hohlraums ausgehend von dem Einspeisebereich derart zueinander angeordnet, dass sie eine sich zu dem Ablösebereichs hin aufweitend ausgestaltete Trichterform bilden. The invention provides an antenna device which has a horn radiator and a control device for the horn radiator. Another name for horns is also horn antenna. The horn radiator has a feed region for feeding an electromagnetic wave into a cavity of the horn radiator. The cavity is open to an environment of the antenna device. This opening area represents a detachment area to which the electromagnetic wave can move or propagate after being fed from the feed area, and in which the electromagnetic wave detaches from the horn and exits into the surroundings. The cavity is shaped in the manner known per se. In other words, two oppositely disposed, electrically conductive walls of the cavity are arranged starting from the feed region to each other such that they form a funnel shape that is widening in the direction of the detachment region.
Die besagte Steuereinrichtung ist zum Erzeugen der elektromagnetischen Welle in dem Einspeisebereich vorgesehen oder ausgestaltet. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung ein elektrisches Wechselsignal oder Wechselfeld im Einspeisebereich erzeugen, durch welches die elektromagnetische Welle in bekannter Weise im Einspeisebereich hervorgerufen oder verursacht wird. Die Steuereinrichtung kann in an sich bekannter Weise aus- gestaltet sein, um ein elektrisches Wechselfeld im Bereich des Einspeisebereichs zu erzeugen. Entsprechende elektronische Schaltungen sind im Stand der Technik verfügbar. Um nun mittels der Steuereinrichtung eine Hauptabstrahlrichtung oder eine Ausrichtung eines Wellenvektors der elektromagnetischen Welle im Ablösebereich einzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die durch die Wandungen gebildete Trichterform eine Asymmetrie aufweist. Die beiden Wandungen sind also nicht spiegelsymmetrisch bezüglich einer Achse des Hornstrahlers angeordnet und/oder ausgeformt, sondern zwei korrespondierende Bereiche der Wandungen unterscheiden sich in Bezug auf ihren Öffnungswinkel. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, eine Frequenz der im Einspeisebereich erzeugten elektromagnetischen Welle einzustellen. Mit anderen Worten stellt die Steuereinrichtung die Frequenz des elektrischen Wechselsignals auf einen Wert ein, der durch ein Richtungssignal vorgegeben ist. Das Richtungssignal gibt hierbei die Abstrahlrichtung an, in welche der Wellenvektor oder die Hauptabstrahlrichtung der elektromagnetischen Welle nach dem Ablösen vom Ablösebereich aufweisen soll. Durch Verändern des Richtungssignals wird also die Frequenz der elektromagnetischen Welle durch die Steuereinrichtung verändert und dies bewirkt ein Verschwenken oder Vorgeben oder Ausrichten der Hauptabstrahlrichtung oder des Wellenvektors der elektromagnetischen Welle im Ablösebereich. Der Wellenvektor wird auch mit dem Symbol k bezeichnet. Der Betrieb der Antennenvorrichtung ergibt das folgende erfindungsgemäße Verfahren. In Abhängigkeit von dem Richtungssignal wird die Ausrichtung des Wellenvektors einer Sendekeule der elektromagnetischen Welle ausgerichtet. Die Sendekeule ist derjenige Teil der elektromagnetischen Welle, der mittels des asymmetrischen Hornstrahlers der Antennenvorrichtung in die Umgebung abgestrahlt worden ist. Zum Ausrichten des Wellenvektors wird die Frequenz der elektromagnetischen Welle abgestrahlt. Said control device is provided or designed for generating the electromagnetic wave in the feed region. In other words, the control device can generate an electrical alternating signal or alternating field in the feed region, by which the electromagnetic wave is caused or caused in a known manner in the feed region. The control device can be configured in a manner known per se. be designed to generate an alternating electrical field in the region of the feed. Corresponding electronic circuits are available in the prior art. In order to set a main emission direction or an orientation of a wave vector of the electromagnetic wave in the separation region by means of the control device, it is provided according to the invention that the funnel shape formed by the walls has an asymmetry. The two walls are therefore not arranged and / or shaped mirror-symmetrically with respect to an axis of the horn, but two corresponding areas of the walls differ with respect to their opening angle. The control device is set up to set a frequency of the electromagnetic wave generated in the feed region. In other words, the control device adjusts the frequency of the electrical alternating signal to a value that is predetermined by a direction signal. In this case, the direction signal indicates the emission direction in which the wave vector or the main emission direction of the electromagnetic wave should have after detachment from the separation region. By changing the direction signal, therefore, the frequency of the electromagnetic wave is changed by the control device and this causes a pivoting or predetermining or aligning the main radiation direction or the wave vector of the electromagnetic wave in the separation region. The wave vector is also denoted by the symbol k. Operation of the antenna device provides the following inventive method. In response to the directional signal, the orientation of the wave vector of a transmission lobe of the electromagnetic wave is aligned. The transmission lobe is the part of the electromagnetic wave that has been emitted into the environment by means of the asymmetrical horn radiator of the antenna device. To align the wave vector, the frequency of the electromagnetic wave is radiated.
Mittels der eingestellten Frequenz kann die Ausrichtung des Wellenvektors wie folgt festlegt werden, Durch Einstellen der Frequenz wird die Wellenlän- ge der elektromagnetischen Welle derart eingestellt, dass sich ein Ablösepunkt, an welchem sich die elektromagnetische Welle von den Wandungen des Hornstrahlers ablöst, verschoben. Mit anderen Worten wandert oder verstellt sich der Ablösepunkt in Abhängigkeit von der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle. Dies geschieht aber an den beiden gegenüberliegen- den Wandungen des Hornstrahlers in unterschiedlicher Weise, da die Wandungen wegen der Asynnnnetrie unterschiedlich ausgerichtet und/oder geformt sind, wodurch sich die Asymmetrie der Trichterform ergibt. Bei einer symmetrischen Trichterform würden die Ablösepunkte an beiden Wandun- gen in gleicher Weise verschoben, wenn sich die Wellenlänge ändert, wodurch dann der Wellenvektor k in der Ausrichtung unverändert bliebe. Durch Bereitstellen einer asymmetrischen Trichterform verschieben sich aber die Ablösepunkte an den beiden Wandungen in Abhängigkeit von der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen in unterschiedlicher Weise, sodass der Wellenvektor„kippt", d.h. verschwenkt oder in der räumlichen Ausrichtung verändert wird. By means of the set frequency, the orientation of the wave vector can be determined as follows: By adjusting the frequency, the wavelength of the electromagnetic wave is adjusted such that a separation point at which the electromagnetic wave separates from the walls of the horn radiator is displaced. In other words, the separation point varies depending on the wavelength of the electromagnetic wave. But this happens at the two opposing the walls of the horn in different ways, since the walls are differently aligned and / or shaped due to Asynnnnie, resulting in the asymmetry of the funnel shape. In a symmetric funnel shape, the separation points on both walls would be shifted in the same way as the wavelength changes, leaving the wave vector k unchanged in orientation. However, by providing an asymmetric funnel shape, the separation points on the two walls shift differently depending on the wavelength of the electromagnetic waves, so that the wave vector "tilts", ie, pivots or changes in spatial orientation.
Zu der Erfindung gehören auch vorteilhafte Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben. The invention also includes advantageous developments, the characteristics of which provide additional advantages.
Der Ablösebereich ist diejenige Region, innerhalb welcher der Ablösepunkt sich bewegt oder befindet, wenn die Steuereinrichtung alle vorgesehenen Frequenzen nacheinander durchläuft oder einstellt. Bevorzugt ist die beschriebene Asymmetrie im Ablösebereich bereitgestellt. Indem die Asymmet- e im Ablösebereich bereitgestellt ist, kommt es beim Verändern der Frequenz der elektromagnetischen Welle zur größten Veränderung der Abstrahlrichtung in Abhängigkeit von der eingestellten Frequenz. The separation region is the region within which the separation point is moving or when the control device passes through or sets all the intended frequencies one after the other. Preferably, the described asymmetry is provided in the separation region. By providing the asymmetry in the detachment area, changing the frequency of the electromagnetic wave causes the greatest change in the direction of emission depending on the set frequency.
Bevorzugt die Asymmetrie durch eine Krümmung einer der Wandungen be- wirkt, wobei diese Krümmung verschieden ist zu einem korrespondierenden Abschnitt der anderen Wandung. Mit anderen Worten ist also eine asymmetrische Krümmung oder Radienbildung innerhalb der Wandungen vorgesehen. Mit korrespondierend ist gemeint, dass der Abschnitt mit der Krümmung und der korrespondierende Abschnitt zum Beispiel den gleichen Abstand zum Einspeisebereich aufweisen. Die Krümmung ist dabei in der beschriebenen Weise bevorzugt am Ende der Hornantenne, also im Ablösebereich, bereitgestellt. Durch die Krümmung ergibt sich der Vorteil, dass mit kontinuierlicher Veränderung der Frequenz auch eine kontinuierliche, stufenlose Veränderung der Abstrahlrichtung bewirkt wird. Preferably, the asymmetry is caused by a curvature of one of the walls, this curvature being different from a corresponding section of the other wall. In other words, an asymmetric curvature or radius formation is thus provided within the walls. By correspondingly, it is meant that the portion with the curvature and the corresponding portion, for example, have the same distance to the feed region. The curvature is preferably provided in the manner described at the end of the horn antenna, ie in the separation region. Due to the curvature, there is the advantage that with continuous variation of the frequency, a continuous, stepless change of the emission direction is effected.
Eine Länge des asymmetrischen Bereichs des Hornstrahlers ist bevorzugt in einem Bereich vom 0,7-fachen bis zum 1 ,3-fachen einer Wellenlänge, welche die elektromagnetische Welle in dem Hornstrahler bei zumindest einer der durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem Richtungssignal einstellbaren oder eingestellten Frequenzen aufweist. Der asymmetrische Bereichs kann zum Beispiel die Krümmung einer der Wandungen sein, die sich hierdurch von der Ausgestaltung der gegenüberliegenden Wandung unterscheidet. Durch beschränken der Asymmetrie auf den Bereich mit der be- sagten Länge ergibt sich der Vorteil, dass der Hornstrahler zum überwiegenden Teil symmetrisch ausgestaltet sein kann und lediglich der beschriebene asymmetrische Bereich, insbesondere der Ablösebereichs, die Asymmetrie aufweisen muss. Die beschriebene Asymmetrie kann durch eine dauerhafte Ausgestaltung der Wandungen bereitgestellt sein. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Wandungen ein Segment aufweist, welches bezüglich der jeweils anderen Wandung beweglich gelagert ist, und hierdurch die Asymmetrie durch Einstellen einer Stellung des Segments veränderbar oder einstellbar ausgestaltet ist. Es kann also zum Beispiel im Ablösebereichs ein elektrisch leitfähiges Flügelelement verschwenkbar angeordnet sein, wobei durch Verschwenken des Flügelelements dessen Neigung oder räumliche Ausrichtung bezüglich der gegenüberliegenden Wandung eingestellt wird. Das Segment kann zum Beispiel mittels eines Motors oder eines Piezoele- ments in Abhängigkeit von einem Steuersignal in eine Stellung gebracht werden. A length of the asymmetrical portion of the horn antenna is preferably in a range of 0.7 times to 1.3 times a wavelength corresponding to the electromagnetic wave in the horn antenna in at least one of the directions determined by the control means in response to the direction signal has adjustable or set frequencies. The asymmetrical region may be, for example, the curvature of one of the walls, which is different from the configuration of the opposite wall. By restricting the asymmetry to the region with the said length, there is the advantage that the horn radiator can for the most part be designed symmetrically and only the described asymmetric region, in particular the separation region, must have the asymmetry. The described asymmetry can be provided by a permanent configuration of the walls. Alternatively, it may be provided that at least one of the walls has a segment which is movably mounted with respect to the respective other wall, and as a result of which the asymmetry is designed to be changeable or adjustable by setting a position of the segment. Thus, for example, an electrically conductive wing element can be pivotably arranged in the detachment area, wherein its inclination or spatial orientation with respect to the opposite wall is adjusted by pivoting the wing element. The segment can, for example, be brought into a position by means of a motor or a piezoelement in response to a control signal.
Um eine elektromagnetische Welle mit veränderlicher Frequenz zuverlässig in den Einspeisebereich einspeisen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuereinrichtung über einen Schlitzstrahler oder einen Hohlleiter mit dem Einspeisebereich gekoppelt ist. Diese Strukturen (Schlitzstrahler, Hohlleiter) ermöglichen es, mit geringen Energieverlusten und/oder mit geringer Reflektion eine elektromagnetische Welle mit veränderlicher Frequenz in einen Hornstrahler einzuspeisen oder dort zu erzeugen. In order to reliably feed an electromagnetic wave with a variable frequency into the feed region, it is preferably provided that the control device is coupled to the feed region via a slot radiator or a waveguide. These structures (slot radiators, waveguides) make it possible to feed in or generate an electromagnetic wave of variable frequency in a horn with low energy losses and / or with low reflection.
Bevorzugt ist die Antennenvorrichtung zum Bereitstellen einer Radarsensorik vorgesehen. Entsprechend ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von 70 Gigahertz bis 90 Gigahertz zu erzeugen. Hierdurch kann die Antenneneinrichtung ein Radarsignal mit einstellbarer oder verschwenkbarer Hauptabstrahlrichtung oder verschwenkbarem odereinstellbarem Wellenvektor abstrahlen. Mit anderen Worten ist die Antennencharakteristik oder Abstrahlcharakteristik der Antennenvorrichtung für einen Radar einstellbar oder frequenzabhängig. Wie bereits eingangs beschrieben, ist eine solche Antennenvorrichtung insbesondere vorteilhaft in einem Kraftfahrzeug. Bei einem Kraftfahrzeug muss insbesondere ein Radarsignal zum Erfassen von Objekten in einer Umge- bung des Kraftfahrzeugs verschwenkt werden. Dies ist mittels der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung nun ohne mechanisch aufwendig verschwenkte Elemente durch vorgeben eines Richtungssignals und mittels der Steuereinrichtung zum Einstellen der Frequenz der elektromagnetischen Welle möglich. Entsprechend ist erfindungsgemäß auch ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches zumindest eine Antennenvorrichtung gemäß der Erfindung aufweist. Bevorzugt ist die zumindest eine Antennenvorrichtung als Radarvorrichtung des Kraftfahrzeugs ausgestaltet. Das Richtungssignal kann zum Beispiel durch ein Fahrerassistenzsystem erzeugt werden, welches auf der Grundlage von empfangenen Radarsignalen eine Umgebung des Kraft- fahrzeugs überwacht. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet. Preferably, the antenna device is provided for providing a radar sensor. Accordingly, it is preferably provided that the control device is adapted to generate electromagnetic waves in a frequency range from 70 gigahertz to 90 gigahertz. As a result, the antenna device can emit a radar signal with an adjustable or pivotable main emission direction or a pivotable or adjustable wave vector. In other words, the antenna characteristic or radiation characteristic of the antenna device for a radar is adjustable or frequency-dependent. As already described at the outset, such an antenna device is particularly advantageous in a motor vehicle. In the case of a motor vehicle, in particular, a radar signal for detecting objects in an environment of the motor vehicle must be pivoted. This is possible by means of the antenna device according to the invention now without mechanically complicated pivoted elements by predetermining a direction signal and by means of the control device for adjusting the frequency of the electromagnetic wave. Accordingly, according to the invention, a motor vehicle is provided, which has at least one antenna device according to the invention. Preferably, the at least one antenna device is designed as a radar device of the motor vehicle. The direction signal can be generated, for example, by a driver assistance system which monitors an environment of the vehicle on the basis of received radar signals. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben. The invention also includes developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the developments of the antenna device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: In the following an embodiment of the invention is described. This shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung, die in dem Kraftfahrzeug von Fig. 1 bereitgestellt sein kann; Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention; Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of the antenna device according to the invention, which may be provided in the motor vehicle of Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der Antennen- Vorrichtung von Fig. 2 in einem ersten Betriebsmodus; und FIG. 3 is a schematic representation of a longitudinal section of the antenna device of FIG. 2 in a first operating mode; FIG. and
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Längsschnitts der Antennenvorrichtung in einem zweiten Betriebsmodus. Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. Fig. 4 is a schematic representation of the longitudinal section of the antenna device in a second mode of operation. The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt von einem Kraftfahrzeug 10 eine Fahrzeugfront 1 1 , an welcher beispielhaft ein Radarsensor 12 bereitgestellt sein kann, mittels welchem ein Fahrerassistenzsystem 13 eine Umgebung 14 des Kraftfahrzeugs 10 daraufhin überwachen kann, ob sich ein Objekt in der Umgebung 14 befindet. Die Radarvorrichtung 12 kann hierzu ein Radarsignal 15 aussenden, welches durch eine elektromagnetische Welle 16 gebildet ist. Mittels einer Antennen- Vorrichtung 17 der Radarvorrichtung 12 ist die elektromagnetische Welle 16 zu einer Sendekeule 18 geformt. Die Sendekeule 18 ist die Hauptkeule oder energiereichste Welle. In Fig. 1 sind sogenannte Nebenkeulen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Eine Hauptabstrahlrichtung 19 der Sendekeule 18 gibt an, in welche Richtung die Antennenvorrichtung 17 die größ- te Leistung abstrahlt. Die Hauptabstrahlrichtung 19 entspricht auch einem Wellenvektor k, der in Fig. 1 ebenfalls veranschaulicht ist. Der Wellenvektors k repräsentiert mit anderen Worten eine Ausrichtung der Hauptabstrahlrichtung 19 und damit der Sendekeule 15. Bei der Radarvorrichtung 12 sind die Hauptabstrahlrichtung 19 und damit der Wellenvektor k in der Umgebung 14 verschwenkbar, sodass eine Schwenkbewegung 20 der Sendekeule 18 ausgeführt werden kann. Das Fahrerassis- tenzsystem13 kann durch Ausgeben eines Richtungssignals 21 an die Radarvorrichtung 12 die Ausrichtung oder Hauptabstrahlrichtung 19 vorgeben oder einstellen. Die Antennenvorrichtung 17 weist hierzu eine Steuereinrichtung 22 auf, durch welche in Abhängigkeit von dem Richtungssignal 21 die Hauptabstrahlrichtung 19 eingestellt wird. Mittels eines Hornstrahlers 23 der Antennenvorrichtung 17 kann dann die in die Umgebung 14 ausgerichtete elektromagnetische Welle 16 erzeugt werden. Die von einem Objekt in der Umgebung 14 reflektierte elektromagnetische Welle 16 kann mittels des Hornstrahlers 23 empfangen werden und in ein Empfangssignal 24 umgewandelt werden, welches von dem Fahrerassis- tenzsystem 13 empfangen werden kann und mittels welchem das Objekt in der Umgebung 14 detektiert werden kann. 1 shows, from a motor vehicle 10, a vehicle front 11 to which, by way of example, a radar sensor 12 can be provided by means of which a driver assistance system 13 can monitor an environment 14 of the motor vehicle 10 as to whether an object is located in the environment 14. The radar device 12 can emit for this purpose a radar signal 15, which is formed by an electromagnetic wave 16. By means of an antenna device 17 of the radar device 12, the electromagnetic wave 16 is formed into a transmitting lobe 18. The transmitting lobe 18 is the main lobe or high-energy wave. In FIG. 1, so-called side lobes are not shown for the sake of clarity. A main emission direction 19 of the transmission lobe 18 indicates in which direction the antenna device 17 radiates the greatest power. The main emission direction 19 also corresponds to a wave vector k, which is likewise illustrated in FIG. In other words, the wave vector k represents an alignment of the main emission direction 19 and thus of the transmission lobe 15. In the radar device 12, the main emission direction 19 and thus the wave vector k are pivotable in the environment 14 so that a pivoting movement 20 of the emission lobe 18 can be performed. The driver assistance system 13 may set or adjust the orientation or main emission direction 19 by outputting a direction signal 21 to the radar device 12. For this purpose, the antenna device 17 has a control device 22, by means of which the main emission direction 19 is set as a function of the direction signal 21. By means of a horn antenna 23 of the antenna device 17, the electromagnetic wave 16 directed into the environment 14 can then be generated. The electromagnetic wave 16 reflected by an object in the environment 14 can be received by means of the horn antenna 23 and converted into a reception signal 24 which can be received by the driver assistance system 13 and by means of which the object in the surroundings 14 can be detected.
Im Zusammenhang mit Fig. 2 bis Fig. 4 ist im Folgenden beschrieben, wie durch die Antennenvorrichtung 17 mittels der Steuereinrichtung 22 und des Hornstrahlers 23 die Schwenkbewegung 20 der Sendekeule 18 erzeugt werden kann. In the context of FIGS. 2 to 4, the following describes how the pivoting movement 20 of the transmitting lobe 18 can be generated by the antenna device 17 by means of the control device 22 and the horn radiator 23.
Fig. 2 veranschaulicht hierzu noch einmal die Steuereinrichtung 22 und den Hornstrahler 23. Die Steuereinrichtung 22 kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein, wie es zum Betreiben von Hornstrahlern bekannt ist. Der Hornstrahler 23 kann in bekannter Weise einen Einspeisebereich 25, und eine Trichterform 26 aufweisen, die einen Hohlraum 27 begrenzt, der zur Umgebung 14 hin offen ist, d.h. der Hohlraum 27 weist eine Austrittsöffnung 28 für die elektromagnetische Welle 16 zur Umgebung 14 hin auf. Zwei ge- genüberliegende Wandungen 29, 30 des Hohlraums 27 sind ausgehend vom Einspeisebereich 25 V-förmig oder trichterförmig oder scherenförmig angeordnet. Die sich ergebende Trichterform 26 ist hierbei derart ausgestaltet, dass sie sich zur Öffnung 28 hin aufweitet oder aufweitend ausgestaltet ist. Die übrigen Wandungen des Hohlraums 27 können parallel zueinander an- geordnet sein. 2 again illustrates the control device 22 and the horn antenna 23. The control device 22 can be configured in a manner known per se, as is known for operating horn radiators. The horn 23 may comprise, as known, a feed region 25, and a funnel shape 26 defining a cavity 27 which is open to the environment 14, i. the cavity 27 has an outlet opening 28 for the electromagnetic wave 16 to the environment 14 down. Two opposite walls 29, 30 of the cavity 27 are arranged starting from the feed region 25 in a V-shaped or funnel-shaped or scissor-shaped manner. In this case, the resulting funnel shape 26 is designed in such a way that it widens toward the opening 28 or is made widening. The remaining walls of the cavity 27 can be arranged parallel to one another.
Bei dem Hornstrahler 23 ist die Trichterform 26 asymmetrisch ausgestaltet, da zwei korrespondierende Bereiche 31 , 32 der Wandungen 29, 30 unterschiedlich gekrümmt und/oder geformt und/oder unterschiedlich in Bezug auf eine Mittelachse 33 zum Beispiel des Einspeisebereichs 25 ausgerichtet o- der angeordnet sind. Als Bezugsachse für die Asymmetrie kann auch zum Beispiel eine geometrische Schwerlinie oder ein geometrischer Median der Trichterform 26 zugrunde gelegt werden. Zum Erzeugen der elektromagnetischen Welle kann die Steuereinrichtung 22 ein elektrisches Wechselfeld 34 erzeugen, welches im Einspeisebereich 25 die elektromagnetische Welle 16 in bekannter Weise hervorruft. Um aus dem elektrischen Wechselsignal 34 die elektromagnetische Welle 16 zu erzeugen, kann im Einspeisebereich 25 ein Schlitzstrahler oder ein Hohlleiter vor- gesehen sein, über welchen eine Hochfrequenzquelle (im Bereich von 70 Gigahertz bis 90 Gigahertz) der Steuereinrichtung 22 angebunden sein kann. Im Hals der Hornantenne, d.h. im Einspeisebereich 25, entsteht die elektromagnetische Welle 16 zum Beispiel als eine TEM-Welle (transversale elekt- romagnetische Welle), wie z.B. eine TEM10-Welle. Diese elektromagnetische Welle 16 breitet sich weiter in Richtung zur Öffnung 28 aus, um sich dann am Hornende der maximal möglichen Aufweitung des Feldverlaufs als Raumwelle von dem Hornstrahler 23 abzulösen. Eine Frequenz f des elektrischen Wechselsignals 34 kann durch die Steuereinrichtung 22 in Abhängigkeit von dem Richtungssignal 21 eingestellt werden. Die elektromagnetische Welle kann sich dann vom Einspeisebereich 25 in Richtung zur dem Einspeisebereich 25 gegenüberliegenden Öffnung 28 des Hohlraums 27 ausbreiten. In the horn antenna 23, the funnel shape 26 is configured asymmetrically, since two corresponding regions 31, 32 of the walls 29, 30 are curved and / or shaped differently and / or differently aligned with respect to a central axis 33, for example of the feed region 25 , The reference axis for the asymmetry may also be based, for example, on a geometrical gravity line or a geometric median of the funnel shape 26. For generating the electromagnetic wave, the control device 22 can generate an alternating electric field 34, which causes the electromagnetic wave 16 in the feed region 25 in a known manner. In order to generate the electromagnetic wave 16 from the electrical alternating signal 34, a slot radiator or a waveguide can be provided in the feed region 25. be seen, over which a high frequency source (in the range of 70 gigahertz to 90 gigahertz) of the controller 22 may be connected. In the neck of the horn antenna, ie in the feed region 25, the electromagnetic wave 16 arises, for example, as a TEM wave (transverse electromagnetic wave), such as a TEM10 wave. This electromagnetic wave 16 continues to propagate in the direction of the opening 28, in order then to detach from the horn antenna 23 at the horn end of the maximum possible widening of the field profile as a space wave. A frequency f of the alternating electric signal 34 may be set by the controller 22 in response to the direction signal 21. The electromagnetic wave can then propagate from the feed region 25 in the direction of the feed region 25 opposite opening 28 of the cavity 27.
Für eine erste Frequenz f1 ist dies in Fig. 3 dargestellt. Für die Frequenz f1 ergibt sich für die elektromagnetische Welle 16 ein Nodenabstand N1 , welcher die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle 16 repräsentiert. An der Öffnung 28 löst sich die elektromagnetische Welle 16 von den Wandungen 29, 30 an Ablösepunkten 35, 36 ab. For a first frequency f1, this is shown in FIG. For the frequency f1 results for the electromagnetic wave 16, a node spacing N1, which represents the wavelength of the electromagnetic wave 16. At the opening 28, the electromagnetic wave 16 detaches from the walls 29, 30 at detachment points 35, 36.
Der jeweilige Ablösepunkt 35, 36 an den Wandungen 29, 30 verschiebt sich in Abhängigkeit von der eingestellten Frequenz f. Die Summe aller Ablösepunkte 35, 36 für die durch die Steuereinrichtung 22 einstellbaren Frequen- zen f ergibt einen Bereich, welcher den Ablösebereich 37 der elektromagnetischen Welle vom Hornstrahler 23 definiert. The respective detachment point 35, 36 on the walls 29, 30 shifts in dependence on the set frequency f. The sum of all detachment points 35, 36 for the frequencies f that can be set by the control device 22 results in a region which defines the detachment region 37 of the electromagnetic wave from the horn antenna 23.
Fig. 3 veranschaulicht für die Frequenz f1 , dass sich durch die Lage der Ablösepunkte 35, 36 der Wellenvektor k parallel zur Achse 33 ausrichtet, d.h. die Hauptabstrahlrichtung 19„gerade" vom Hornstrahler 23 wegweist, also in dem Beispiel parallel zur Achse 33. Fig. 3 illustrates for the frequency f1 that, due to the position of the separation points 35, 36, the wave vector k is aligned parallel to the axis 33, i. the main emission direction 19 points "straight" away from the horn 23, ie in the example parallel to the axis 33.
Fig. 4 veranschaulicht, welche elektromagnetische Welle sich bei einer Frequenz f2 ergeben kann, die größer sein kann als die Frequenz f1 . Entspre- chend verringert sich ein Nodenabstand auf den Wert N2. Durch die Asymmetrie der Bereiche 31 , 32 schieben sich die Ablösepunkt 35, 36 in unterschiedlichem Maße oder unterschiedlich weit, sodass der Wellenvektor k in einem Winkel zur Achse 33 verstellt wird. Entsprechend wird die Hauptabstrahlrichtung 19 in einer Schwenkbewegung 20 verschwenkt, d.h. in einem Winkel zur Achse 33 ausgerichtet. Um eine kontinuierliche Schwenkbewegung 20 mit Veränderung der Frequenz f zu erhalten, kann der Bereich 32 zum Beispiel eine Krümmung 38 mit einem Radius R aufweisen oder als die Krümmung 38 ausgeformt sein, während der korrespondierende Bereich 31 zum Beispiel flach oder eben oder un-gekrümmt ausgestaltet sein kann. Die Krümmung 38 stellt somit im Vergleich zum gegenüberliegenden, korrespondierenden Bereich einen asymmetrischen Bereich dar. Fig. 4 illustrates which electromagnetic wave may result at a frequency f2 which may be greater than the frequency f1. Correspondingly, a node spacing decreases to the value N2. As a result of the asymmetry of the regions 31, 32, the detachment points 35, 36 slide to varying degrees or to different extents so that the wave vector k is adjusted at an angle to the axis 33. Accordingly, the main radiation direction 19 is pivoted in a pivoting movement 20, ie in one Angle aligned with the axis 33. For example, to obtain a continuous pivotal movement 20 with a change in frequency f, the region 32 may have a curvature 38 of radius R or may be formed as the curvature 38, while the corresponding region 31 may be flat, flat, or un-curved, for example can be. The curvature 38 thus represents an asymmetrical region in comparison to the opposite, corresponding region.
Der Bereich 32 kann auch als verschwenkbares Segment ausgestaltet sein, sodass sich das Segment bezüglich des Bereiches 31 verschwenken oder bewegen lässt. The region 32 can also be designed as a pivotable segment, so that the segment can be pivoted or moved relative to the region 31.
Die Strukturen des Hornstrahlers 23 sind somit bei dem Hornstrahler 23 nicht in allen Bereichen symmetrisch. Hierdurch ergibt sich die Frequenzabhän- gigkeit der Hauptabstrahlrichtung 19. Denn wenn die Winkel oder Öffnungswinkel der Wandungen 29, 30 der Hornstruktur 23 nicht achsen-symmetrisch zum Beispiel bezüglich der Achse 33 sind, sondern auf einer Seite in einem Bereich 32 eine größere Aufweitung aufweisen, hat dies zur Folge, dass die Sendekeule 15 auch mit einem nicht mehr achsen-symmetrischen Winkel abgestrahlt wird, wenn eine entsprechende Frequenz f eingestellt wird. Mit Änderung der Frequenz ändert sich der Feldlinienverlauf am Ablösebereich 37 und damit auch die Form der Richtcharakteristik, d.h. die Ausrichtung der Sendekeule 18. Die Frequenzabhängigkeit der Ablösepunkte 35, 36 der Feldlinien am Hornende, d.h. an der Öffnung 28, stammen von der Fre- quenzabhängigkeit der Modenabstände N1 , N2 des Hornstrahlers 23, die sich bis zum Hornende an der Öffnung 28 fortsetzt. Die asymmetrische Radienbildung der Krümmung 38 liegt dabei bevorzugt in der Dimension der Wellenlänge, d.h. in einem Bereich vom 0,7-fachen bis zum 1 ,3-fachen. Durch Veränderung der Sendefrequenz, die mit einem PCM-Verfahren von Radaranlagen verfügbar gemacht werden kann (PCM-Pulscodemodulation) wird durch die Asymmetrie des Hornstrahlers eine Richtungsänderung der Sendekeule 18 erreicht. Diese Richtungsänderung kann man sich bei der Objektbestimmung hinsichtlich der Richtung, also der Winkelstellung, in der sich das Objekt in Bezug auf zum Beispiel die Symmetrieachse 33 des Radarsensors 12 befindet, z.B. im Fahrerassistenzsystem 13 zu Nutze machen. The structures of the horn antenna 23 are therefore not symmetrical in the horn 23 in all areas. This results in the frequency dependency of the main emission direction 19. For if the angles or opening angles of the walls 29, 30 of the horn structure 23 are not axis-symmetrical, for example with respect to the axis 33, but have a larger expansion on one side in a region 32, This has the consequence that the transmitting lobe 15 is also emitted with a non-axis-symmetric angle when a corresponding frequency f is set. As the frequency changes, the field line pattern at the separation region 37 and thus also the shape of the directional characteristic, i. the orientation of the transmission lobe 18. The frequency dependence of the separation points 35, 36 of the field lines at the horn end, i. at the opening 28, originate from the frequency dependence of the mode spacings N1, N2 of the horn antenna 23, which continues to the horn end at the opening 28. The asymmetric radiusing of the bend 38 is preferably in the dimension of the wavelength, i. in a range of 0.7 times to 1, 3 times. By changing the transmission frequency, which can be made available by a PCM method of radar systems (PCM pulse code modulation), a change in direction of the transmitting lobe 18 is achieved by the asymmetry of the horn. This directional change can be found in the object determination with respect to the direction, ie the angular position in which the object is located with respect to, for example, the symmetry axis 33 of the radar sensor 12, e.g. in the driver assistance system 13 to take advantage.
Der Vorteil der Verwendung eines Hornstrahlers 23 ist dabei, dass die Energie gebündelt in einen definierten Raumwinkel abgestrahlt wird, durch wel- chen sich die Sendekeule 18 ergibt. Die Verluste sind kleiner und der Platzbedarf weitaus geringer als bei heutigen Patch-Antennen. The advantage of using a horn radiator 23 is that the energy bundled is emitted in a defined solid angle, through wel- Chen the transmission lobe 18 results. The losses are smaller and the space requirement is much lower than with today's patch antennas.
Die Verwendung der beschriebenen Krümmung 38 weist den Vorteil auf, dass der Ablösepunkt 36 der elektromagnetischen Welle 16 frequenzabhängig und unsymmetrisch aufgrund der Krümmung am Ende der Wandung 30 im Bereich der Öffnung 29 ist, und somit der Wellenvektor k mit der Frequenz f„verkippt,, werden kann. Die Energieabstrahlung ist damit nicht mehr auf die Richtung der Mittelachse 33 begrenzt, sondern abweichend davon und mit der Frequenzveränderung steuerbar. The use of the described curvature 38 has the advantage that the separation point 36 of the electromagnetic wave 16 is frequency-dependent and asymmetrical due to the curvature at the end of the wall 30 in the region of the opening 29, and thus the wave vector k with the frequency f "tilted, can be. The energy radiation is thus no longer limited to the direction of the central axis 33, but deviating from it and controllable with the frequency change.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung asymmetrisch betriebene Hornantennen bereitgestellt werden können. Overall, the example shows how asymmetrically operated horn antennas can be provided by the invention.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: CLAIMS:
Antennenvorrichtung (17) aufweisend: Antenna device (17) comprising:
- einen Hornstrahler (23) mit einem Einspeisebereich (25) zum Einspeisen einer elektromagnetischen Welle (16) in einen Hohlraum (27) des Hornstrahlers (23) und mit einem Ablösebreich (37), in welchem der Hohlraum (27) zu einer Umgebung (14) der Antennenvorrichtung (17) hin offen ist und in welchem die elektromagnetische Welle (16) sich im Betrieb der Antennenvorrichtung (17) von dem Hornstrahler (23) ablöst und in die Umgebung (14) austritt, wobei zwei gegenüberliegende, elektrisch leitfähige Wandungen (29, 30) des Hohlraums (27) ausgehend von dem Einspeisebereich (25) zueinander derart angeordnet sind, dass sie eine sich zu dem Ablösebreich (37) hin aufweitend ausgestaltete Trichterform (26) bilden, und - A horn (23) having a feed region (25) for feeding an electromagnetic wave (16) into a cavity (27) of the horn (23) and a Ablösebreich (37), in which the cavity (27) to an environment ( 14) of the antenna device (17) is open and in which the electromagnetic wave (16) detaches from the horn (23) during operation of the antenna device (17) and exits into the environment (14), wherein two opposing, electrically conductive walls (29, 30) of the cavity (27) starting from the feed region (25) to each other are arranged such that they form a to the Ablösebreich (37) toward flared funnel shape (26), and
- eine Steuereinrichtung (22) zum Erzeugen der elektromagnetischen Welle (16) in dem Einspeisebereich (25), a control device (22) for generating the electromagnetic wave (16) in the feed region (25),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die durch die Wandungen (29, 30) gebildete Trichterform (26) eine Asymmetrie aufweist und die Steuereinrichtung (22) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Richtungssignal (21 ), welches eine Abstrahlrichtung (19), in welche ein Wellenvektor (k) der elektromagnetischen Welle (16) nach dem Ablösen weisen soll, vorgibt, eine Frequenz (f) der im Einspeisebereich (25) erzeugten elektromagnetischen Welle (16) einzustellen. the funnel shape (26) formed by the walls (29, 30) has an asymmetry, and the control device (22) is arranged, in dependence on a direction signal (21), which has a radiation direction (19) into which a wave vector (k) the electromagnetic wave (16) after peeling, pretending to set a frequency (f) of the electromagnetic wave (16) generated in the feed region (25).
Antennenvorrichtung (17) nach Anspruch 1 , wobei die Asymmetrie im Ablösebereich (37) bereitgestellt ist. An antenna device (17) according to claim 1, wherein the asymmetry is provided in the separation region (37).
Antennenvorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Asymmetrie durch eine Krümmung (38) einer der Wandungen (30) bereitgestellt ist. An antenna device (17) according to any one of the preceding claims, wherein the asymmetry is provided by a curvature (38) of one of the walls (30).
Antennenvorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Länge eines asymmetrischen Bereichs (38) des Hornstrahlers (23) in einem Bereich vom 0,7-fachen bis zum 1 ,3-fachen einer Wellenlänge liegt, welche die elektromagnetische Welle (16) in dem Hornstrahler (23) bei zumindest einer der durch die Steuereinrichtung (22) in Abhängigkeit von dem Richtungssignal (21 ) einstellbaren Frequenzen (f) aufweist. An antenna device (17) according to any one of the preceding claims, wherein a length of an asymmetrical region (38) of said horn radiator (23) is in a range of 0.7 times to 1.3 times a wavelength which the electromagnetic wave (16 ) in the horn (23) in at least one of the control means (22) in response to the direction signal (21) adjustable frequencies (f).
5. Antennenvorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Wandungen (30) ein Segment aufweist, welches bezüglich der jeweils anderen Wandung (29) beweglich gelagert ist, und hierdurch die Asymmetrie durch Einstellen einer Stellung des5. Antenna device (17) according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the walls (30) has a segment which is movably mounted with respect to the respective other wall (29), and thereby the asymmetry by adjusting a position of
Segments einstellbar ausgestaltet ist. Segments is configured adjustable.
6. Antennenvorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (22) über einen Schlitzstrahler oder einem Hohlleiter mit dem Einspeisebereich (25) gekoppelt ist. 6. Antenna device (17) according to one of the preceding claims, wherein the control device (22) via a slot radiator or a waveguide with the feed region (25) is coupled.
7. Antennenvorrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (22) dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen (16) in einem Frequenzbereich von 70 GHz bis 90 GHz zu erzeugen. 7. An antenna device (17) according to one of the preceding claims, wherein the control device (22) is adapted to generate electromagnetic waves (16) in a frequency range of 70 GHz to 90 GHz.
8. Kraftfahrzeug (10) mit zumindest einer Antennenvorrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis7. 9. Verfahren zum Betreiben einer Antennenvorrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Abhängigkeit von einem Richtungssignal (21 ) eine Ausrichtung (19) eines Wellenvektors k einer Sendekeule (15) einer mittels eines asymmetrischen Hornstrahlers (23) der Antennenvorrichtung (17) in eine Umgebung (14) abgestrahlten elektromag- netischen Welle (16) durch Einstellen einer Frequenz (f) der elektromagnetischen Welle (16) eingestellt wird. 8. Motor vehicle (10) with at least one antenna device (17) according to one of claims 1 to7. 9. A method for operating an antenna device (17) according to any one of claims 1 to 6, wherein in response to a direction signal (21) an alignment (19) of a wave vector k of a transmitting lobe (15) by means of an asymmetrical horn radiator (23) of the antenna device (17) in an environment (14) radiated electromagnetic wave (16) by adjusting a frequency (f) of the electromagnetic wave (16) is set.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei durch das Einstellen der Frequenz (f) eine Wellenlänge der elektromagnetischen Welle (16) eingestellt wird und hierdurch ein Ablösepunkt (36), an welchem sich die elektromagnetische Welle (16) von einer Wandung (30) des Hornstrahlers (23) ablöst, entlang eines asymmetrisch ausgestalteten Bereichs (38) des Hornstrahlers (23) verschoben wird. 10. The method of claim 9, wherein adjusting the frequency (f) a wavelength of the electromagnetic wave (16) is adjusted and thereby a separation point (36), at which the electromagnetic wave (16) from a wall (30) of the Horn antenna (23) detaches, along an asymmetrically configured portion (38) of the horn (23) is moved.
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