[0001] Die Erfindung richtet sich auf eine Radarantennenanordnung für einen Radarsensor
mittlerer bis großer Reichweite, beispielsweise in Mikrostreifenleiter-Technik, insbesondere
mit Auflösung des Ablagewinkels zu einem reflektierenden Objekt, umfassend wenigstens
eine erste Antennengruppe mit mehreren einzelnen, miteinander gekoppelten Antennenelementen,
sowie wenigstens eine zweite Antennengruppe mit mehreren einzelnen, miteinander gekoppelten
Antennenelementen, wobei die einzelnen Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen
galvanisch nicht miteinander verbunden sind, jedoch in einer gemeinsamen, vorzugsweise
ebenen Fläche auf der Vorderseite einer Platine angeordnet sind sowie wenigstens entlang
einer Raumrichtung innerhalb dieser Fläche derart verschränkt angeordnet sind, dass
entlang einer solchen Verschränkungsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgende Antennenelemente
unterschiedlicher Antennengruppen einander abwechseln, und wobei die miteinander verschränkten
Antennenelemente in einem regelmäßigen Flächenmuster angeordnet sind mit Spalten und
Zeilen, wobei benachbarte Antennenelemente der selben Antennengruppe stets etwa gleiche
Abstände aufweisen.
[0002] Die
US 7,129,892 B2 offenbart eine planare Antenne mit mehreren Antennenflächen. Das Diagramm dieser
Antenne kann variiert werden, indem einem mittleren "Zweig" mit drei galvanisch bzw.
über Wellenleiter miteinander gekoppelten Antennenflächen wahlweise ein oder zwei
ähnliche Zweige parallel geschalten werden können. Obwohl damit das Antennendiagramm
beeinflussbar ist, bleibt dies doch stets eine einzige Antenne, die nur ein einziges
Empfangssignal liefert. Die ggf. abgetrennten "Nebenzweige" dienen nicht als eigenen
Antennen; sie verfügen jeweils nur über einen Anschluß zum Anlegen einer Gleichspannung,
womit PIN-Dioden in Koppelleitungen zwischen den Zweigen mittels unterschiedlicher
Gleichspannungen wahlweise in einen Durchlasszustand (Parallelschaltung von Zweigen)
und einen Sperrzustand (Abkopplung von Zweigen) geschalten werden. Benötigt man -
wie in der Radartechnik unabdingbar - zusätzlich zu einer Empfangsantenne auch eine
Sendeantenne, müßte man hierfür also bspw. zwei derartige Antennen nebeneinander anordnen.
Dies wiederum zieht einen relativ großen Flächenbedarf nach sich, insbesondere auch
deshalb, weil die Richtcharakteristik einer Antenne, definiert durch die 3dB-Keulenbreite
der Hauptkeule im Antennendiagramm, etwa umgekehrt proportional zu betreffenden Breitenerstreckung
der Antenne ist, so dass eine gute Richtcharakteristik sich nur mit einer ausreichend
großen Antennenfläche erreichen läßt. Im 24 GHz-Frequenzband ist aufgrund dieser Zusammenhänge
damit die Bündelung oder Richtcharakteristik auf 11° x 18° begrenzt.
[0003] Zwar gibt es in manchen Fällen die Möglichkeit, eine gemeinsame Antenne durch Umschalten
einmal als Sende- und ein andermal als Empfangsantenne zu nutzen; allerdings nur,
wenn eine lange Laufzeit des Radarsignals dies zuläßt. Bei Radarsensor-Anwendungen,
wo die zu messenden Entfernungen nur wenige 100 Meter oder sogar darunter umfassen,
ist dies zumeist nicht möglich. Hier ist insbesondere an automotive Anwendungen zu
denken, wo bspw. mittels Radar vorausfahrende Fahrzeuge erkannt werden können.
[0004] Gerade in diesem Anwendungsbereich ist andererseits auch eine hohe Richtcharakteristik
der Antennen wichtig. Denn bei Radarsensoren mittlerer bis großer Reichweite, also
etwa 100 m oder mehr, bildet die Kombination aus Sende- und Empfangsantenne(n) und
deren jeweils verfügbarer Antennengewinn ein Hauptkriterium für die Empfindlichkeit
und damit für die Reichweite des Radars. Dabei entspricht der Antennengewinn dem Verhältnis
aus der maximalen Strahlungsdichte einer (verlustbehafteten) Antenne mit einer Vorzugsrichtung
zu der Strahlungsdichte einer idealisierten Vergleichsantenne, die möglichst ungerichtet,
also isotrop, sendet. Ferner gibt es eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen dem Antennengewinn
und dem Richtfaktor einer Antenne. Je kleiner der Öffnungswinkel einer Antenne ist
und demzufolge je ausgeprägter ihre Richtcharakteristik, um so höher ist andererseits
ihr Antennengewinn. Damit verknüpft ist auch die Apertur einer Antenne, also die Größe
ihrer abstrahlenden Öffnung oder Fläche. Je größer die Apertur, um so ausgeprägter
die Richtcharakteristik, und um so größer der Antennengewinn. Dies führt gerade auch
bei Einsatz im Mikrowellenbereich zu relativ großen Abmessungen mit einem Durchmesser
der Aperturöffnung oder der abstrahlenden Fläche bis zu etwa 10 cm.
[0005] Andererseits gibt es in vielen Anwendungsfällen - bspw. im automotiven Bereich oder
auch bei industriellen Anwendungen wie bspw. der Füllstandsmessung - häufig Vorgaben
hinsichtlich der maximalen Größe eines derartigen Sensors, die nur mit Antennen zu
erfüllen sind, deren Durchmesser bei maximal etwa 10 bis 12 cm liegt. Die - erforderliche
- Kombination einer Sende- und einer Empfangsantenne führt zu dem doppelten Flächenbedarf,
was in vielen Fällen als großer Nachteil empfunden wird.
[0006] Als Gegenmaßnahme könnte man versuchen, das 77 GHz-Frequenzband anstelle des 24 GHz-Frequenzbandes
zu verwenden; allerdings bringt dies steigende Kosten für die dazu benötigten Hochfrequenzkomponenten
mit sich.
[0007] Eine andere Möglichkeit zur Reduzierung der Antennenabmessungen bestünde darin, nur
eine einzige Antenne zu verwenden und dieselbe nicht mittels Schaltern umzuschalten,
sondern die ein- und ausgehenden Signale mittels Sende-/Empfangsweichen od. dgl. voneinander
zu trennen. Hierfür kommt einerseits ein Zirkulator in Betracht, der aber einerseits
sehr teuer ist und andererseits nicht kompatibel zur Planartechnik ist, andererseits
ein sog. Power-Splitter, der jedoch erheblich schlechtere, technische Eigenschaften
aufweist. Eine stärkere Bündelung oder Richtcharakteristik als 11° x 11° läßt sich
damit im 24 GHz-Bereich nicht erzielen.
[0008] Die
US 2003/137456 A1 betrifft ein Dualband-Antennensystem, bspw. für die Kommunikation über größere Entfernungen,
und zweifelsohne nicht für Radargeräte, bei denen Sende- und Empfangsantenne naturgemäß
auf das selbe Frequenzband abgestimmt sein müssen, damit die Empfangsantenne das reflektierte
Signal der Sendeantenne empfangen kann. Deswegen werden dort auch Antennenpatches
mit erheblich voneinander abweichenden Abmessungen miteinander verschränkt.
[0009] Ein ähnliches Anwendungsgebiet betrifft das
US-Patent 5,923,296 A. Das daraus vorbekannte Antennensystem wäre überdies überhaupt nicht für Radaranwendungen
geeignet, da die verschiedenen, miteinander verschränkten Antennenpatches unterschiedliche
Vorzugsrichtungen aufweisen, was an den länglichen, überwiegend vertikalen Rechtecken
und an den länglichen, überwiegend horizontalen Rechtecken dazwischen zu erkennen
ist. Dies entspricht unterschiedlichen Polarisationsrichtungen, z.B. horizontal einerseits
und vertikal andererseits. Bei Radargeräten hat jedoch die reflektierte Welle dieselbe
Polarisationsrichtung wie die ausgesandte, so dass eine solche Sendeantenne keinesfalls
die reflektierten Signale empfangen könnte.
[0010] Auch die
US 2004/196203 A1 betrifft keine Radaranwendung, wo das ausgesandte Signal nach dessen Reflektion wieder
aufgefangen wird, sondern eine Antennenanordnung für einen Satelliten eines sog. Global
Positioning Systems (GPS), welches die Grundlage für moderne Navigationsgeräte darstellt.
Hierbei kommt es überhaupt nicht auf den Empfang des ausgesandten Signals an, sondern
nur auf die Übertragung von bestimmten, aufmodulierten Informationen. Auch aus diesem
Grunde sind hier wohl die unterschiedlichen Antennenelemente nicht in einem gemeinsamen,
regelmäßigen Verschränkungsmuster angeordnet, sondern es gibt räumlich unterschiedlich
gestaltete Bereiche, zumeist einen zentralen Bereich mit einem anderen Muster als
in dem peripheren Bereich.
[0011] Ferner betrifft das
US-Patent 5,017,931 A ein Feld mit Microstreifen-Antennenelementen zur Verwendung in einem Millimeterwellen-Frequenzbereich
zum Abstrahlen und Empfangen eines breiten Energiestrahls, wobei ein erstes, an seinem
Rand gespeistes Feld von Sendeelementen verschränkt ist mit den Sendeelementen eines
im Zentrum gespeisten Feldes, mit dem Zweck, die Antenneneigenschaften möglichst stabil
im Hinblick auf die Temperatur und Frequenz zu gestalten. Dabei variieren die Antennenelemente
der verschiedenen Felder hinsichtlich ihrer Anordnung und Größe auf unterschiedliche
Weise, so dass die Richtcharakteristiken der verschiedenen Antennenfelder erheblich
voneinander abweichen. Schließlich offenbart dieses Dokument nur eine Antenne als
solches ohne fest angeschlossene HF-Schaltkreise.
[0012] Die
DE 10 2006 042 487 A1 offenbart eine Planarantennenanordnung für elektromagnetische Strahlen, bestehend
aus wenigstens zwei Empfangsantennen, die jeweils aus einer Vielzahl von auf ein Substrat
aufgedruckten, diskreten, durch jeweils ein Speisenetzwerk miteinander verbundenen
Antennenflächen bestehen, wobei die Antennenflächen in der Messrichtung verschachtelt
zueinander angeordnet sind. Um ein Übersprechen zwischen den verschiedenen Antennen
zu verhindern, kann zwischen jenen eine linienförmige Abschirmung aufgedruckt sein.
Allerdings sind die Speisenetzwerke für die verschiedenen Antennen nicht voneinander
abgeschirmt, sondern sind insbesondere in bestimmten Bereichen relativ nah beieinander
vorbei geführt, so dass ein Übersprechen zwar nicht zwischen den Antennenflächen selbst
stattfindet, wohl aber zwischen den jene kontaktierenden Speisenetzwerken, welche
auf bestimmten Pfaden zwischen den Antennenflächen hindurch geführt sind. Darüber
hinaus ist nicht erkennbar, wohin diese Speisenetzwerke führen, da keinerlei HF-Sende-
oder -Empfangsbausteine offenbart sind, wo ja - gerade bei längeren Entfernungen -
ebenfalls ein Übersprechung stattfinden kann.
[0013] Aus den beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik resultiert das die Erfindung
initiierende Problem, eine Radarantennenanordnung derart zu optimieren, dass sowohl
für die Sende- als auch für die Empfangsantenne gemeinsam eine zur Verfügung stehende
Fläche von etwa 100 bis 150 cm
2 ausreicht. Nach Möglichkeit soll die Anordnung dabei so getroffen werden, dass dazu
weder teure Zusatzbauteile wie Zirkulator, Power-Splitter, Umschalter, etc. benötigt
werden, ferner soll eine Anwendung im Mikrowellen-ISM-Frequenzband bei 24 GHz möglich
sein, also bei Radarfrequenzen unterhalb von 70 GHz, und schließlich sollen die Antennen
möglichst optimal voneinander entkoppelt bzw. isoliert sein; ein Übersprechen soll
vermieden werden.
[0014] Die Lösung dieses Problems gelingt bei einer gattungsgemäßen Antennenanordnung dadurch,
dass
- a) der ersten und der zweiten Antennengruppe jeweils ein eigener HF-Schaltkreis mit
einem HF-Sende- und/oder Empfangsbaustein zugeordnet ist, an welchen die Anschlüsse
der jeweils miteinander gekoppelten Antennenelemente der betreffenden Antennengruppe
fest angeschlossen sind, also ohne Einfügung eines (Um-) Schaltelementes, Zirkulators,
Power-Splitters od. dgl., so dass beide Antennengruppen gleichzeitig betreibbar sind;
- b) wobei ferner eine von der Vorderseite der Platine nur durch eine dünne, elektrisch
isolierende Lage getrennte, ansonsten jedoch unmittelbar folgende Zwischenschicht
als nahezu geschlossene, elektrisch leitende Masseschicht konzipiert ist;
- c) wobei hinter der elektrisch leitenden Masseschicht, von dieser nur durch eine weitere,
elektrisch isolierende Lage getrennt, eine weitere Schicht mit einem ersten Leiterbahnsystem
vorgesehen ist, welches ausschließlich die Antennenflächen einer ersten Antennengruppe
untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung verbindet;
- d) während sich ein zweites, ausschließlich die Antennenflächen der zweiten Antennengruppe
untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung verbindendes Leiterbahnsystem
hinter einer zweiten, nahezu geschlossenen, elektrisch leitenden Masseschicht angeordnet
ist, die von dem ersten und zweiten Leiterbahnsystem nur durch je eine elektrisch
isolierende Lage getrennt ist;
- e) und wobei zu jeder Antennengruppe wenigstens ein Antennenelement existiert, das
in wenigstens einer Verschränkungsrichtung der betreffenden Antennenanordnung von
wenigstens zwei gleich weit entfernten Antennenelementen einer anderen Antennengruppe
flankiert wird sowie von wenigstens zwei, jeweils gleich weit von dem ersten Antennenelement
entfernten Antennenelementen der selben Antennengruppe, wobei die Fläche aller Antennenelemente
innerhalb jeder Spalte bei der jeweils mittleren Antennenfläche am größten ist und
zu dem oberen und unteren Ende der Spalte hin jeweils ständig abnimmt.
[0015] Der gleichzeitige Betrieb mehrerer Antennen bzw. mehrerer Gruppen von Antennenelementen
ist für Anwendungen im Radarbereich besonders wichtig, wo Reflexionen der ausgestrahlten
Signale nahezu zeitgleich wieder empfangen werden müssen. Ferner werden durch den
gleichzeitigen Betrieb teure Zusatzbauteile wie Zirkulator, Power-Splitter, Umschalter,
etc. entbehrlich. Bei Verwendung eines Umschalters od. dgl. ist zumeist nicht für
jede Antenne ein eigener HF-Sende- oder HF-Empfangsbaustein vorhanden, sondern mehrere
Antennen teilen sich einen solchen, was einen gleichzeitigen Betrieb unmöglich macht.
Außerdem entstehen durch derartige Umschaltbauteile od. dgl. zusätzliche Kosten, und
zumeist lassen sich nachteilige Einflüsse auf die zu verarbeitenden Signale, bspw.
Reflexionen, stehende Wellen od. dgl., nicht vollständig vermeiden.
[0016] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Begriff "verschränkt" in dem Sinne zu
verstehen, dass wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Antennenelement(e) einer Gruppe
(jeweils) zwischen wenigstens zwei Antennenelementen einer anderen Gruppe angeordnet
ist/sind; vorzugsweise gilt dies auch umgekehrt, derart, dass also wenigstens ein,
vorzugsweise mehrere Antennenelemente der zweiten Gruppe an zwei einander etwa gegenüberliegenden
Seiten von wenigstens je einem Antennenelement der ersten Gruppe umgeben ist/sind.
Eine solche Verschränkung bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich: Die Apertur bzw.
Abstrahlfläche einer Antennengruppe kann mit der von den jeweils periphersten Antennen
dieser Gruppe umgrenzte bzw. markierte Gesamtfläche gleichgesetzt werden, also in
etwa der Fläche der gesamten Antennnenanordnung, so dass die zur Verfügung stehende
Fläche von beiden (oder noch mehr) Antennengruppen optimal genutzt werden kann. Dennoch
können die einzelnen Antennenelemente individuell ausgelegt bzw. eingestellt werden,
insbesondere hinsichtlich Resonanz und Impedanz. Die Erfindung beschreibt eine Möglichkeit,
um das Übersprechen zwischen direkt benachbarten Antennenelementen bzw. zwischen miteinander
verschränkten Antennengruppen zu minimieren.
[0017] Als weiteres Merkmal existiert zu jeder Antennengruppe wenigstens ein Antennenelement
("mittiges Antennenelement"), welches in jeder Verschränkungsrichtung von zwei "fremden"
Antennenelementen (von einer fremden Antennengruppe) und von zwei "gleichen" Antennenelementen
(von der gleichen Antennengruppe) flankiert wird, wobei vorzugsweise zwei fremde Antennenelemente
jeweils in beliebigen, aber untereinander identischen Abständen zu dem mittigen Antennenelement
angeordnet sind, und wobei vorzugsweise zwei gleiche Antennenelemente jeweils in beliebigen,
aber untereinander identischen Abständen zu dem mittigen Antennenelement angeordnet
sind. Dieses Merkmal ist kennzeichnend für einen hohen Verschränkungsgrad unter den
beteiligten Antennengruppen, was wiederum für einen sehr sanften und glatten Verlauf
des Antennendiagramms förderlich ist, sowie insbesondere für die Unterdrückung von
Nebenmaxima bzw. Nebenkeulen. Dies wiederum ist für die Eindeutigkeit eines Meßergebnisses
von großer Bedeutung und damit für die Zuverlässigkeit eines ggf. berechneten Ablagewinkels.
[0018] Ferner sind die miteinander verschränkten Antennenelemente in einem regelmäßigen
Flächenmuster angeordnet mit Spalten und Zeilen. Ein solches Muster begünstigt die
gleichförmige Überlagerung der von den einzelnen Antennenelementen abgegebenen oder
aufgenommenen Sendesignale.
[0019] Außerdem sind die Flächen aller Antennenelemente innerhalb jeder Spalte bei der jeweils
mittleren Antennenfläche am größten und nehmen zu dem oberen und unteren Ende der
Spalte hin jeweils ständig ab. Da die Gesamtanordnung meistens (spiegel-) symmetrisch
ist, gibt es meistens zwei zueinander symmetrisch angeordnete Antennenflächen, welche
bevorzugt auch in ihren Abmessungen weitgehend identisch sind.
[0020] Mehrere oder vorzugsweise alle Antennenelemente sind auf einem platten- oder platinenförmigen
Substrat angeordnet. Dessen Aufgabe kann einerseits die Isolation der Antennenelemente
gegenüber weiteren Schaltungsteilen sein, andererseits auch die mechanische Abstützung
der Antennenelemente, um dieselben in einem konstanten Raster möglichst unverrückbar
zu fixieren.
[0021] Indem die angeschlossenen HF-Schaltkreise auf dem selben Substrat angeordnet sind
wie wenigstens zwei miteinander verschränkte Antennengruppen, erhält man einerseits
eine platzsparende Anordnung. Außerdem können die Verbindungsleitungen möglichst kurz
gestaltet werden, so dass die Einstreuung von Störsignalen minimiert wird; gleichzeitig
werden auch Anschlüsse für Kabel od. dgl. zu anderen Platinen, etc. vermieden, wodurch
sich Reflexionen od. dgl. systematische Störfaktoren ebenfalls minimieren lassen.
[0022] Indem die Antennenelemente auf einer Seite eines flächigen Substrats, insbesondere
einer Platine, angeordnet sind, auf dessen/deren Rückseite sich wenigstens ein, vorzugsweise
beide HF-Sende- und/oder HF-Empfangsbausteine befinden, erfolgt eine Aufteilung der
unterschiedlichen Schaltungs- bzw. Antennenkomponenten auf beide Flachseiten eines
flächigen Substrats, wodurch dessen Flächenbedarf optimal ausgenutzt wird. Der Flächenbedarf
der Gesamtanordnung wird somit auf die von den Antennen benötigte Fläche reduziert.
[0023] Außerdem wirkt sich die Schaltung auf der Rückseite der Platine funktechnisch weit
weniger störend aus als auf der die Antennen tragenden Vorderseite der Platine. Zur
Ankopplung der Antennen an die HF-Bausteine kann vorgesehen sein, dass wenigstens
ein, vorzugsweise beide HF-Sende- und/oder HF-Empfangsbausteine mittels jeweils einer
oder mehrerer das Substrat, insbesondere die Platine, durchsetzender Durchkontaktierungen
mit den Antennenelementen der betreffenden Antennengruppe gekoppelt ist/sind. Dadurch
lassen sich die Kontaktierungen auf kurzen Wegen bewirken, was einem optimalen Signalfluß
zuträglich ist.
[0024] Dabei ist der ersten und der zweiten Antennengruppe jeweils ein eigener HF-Empfangsbaustein
zugeordnet, so dass beide Antennengruppen gleichzeitig als Empfangsantennen betreibbar
sind. Durch unterschiedliche Richtcharakteristiken und/oder einen gegenseitigen Versatz
können diese beiden Empfangsantennengruppen unterschiedliche Informationen über ein
Radarwellen reflektierendes Objekt liefern, wenn sie gleichzeitig aktiv sind. Indem
an den einer Antennengruppe zugeordneten HF-Empfangsbaustein die Anschlüsse der jeweils
miteinander gekoppelten Antennenelemente der betreffenden Antennengruppe fest angeschlossen
sind, so lassen sich beide Antennengruppen gleichzeitig als Empfangsantennen betreiben.
[0025] Dies hat bspw. den Vorteil, dass zwei oder mehrere Empfangsantennengruppen seitlich
gegeneinander versetzt und/oder mit unterschiedlicher Richtcharakteristik verwendet
werden können, um aus der reflektierten Strahlung eine maximale Information zu erhalten,
insbesondere über Lage bzw. Ablagewinkel eines reflektierenden Objektes.
[0026] Besondere Vorteile ergeben sich daraus, dass die Gesamtfläche der ineinander verschränkten
Antennengruppen etwa gleich dem Flächenbedarf der Antennengruppe mit der engsten Richtcharakteristik
ist, wobei die Breite der Richtcharakteristik der 3 dB-Keulenbreite des betreffenden
Antennendiagramms entspricht. Zum Erreichen einer vorgegebenen Richtcharakteristik
bedarf es bestimmter äußerer Abmessungen einer Antenne bzw. Antennengruppe, welche
deren Apertur bestimmen. Dabei erfordert die Antenne mit der engsten Richtcharakteristik
die größte Fläche, und innerhalb des Umrisses dieses Flächenbedarfs ordnet die Erfindung
stattdessen mehrere Antennengruppen an, so dass sich bei der Erfindung der effektive
Platzbedarf gegenüber einer einzigen Antennengruppe nicht erhöht.
[0027] Die Erfindung erlaubt es, die Trennschärfe zwischen zwei, mehr oder allen Antennengruppen
(jeweils) gleich oder größer als 20 dB zu wählen. Dies resultiert insbesondere daraus,
dass - wie die Erfindung weiterhin vorsieht - zwischen unterschiedlichen Antennengruppen
keinerlei Verbindungen - insbesondere auch nicht durch Halbleiterelemente oder sonstige
Schaltungsteile - existieren.
[0028] Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die unterschiedlichen Antennengruppen an jeweils
einem gemeinsamen Ein- oder Ausgang, insbesondere HF-Ein- oder - Ausgang, angeschlossen
oder fest angekoppelt sind. Damit ist jede Antennengruppe über ein einziges, gemeinsames
elektrisches HF-Ein- oder -Ausgangssignal betreibbar, das schaltungstechnisch leicht
erzeugt bzw. ausgewertet werden kann.
[0029] Die Radarantennenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass entlang wenigstens einer
Raumrichtung aufeinanderfolgende Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen
einander abwechseln. Damit ergeben sich jeweils Antennenreihen mit etwa gleichen,
vorzugsweise etwa gerasterten Abständen der einzelnen Antennenmitglieder einer Gruppe.
Dadurch wird die zur Verfügung stehende Gesamtfläche mit einer möglichst gleichförmigen
Sendeleistung bzw. Empfangsfeldstärke optimal genutzt und trägt daher komplett zur
Apertur- bzw. Strahlungsfläche bei.
[0030] Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass entlang zweier, unterschiedlicher
Raumrichtungen jeweils aufeinanderfolgende Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen
einander abwechseln. Damit ergeben sich jeweils Antennenfelder mit etwa gleichen,
vorzugsweise etwa gerasterten Abständen der einzelnen Antennenmitglieder einer Gruppe.
Dadurch wird die zur Verfügung stehende Gesamtfläche mit einer möglichst gleichförmigen
Sendeleistung bzw. Empfangsfeldstärke optimal genutzt und trägt daher komplett zur
Apertur- bzw. Strahlungsfläche bei.
[0031] Bevorzugt verlaufen die beiden Raumrichtungen, entlang welcher jeweils aufeinanderfolgende
Antennenelemente unterschiedlicher Antennengruppen einander abwechseln, etwa rechtwinklig
zueinander. Damit ergeben sich höchst geordnete und überschaubare Verhältnisse, wobei
benachbarte Antennenelemente der selben Antennengruppe stets etwa gleiche Abstände
zueinander aufweisen.
[0032] Für die Lage der Flächenschwerpunkte aller Antennen (-flächen) pro Antennengruppe
läßt sich ebenfalls eine Relation zwischen unterschiedlichen Antennengruppen aufstellen:
Hier sollte der Abstand der Flächenschwerpunkte möglichst nicht größer sein als der
Abstand zwischen zwei Antennen (-flächen) derselben Antennengruppe, welche wenigstens
eine Antenne einer anderen Antennengruppe zwischen sich einschließen, bei einem Schachbrettmuster
also die nächstgelegenen Antennen derselben Antennengruppe innerhalb derselben Reihe
oder Spalte, entsprechend der innerhalb einer Spalte oder Reihe eines Schachbrettes
nächstgelegenen Felder mit derselben Farbe. Obzwar sich auf diesem Weg bei Schachbrettmustern
mit jeweils gerader Zeilen- und Spaltenzahl, also bspw. jeweils acht oder jeweils
zehn, sogar eine Anordnung finden läßt, bei welcher die Flächenschwerpunkte zweier
unterschiedlicher Antennengruppen zusammenfallen, wird in vielen Anwendungsfällen
ein mehr oder weniger großer Versatz der Flächenschwerpunkte gewünscht sein.
[0033] Die erfindungsgemäße Anordnung begünstigt eine Ausführung, wobei mehrere oder vorzugsweise
alle Antennenelemente als Antennenflächen und/oder als planare Antennen ausgeführt
sind. Solche Antennen werden üblicherweise als "Antennenpatches" bezeichnet; sie lassen
sich vollflächig auf einem platten- oder platinenförmigen Substrat fixieren, um so
ein Höchstmaß der mechanischen Stabilität zu erreichen.
[0034] Mehrere oder vorzugsweise alle Antennenpatches können bspw. jeweils eine eckige,
vorzugsweise eine rechteckige oder quadratische Fläche aufweisen. Eine solche Anordnung
ist einerseits für die Anordnung in einem Muster mit in einem konstanten Raster angeordneten
Antennen geeignet. Andererseits können sich - bedingt durch die konstante Länge solcher
Flächen - auf solchen Antennen stehende Wellen optimal ausbilden, so dass sich eine
ausgeprägte Resonanzkurve ergibt und die Sende- und/oder Empfangsfrequenz scharf begrenzt
werden kann. Derartige Patches eignen sich bevorzugt für eine lineare Polarisierung.
[0035] Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass mehrere oder vorzugsweise
alle Antennenpatches jeweils eine mehreckige, insbesondere abgeschrägte, oder gar
eine kreisförmige Fläche aufweisen, insbesondere eine Fläche von der Gestalt eines
(unregelmäßigen) Sechsecks oder von kreisförmiger Gestalt. Derartige Patches eignen
sich bevorzugt für eine zirkulare Polarisierung.
[0036] Die Frage, ob die Patches zu linearen oder zirkularen Schwingungen angeregt werden
sollen, ist nicht von grundlegender Bedeutung. Wichtig ist jedoch, dass gegebenenfalls
möglichst alle Antennenpatches in der gleichen Art und Raumrichtung schwingen sollen,
also bspw. allesamt linear polarisiert, insbesondere allesamt in der selben Raumrichtung
und -phase schwingend, oder allesamt zirkular polarisiert, insbesondere ebenfalls
allesamt in der selben Phase schwingend. Dies kann u.a. dadurch erreicht werden, dass
die Anschlußleitungen aller Patches dieselben stets unter derselben oder allenfalls
unter antiparallelen Raumrichtungen erreichen.
[0037] Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zwei, mehrere oder alle flächigen Antennenelemente,
insbesondere -patches, an einem Punkt zwischen dem Zentrum und der Peripherie einer
dem betreffenden Antennenelement umbeschriebenen Fläche angeschlossen sind, entweder
mittels einer Durchkontaktierung zu dem betreffenden Punkt oder im Bereich einer nach
innen gerichteten Aussparung in der umbeschriebenen Fläche des betreffenden Antennenpatches.
In diesem Bereich kann eine Ankopplung mit einem maximalen Energieaustausch realisiert
werden. Dies ist weder am äußeren Rand eines Patches gegeben (weil dort der Stromfluß
innerhalb des Patches lotrecht zum Rand stets null ist, so dass sich dort ein Schwingungsknoten
ausbildet) noch im geometrischen Zentrum des Patches (weil dort die maximale Schwingungsamplitude
auftritt und dieselbe solchenfalls duch das angekoppelte Signal begrenzt wird).
[0038] Ferner sieht die Erfindung vor, dass in der Fläche der Antennenelemente entweder
keine zueinander parallelen Anschluss-Leiterbahnen unterschiedlicher Antennengruppen
existieren oder diese einen gegenseitigen Mindestabstand aufweisen, welcher der maximalen
Kantenlänge eines Antennenelements entspricht. Dadurch kann ein direktes Übersprechen
zwischen diesen Anschluss-Leiterbahnen vermieden oder jedenfalls auf ein Minimum reduziert
werden.
[0039] An der Peripherie einer Antennengruppe sollte wenigstens ein Antennenelement existieren,
dessen aufgenommene und abgestrahlte Sendeleistung (bei Sendebetrieb) oder aufgefangene
und weitergegebene Empfangsleistung (bei Empfangsbetrieb) kleiner ist als die von
einem Antennenelement im Inneren der betreffenden Antennengruppe, insbesondere im
Bereich ihres Flächenschwerpunktes, aufgenommene und abgestrahlte oder aufgefangene
und weitergegebene Sende- bzw. Empfangsleistung, vorzugsweise um wenigstens 10 % kleiner,
insbesondere um wenigstens 15 % kleiner. Durch die zur Peripherie einer Antennengruppe
hin abnehmende Leistung der einzelnen Antennenpatches wird ein abrupter Rückgang der
Strahlungsleistung am Rand einer Antennengruppe vermieden, was die Richtcharakteristik
verbessert, indem Nebenmaxima weitestgehend unterdrückt werden. Damit lassen sich
im Rahmen eines Radarverfahrens weitaus bessere Aussagen über ein reflektierendes
Objekt treffen als bei einer Vielzahl von Nebenmaxima, welche die Information erheblich
verfälschen können.
[0040] Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die aufgenommene und abgestrahlte
Sendeleistung oder die aufgefangene und weitergeleitete Empfangsleistung der Antennenpatches
von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere von ihrem Flächenschwerpunkt,
zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang
jeder Raumrichtung innerhalb der Fläche, kontinuierlich abnimmt. Eine solche stetige
Abnahme dient der Vermeidung eines abrupten Übergangs der Strahlungsleistung am Rand
der Antennengruppen; dieses wiederum bringt eine erhebliche Reduzierung von Nebenmaxima
in der Richtcharakteristik mit sich, und letzteres wiederum hat eine präzisere Informationsauswertung
zur Folge sowie eine verläßlichere Vorhersage über die genaue Lage erkannter Objekte.
[0041] Eine optimale Richtcharakteristik ergibt sich insbesondere dadurch, dass die aufgenommene
und abgestrahlte Sendeleistung oder die aufgefangene und weitergeleitete Empfangsleistung
der Antennenpatches von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere
von ihrem Flächenschwerpunkt, zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung,
vorzugsweise entlang jeder Raumrichtung in der Fläche, etwa entlang einer Cosinus-
oder Cosinus
2-Kurve abnimmt, wobei sich der Nullpunkt des Arguments dieser Kurve im Zentrum bzw.
Flächenschwerpunkt der betreffenden Antennengruppe befindet. Solche Kurven schaffen
einen maximal glatten Übergang von einer maximalen Sendeleistung im Zentrum einer
Antennengruppe zu der außerhalb der Antennengruppe verschwindenden Sendeleistung -
die Ausprägung von unerwünschten Nebenmaxima ist minimal.
[0042] Zu diesem Zwecke läßt sich erfindungsgemäß die Fläche eines Antennenpatches von dessen
Lage abhängig machen, und zwar derart, dass die Fläche eines Antennenpatches vom Zentrum
der Radarantennenanordnung bzw. Antennengruppe, insbesondere von dem Flächenschwerpunkt
der betreffenden Antennengruppe, entlang wenigstens einer Raumrichtung zu deren Peripherie
hin kleiner wird, bspw. linear oder etwa entlang einer Cosinus- oder Cosinus
2-Kurve. Die Fläche eines Antennenpatches, insbesondere dessen Breite quer zu einer
stehenden Welle, ist charakteristisch für deren Impedanz und damit für ihre Strahlungsstärke.
[0043] Die quer zu ihrer Schwingungsrichtung gemessene Breite der Antennenpatches bestimmt
die Impedanz des betreffenden Patches und damit dessen Leistungsaufnahme und -abstrahlung.
Wenn diese quer zu ihrer Schwingungsrichtung gemessene Breite der Antennenpatches
daher von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere von ihrem Flächenschwerpunkt,
zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang
jeder Raumrichtung innerhalb der Fläche, abnimmt, bspw. linear oder etwa entlang einer
Cosinus- oder Cosinus
2-Kurve, so verhält sich die aufgenommene bzw. abgestrahlte Sendeleistung entsprechend.
[0044] Andererseits ist es auch möglich, die den Antennenpatches zugeführte oder von diesen
abgegriffene Leistung von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe, insbesondere
von ihrem Flächenschwerpunkt, zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens einer Raumrichtung,
vorzugsweise entlang jeder Raumrichtung innerhalb der Fläche, zu reduzieren, bspw.
linear oder etwa entlang einer Cosinus- oder Cosinus
2-Kurve. Somit können die peripheren Patches - selbst bei vergleichbarer Impedanz -
infolge der geringeren, angebotenen Sendeleistung nur weniger Leistung aufnehmen oder
abstrahlen als vergleichbare Patches im Zentrum der betreffenden Antennengruppe. Im
Sendebetrieb kann die abgegriffene und zum HF-Empfänger weitergeleitete Leistung reduziert
bzw. gedämpft werden, um eine vergleichbare Wirkung beim Empfangsbetrieb zu erreichen.
[0045] Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der aufgenommenen und abgestrahlten oder
aufgefangenen und weitergeleiteten Leistung besteht darin, dass der Anschluss wenigstens
eines Antennenpatches im Bereich der Peripherie der betreffenden Antennengruppe stärker
zu dem der Fläche des betreffenden Antennenpatches umbeschriebenen Rand verschoben
ist als der Anschluß eines Antennenpatches im Inneren der betreffenden Antennengruppe
gegenüber dem dortigen umbeschriebenen Rand. Da im Randbereich die Ankopplung weniger
stark ausfällt als in einem eher zentralen Bereich eines Antennenpatches, können derartig
dimensionierte, periphere Antennenpatches nur weniger Energie mit dem angeschlossenen
HF-Baustein austauschen als Antennenpatches im Zentrum der Antennengruppe.
[0046] Die den Antennenpatches zugeführte oder von diesen abgegriffene Leistung kann mittels
Leistungsteilern im Speisenetzwerk zur Peripherie hin reduziert werden, vorzugsweise
entsprechend dem Verhältnis von gegebenenfalls voneinander abweichenden Wellenwiderständen
in unterschiedlichen Zweigen des Speise- oder Empfangsnetzwerks.
[0047] Andererseits ist es auch möglich, dass die den Antennenpatches zugeführte oder von
diesen abgegriffene Leistung mittels Lambda-Viertel-Transformatoren und/oder mittels
Widerständen in bestimmten, insbesondere zu peripheren Antennenpatches führenden Zweigen
des Speise- oder Empfangs- bzw. Abgriffsnetzwerks reduziert wird.
[0048] Die Längserstreckung zweier, mehrerer oder aller Antennenpatches in wenigstens einer
gemeinsamen Raumrichtung sollte gleich groß sein. Diese Längserstreckung eignet sich
in besonderem Maße zur Ausbildung einer stehenden Resonanzwelle gleicher Schwingfrequenz
und sollte daher in einem bestimmten Verhältnis zur Wellenlänge der bevorzugten Radarwelle
stehen.
[0049] Zur Ausbildung einer stehenden Welle ist es förderlich, dass die gemeinsame Länge
zweier, mehrerer oder aller Antennenpatches etwa der halben Wellenlänge der abgestrahlten
bzw. sensierten Radarsignale entspricht, oder einem Bruchteil davon, etwa einem Viertel
derselben. Im Rahmen einer Erstreckung mit der halben Wellenlänge einer Schwingung
kann sich an beiden elektrisch reflektierenden Enden einer Antennenfläche, d.h., an
den einander gegenüberliegenden Stirnseiten, je ein Schwingungsknoten bilden, sowie
mit je einem Schwingungsbauch dazwischen.
[0050] Wenn benachbarte Antennenpatches geeignet voneinander beabstandet sind, so wird damit
eine elektrische Entkopplung zwischen den Antennen, welche vorzugsweise zu unterschiedlichen
Antennengruppen zuzuordnen sind, bewirkt. Als geeignet hat sich dabei ein Mindestabstand
von wenigstens λ/8 erwiesen, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz
im Vakuum entspricht.
[0051] Andererseits empfiehlt die Erfindung, dass die Antennenpatches einer gemeinsamen
Antennengruppe voneinander beabstandet sind, bspw. um etwa die Wellenlänge der abgestrahlten
bzw. sensierten Radarsignale oder einem Bruchteil oder Vielfachen davon, bspw. der
doppelten Wellenlänge. Durch eine solche Maßnahme kann das phasenrichtige Schwingen
unterschiedlicher Antennenpatches einer gemeinsamen Antennengruppe auf einfachem Wege
sichergestellt werden.
[0052] Insbesondere zwei gleichzeitig als Empfangsantennen betriebene Antennengruppen sollten
in wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise in etwa horizontaler Richtung, einen
Antennenversatz aufweisen, d.h., einen Abstand d zwischen den beiden Antennenschwerpunkten
aller Antennenelemente, insbesondere -patches, jeder der beiden Antennengruppen, welcher
vorzugsweise kleiner ist als die gesamte Erstreckung der Antennengruppe mit der breitesten
Richtcharakteristik in der betreffenden Raumrichtung, wobei die Breite der Richtcharakteristik
der 3 dB-Keulenbreite des betreffenden Antennendiagramms entspricht. Ein solcher,
relativ geringer Versatz läßt sich nur durch eine Verschränkung der einzelnen Antennenelementen
erreichen.
[0053] Die erfindungsgemäß miteinander verschränkten Antennenelemente erlauben insbesondere
Anordnungen mit einem Abstand d zwischen den beiden Antennenschwerpunkten aller Antennenelemente,
insbesondere -patches, zweier Antennengruppen, der gleich oder kleiner ist als die
Wellenlänge λ:
[0054] Zwei, mehrere oder alle flächigen Antennenelemente, insbesondere -patches, sollten
an einem Punkt zwischen dem Zentrum und der Peripherie einer dem betreffenden Antennenelement
umbeschriebenen Fläche angeschlossen sein, entweder mittels einer Durchkontaktierung
zu dem betreffenden Punkt oder im Bereich einer nach innen gerichteten Aussparung
in der umbeschriebenen Fläche des betreffenden Antennenelements. In diesen Bereichen
liegt die Anschlussimpedanz eines Patches in einem für die Ankopplung optimalen Bereich.
[0055] Besonders förderlich ist es, zwischen zweien, mehreren oder allen Antennenelementen
einer gemeinsamen Antennengruppe, insbesondere zwischen den nächstgelegenen Antennenelementen
einer gemeinsamen Antennengruppe eine (galvanische) Verbindung vorzusehen, vorzugsweise
in Form einer Signallaufleitung, bspw. etwa von der Wellenlänge der abgestrahlten
bzw. sensierten Radarsignale oder einem Vielfachen davon, bspw. der doppelten Wellenlänge.
Diese Signalleitung dient dann als Verzögerungsleitung und sorgt dafür, dass die Signale
den betreffenden Antennenelementen bzw. -patches phasenrichtig zugeführt werden bzw.
von diesen stammende (Empfangs-) Signale phasenrichtig addiert bzw. überlagert werden,
so dass sich infolge der Überlagerung die betreffende Schwingungsamplitude erhöht
oder vermindert.
[0056] Wenn - wie die Erfindung weiter vorsieht - die der Verbindung dienenden Signalleitungen
auf etwa geradem Weg zwischen den betreffenden Antennenelementen bzw. -patches verlaufen,
so sollten diese nächstgelegenen und direkt miteinander verbundenen Antennenpatches
um ein vorgegebenes, vorzugsweise etwa konstantes Maß voneinander beabstandet sein,
welches bspw. etwa der Wellenlänge der abgestrahlten bzw. sensierten Radarsignale
entspricht, oder einem Vielfachen davon, bspw. der doppelten Wellenlänge. Solchenfalls
ruft eine gerade gestreckte Signalleitung eben die erwünschte Phasenverschiebung um
n * λ hervor.
[0057] Die Speisung von zwei, mehreren oder allen Antennenpatches der selben Antennengruppe
kann auf galvanischem Weg erfolgen, insbesondere mittels Wellenleitern; diese Methode
hat sich bei geätzten Schaltungen bewährt, weil dann die Verbindungsleitungen gleichzeitig
mit der Herstellung der Antennen (-flächen) selbst erfolgen kann. Aus einer derartigen
Leitungsverbindung wird zusammen mit einer rückwärtig auf der betreffenden Platine
oder Platinenlage aufgebrachten (Masse-) Leitungsfläche eine Streifenleitung.
[0058] Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn eine oder mehrere Reihen von Antennenpatches
der selben Antennengruppe in der Antennenebene selbst miteinander verbunden sind.
Da die benachbarten Antennenelemente oder -flächen vorzugsweise unterschiedlichen
Antennengruppen zugeordnet werden, sind sie signalmäßig möglichst vollständig voneinander
zu trennen, was am besten durch einen gewissen, gegenseitigen Abstand realisierbar
ist. Zwischen benachbarten Antennenelementen oder -flächen verbleiben daher ungenutzte
Gassen, welche sich hervorragend zum Einfügen von Anschlußleitungen eignen.
[0059] Da eine Anschlussleitung meistens einer von zwei benachbarten Antennenelementen oder
-flächen signalmäßig zuzuordnen ist, besteht oftmals keine Veranlassung, hier eine
(galvanische) Trennung vorzunehmen. Vielmehr können in diesem Fall die jeweils betroffenen
Antennenelemente oder -flächen unter bestimmten Voraussetzungen direkt in die Signalleitung
integriert werden, das Signal wird sozusagen durch ein Antennenelement hindurch zum
nächsten geleitet. Dadurch entsteht eine Anordnung, wobei zwei oder mehr Antennenelemente,
insbesondere -patches, nach Art einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind.
[0060] Bei Nutzen eines (-r) Antennenelements oder -fläche als Signalleiter werden an dem
betreffenden Antennenelement zwei Verbindungsleitungen angeschlossen, insbesondere
an einander etwa gegenüberliegenden Bereichen. Dabei fungiert der eine Anschluß als
Zuleitung für das/die betreffende Antennenelement oder -fläche, der andere Anschluß
bildet die Zuleitung des/der nächstfolgend angeschlossenen Antennenelements oder -fläche.
[0061] Wenn ein Antennenelement nach Art einer Abzweigung an eine gemeinsame Zuleitung angeschlossen
ist, so kann man hierbei eher an eine Parallelschaltung der einzelnen Antennenelemente
bzw. -zweige denken.
[0062] Wenn ein Antennenelement oder -patch von einer gemeinsamen Verbindungsleitung einseitig
abzweigt, kann die Anordnung insgesamt derart getroffen sein, dass die mit einer gemeinsamen
Verbindungsleitung gekoppelten Antennenelemente oder - flächen abwechselnd in beide
Richtungen gegenüber der Verbindungsleitung abzweigen; mit einer solchen Anordnung
gelingt es bspw., sämtliche Antennenelemente verschiedener Antennengruppen innerhalb
der Ebene der Antennenelemente selbst an gemeinsame Zuleitungen anzuschließen.
[0063] Eine andere Konstruktionsvorschrift besagt, dass eine oder mehrere Antennenelemente
der selben Antennengruppe mittels Durchkontaktierungen zu einer anderen, gemeinsamen
Leiterbahnebene miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind jeweils mehrere Kontaktierungsbohrungen
pro Durchkontaktierung vorgesehen, nach einem wohldefinierten Muster.
[0064] Da es mehrere Antennengruppen gibt, kann bei Bedarf eine entsprechende Anzahl von
Leiterbahnlagen verwendet werden, um eine regelrechte Signalebene zu bilden. Die Durchkontaktierungen
von Antennenelementen unterschiedlicher Gruppen durchsetzen dann den mehrlagigen Platinenstapel
unterschiedlich weit.
[0065] Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass Durchkontaktierungen, insbesondere
zu unterschiedlichen Antennengruppen und/oder zu unterschiedlichen HF-Empfangsteilen,
voneinander abgeschirmt sind. Zur gegenseitigen Abschirmung der Durchkontaktierungen
unterschiedlicher Antennengruppen kann/können zwischen diesen eine oder mehrere weitere,
auf Massepotential liegende Durchbohrungen bzw. -kontaktierungen vorgesehen sein.
Solche Bohrungen können ggf. einseitig blind enden, während sie - vorzugsweise mit
ihrem anderen Ende - an einem vorzugsweise als weitere Leiterbahnlage bzw. -fläche
ausgebildeten Masseanschluss verbunden sind.
[0066] Weitere Merkmale, Vorteile, Eigenschaften und Wirkungen auf der Basis der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
- Fig. 1
- eine erste, planare Radarantennenanordnung in einer Ansicht lotrecht zu ihrer Grundebene,
welche jedoch in der dargestellten Ausführung nicht unter den Schutzumfang der Anmeldung
fällt;
- Fig. 2
- eine andere Radarantennenanordnung in einer der Fig. 1 entsprechenden Ansicht, welche
jedoch ebenfalls in der dargestellten Ausführung nicht unter den Schutzumfang der
Anmeldung fällt;
- Fig. 3
- eine typische Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht gemäß Fig. 1; sowie
- Fig. 4
- eine vierte Ausführungsform einer Radarantennenanordnung in einer Darstellung nach
Fig. 1, welche jedoch in der dargestellten Ausführung nicht unter den Schutzumfang
der Anmeldung fällt.
[0067] Fig. 1 zeigt eine Radarantennenanordnung 11 in planarer Bauweise, angeordnet auf
einer (etwa) quadratischen Platine 12. Die Radarantennenanordnung 11 umfasst eine
Vielzahl von Antennenflächen 13, 14, nämlich insgesamt einhundertundeinundzwanzig.
Davon sind sechzig Antennenflächen 13, welche in Fig. 1 dunkel schraffiert sind, einer
ersten Antennengruppe zugeordnet, die anderen einundsechzig Antennenflächen 14, welche
in Fig. 1 hell schraffiert sind, einer zweiten Antennengruppe.
[0068] Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung haben alle Antennenflächen 13, 14 identische
(Außen-) Abmessungen, nämlich eine (etwa) quadratische Grundgestalt, mit einem den
Anschluß erleichternden Schlitz 15 an einer Grundseite, in der Draufsicht nach Fig.
1 jeweils an der Unterkante der Antennenflächen 13, 14. Der Schlitz 15 kann (vorzugsweise
je nach Lage einer Antennenfläche 13, 14) unterschiedliche Längen haben und dient
zur Impedanzanpassung der betreffenden Antennenfläche 13, 14. Bei quadratischen Antennenflächen
13, 14 sorgt ein solcher Schlitz für eine definierte Ausrichtung einer stehenden Welle,
was bei rechteckigen Antennenflächen bereits durch die Relation der Flächenabmessungen
zu der Schwingfrequenz bzw. -wellenlänge bewerkstelligt wird.
[0069] Die Aufteilung der Antennenflächen 13, 14 sowie deren Zuordnung zu den beiden Antennengruppen
folgt streng dem selben Schema wie die Aufteilung eines Schachbrettmusters in weiße
und schwarze Felder. Demnach wechseln sich sowohl in Richtung einer horizontalen Zeile
als auch in Richtung einer vertikalen Spalte jeweils Antennenflächen 13, 14 unterschiedlicher
Antennengruppen ab, in diagonalen Richtungen folgen dagegen - analog zu der Anordnung
der Felder auf einem Schachbrett - Antennenflächen 13, 14 der selben Antennengruppe
aufeinander.
[0070] Wie sich leicht nachvollziehen läßt, liegen die Flächenschwerpunkte aller Antennenflächen
13, 14 je einer Antennengruppe jeweils genau im Zentrum der Platine 12, fallen also
zusammen.
[0071] Jede Antennenfläche 13, 14 ist auf der Platinenoberseite 16 von allen benachbarten
Antennenflächen 13, 14 vollständig isoliert. Dies wird durch gegenseitige Abstände
bewirkt, welche die Platinenoberseite 16 wie ein rechtwinkliges Netz von Gassen oder
Straßen durchziehen.
[0072] Die Kontaktierung der einzelnen Antennenflächen 13, 14, also deren Verbindung zu
oder Kopplung an eine(r) jeder Antennengruppe gemeinsamen Anschlußleitung erfolgt
auf der Rückseite der Platine 12 und/oder innerhalb von leitenden Zwischenlagen derselben.
Zu diesem Zweck ist im Bereich jeder Antennenfläche 13, 14 wenigstens eine Durchkontaktierung
zu finden, die bis zu einer bestimmten Zwischenlage der Platine 12 führt oder gar
bis zu deren Rückseite.
[0073] So ist eine erste, von der Ober- oder Vorderseite 12 nur durch eine dünne, elektrisch
isolierende Lage getrennte, ansonsten jedoch unmittelbar folgende Zwischenschicht
als nahezu geschlossene, elektrisch leitende Masseschicht konzipiert, um die einzelnen
Antennenpatches bzw. -flächen 13, 14 von dahinter verlegten Leiterbahnen komplett
abzuschirmen.
[0074] Dahinter folgt dann - nur durch eine weitere, elektrisch isolierende Lage getrennt
- eine weitere Schicht von Leiterbahnen, welche ausschließlich die Antennenflächen
13 einer ersten Antennengruppe untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung
verbinden.
[0075] Hinter diesem Leiterbahnsystem, welches die Antennen 13 verbindet, befindet sich
- von diesem Leiterbahnsystem nur durch eine weitere, elektrisch isolierende Lage
getrennt - wiederum eine als nahezu geschlossene, elektrisch leitende Masseschicht
ausgebildete Zwischenschicht, welche das die Antennenflächen 13 verbindende Leiterbahnsystem
gegenüber den dahinter liegenden Leiterbahnebenen abschirmt. Auf diese zweite Masseschicht
folgt sodann - von dieser Masseschicht nur durch eine weitere, elektrisch isolierende
Lage getrennt - ein zweites Leiterbahnsystem, welches ausschließlich die Antennenflächen
14 der zweiten Antennengruppe untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlußleitung
verbindet.
[0076] Dahinter kann - wiederum durch eine isolierende Lage getrennt, eine dritte Masseschicht
angeordnet sein, welche auch das zweite Leiterbahnsystem gegenüber unerwünschten Störeinflüssen
abschirmt.
[0077] Elektrische Anschlüsse sind vorzugsweise nur zwei vorhanden, nämlich ein gemeinsamer
Anschluss für die erste Antennengruppe, sowie ein gemeinsamer Anschluss für die zweite
Antennengruppe.
[0078] Bei der Kontaktierung der Antennenpatches 13, 14 ist ferner zu beachten, dass diese
in einer vorgegebenen Phasenbeziehung zueinander schwingen sollen. Dies kann bspw.
durch Einflussnahme auf die Länge der Signalleitung zwischen zwei benachbarten und
miteinander verbundenen Antennenpatches 13, 14 der selben Antennengruppe erreicht
werden.
[0079] Um definierte Signallaufzeiten zu erzielen, empfiehlt es sich, eine rückwärtige Kontaktierung
in der ersten Leiterbahn-Zwischenschicht nicht als (weitgehend) geschlossene Fläche
auszubilden, sondern in einzelne, linienförmige Leiterbahnen aufzulösen, längs der
sich die Signale mit Lichtgeschwindigkeit oder jedenfalls konstanter Geschwindigkeit
ausbreiten. Daher kann die Signallaufzeit von einem Punkt bis zu einem anderen Punkt
genau bestimmt werden.
[0080] Geeignet für die Kontaktierung aller Antennenflächen 13, 14 einer gemeinsame Antennengruppe
ist bspw. eine etwa rippenförmig verzweigte Leiterbahnstruktur, mit einem bspw. in
einer Hauptdiagonale verlaufenden "Rückgrat"-Leiter, von dem seitlich etwa rechtwinklig
dazu - etwa rippenförmig - in beide Richtungen Teilleiter abzweigen. Eine solche Anordnung
hat den Vorteil, dass alle Verbindungen mit Leiterbahnabschnitten jeweils gleicher
Länge realisierbar sind. Eben diese Länge kann dann auf die Wellenlänge der betreffenden
Radarfrequenz abgestimmt sein. Die Kontaktierung einer Antennenfläche 13, 14 erfolgt
vorzugsweise genau in deren Mitte, dort, wo der betreffende Schlitz 15 endet. Demnach
sollte der diagonale Abstand der Flächenmitten in Diagonalrichtung direkt benachbarter
Antennenflächen 13, 14 etwa der Wellenlänge der betreffenden Radarfrequenz entsprechen.
Die kurzen Durchkontaktierungen zwischen dieser Leiterbahnebene und der Antennenebene
kann man für die Ermittlung der Signallaufzeit im allgemeinen vernachlässigen, weil
dieser Laufzeitanteil allen Durchkontaktierungen gemeinsam ist und daher für eine
jeweils gleiche, zusätzliche Verzögerung jedes Antennensignals sorgt.
[0081] Für eine Kontaktierung genügt zwar jeweils eine einzige Durchbrechung, welche durch
ein elektrisch leitendes Medium, bspw. Zinn, gefüllt wird. Es hat sich jedoch bewährt,
statt einer einzigen Durchbrechung mehrere, evtl. querschnittlich reduzierte Durchbrechungen
vorzusehen. Damit wird nicht nur die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert, sondern
vor allem auch die Signalqualität verbessert.
[0082] Ferner empfiehlt es sich, die Durchkontaktierungen unterschiedlicher Antennengruppen
voneinander zu entkoppeln. Dies kann bspw. durch weitere Durchkontaktierungen erfolgen,
welche Massepotential führen und sich jeweils zwischen den Durchkontaktierungen unterschiedlicher
Antennengruppen befinden. Ideal wäre hierfür natürlich bspw. eine hülsenförmige Durchkontaktierung,
welche einen Anschlußkontakt einer Antenne vollständig umgibt. Allerdings würde eine
hülsenförmige Durchkontaktierung die Stabilität einer Platine erheblich schwächen
und dadurch die Ausfallwahrscheinlichkeit wieder deutlich erhöhen. Ein akzeptabler
Kompromiss ist daher bspw. die ringförmige Anordnung einer größeren Anzahl von etwa
punktförmigen Masse-Durchkontaktierungen, welche jeweils eine Antennen-Anschluss-Durchkontaktierung
umgeben. Eine andere Variante sieht vor, derartige Masse-Durchkontaktierungen entlang
aller Gassen zwischen den Antennenflächen 13, 14 anzuordnen, weil auch dadurch ein
Übersprechen wesentlich reduziert wird.
[0083] Die Radarantennenanordnung 21 nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Radarantennenanordnung
11 aus Fig. 1 u.a. dadurch, dass in diesem Fall die Platine 22 nicht quadratisch ist,
sondern rechtwinklig.
[0084] Dies resultiert vor allem daraus, dass hier die Anzahl der Zeilen und Spalten des
Antennenrasters nicht identisch sind. Vielmehr gibt es neun Spalten, aber nur acht
Zeilen. Ferner sind nicht alle zweiundsiebzig Plätze dieser 8x9-Matrix mit Antennen
23, 24 besetzt, sondern nur achtundsechzig Plätze; in den Quadranten oben rechts und
links unten fehlen in den äußersten seitlichen Spalten jeweils zwei Antennenflächen
24.
[0085] Ferner umfasst die Radarantennenanordnung 21 nach Fig. 2 nicht zwei Antennengruppen,
sondern deren drei. Dies wird durch folgende Schaltung erreicht:
Während alle Antennenflächen 23, welche in Fig. 2 dicht schraffiert sind, zu einer
einzigen Antennengruppe zusammengeschalten oder auf sonstigem Weg miteinander gekoppelt
sind, trifft dies für die damit verschränkt angeordneten Antennenflächen 24 nicht
zu. Von diesen sind die Antennenflächen 24a in der oberen Hälfte der Radarantennenanordnung
21 zwar untereinander, aber nicht mit den - ihrerseits untereinander gekoppelten -
Antennenflächen 24b in der unteren Hälfte der Radarantennenanordnung 21 verbunden,
so dass sich eine obere Antennengruppe mit den Antennenflächen 24a sowie eine untere
Antennengruppe mit den Antennenflächen 24b ergibt, welche jeweils mit den über die
gesamte Fläche der Radarantennenanordnung 21 verteilten Antennenflächen 23 verschränkt
sind.
[0086] Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass durch den räumlichen Versatz die Möglichkeit
einer Winkelmessung nach dem Monopulsprinzip gegeben ist. Dabei lassen sich die Antennengruppen
mit den Antennenflächen 24a und 24b als Empfangsantennen betreiben. Wie der Fig. 2
entnommen werden kann, sind die Flächenschwerpunkte der Gesamtheit aller Antennen
24a, 24b jeder dieser Antennengruppen in horizontaler Richtung gegeneinander versetzt.
Bspw. liegt der Flächenschwerpunkt der Antennen 24a der oberen Antennengruppe etwa
um eine Rasterteilung links von dem Flächenschwerpunkt der Antennen 24b der unteren
Antennengruppe; der Versatz gegenüber dem Flächenschwerpunkt der Sendeantenne mit
den Antennenflächen 23 beträgt jeweils eine halbe Rasterteilung nach links bzw. nach
rechts. Damit lassen sich aus den Empfangssignalen beider Empfangsantennengruppen
Rückschlüsse auf den seitlichen Ablagewinkel zu einem reflektierenden Objekt gewinnen.
[0087] Die erfindungsgemäße Radarantennenanordnung 31 nach Fig. 3 weicht vom Schachbrettmuster-Prinzip
ab. Auch hier wird - wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen 11, 21 - eine
mehrlagige Platine 32 als Substrat für eine Vielzahl von Antennenflächen 33, 34 verwendet.
Allerdings sind die Antennenflächen 33, 34 nicht in einem Schachbrettmuster angeordnet,
sondern in vertikalen Spalten von jeweils mehreren, insbesondere jeweils sieben Antennenflächen
33, 34, wobei alle Antennen 33, 34 innerhalb einer Spalte jeweils derselben Antennengruppe
zugeordnet sind. Die Antennen 33, 34 benachbarter Reihen sind abwechselnd den beiden
Antennengruppen zugeordnet. In diesem Fall gibt es daher keine zweidimensionale Verschränkung
wie im Fall des Schachbrettmusters, sondern nur eine eindimensionale Verschränkung.
[0088] Im dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es insgesamt sechs Spalten zu je sieben
Antennenflächen 33, 34, insgesamt also zweiundvierzig Antennenflächen 33, 34. Davon
sind jeweils einundzwanzig Antennen 33, 34 der ersten Antennengruppe und ebenso viele
der zweiten Antennengruppe zugeordnet.
[0089] Die zu einer gemeinsamen Spalte zusammengefassten Antennenflächen 33, 34 jeder Antennengruppe
sind auf der Platinenvorderseite 36 galvanisch durch schmale Leiterbahnen 37 miteinander
verbunden; zusammen mit einer direkt unterhalb der obersten isolierenden Lage angeordneten,
ersten Masse-Schicht ergibt sich dadurch eine Mikrostreifenleiterstruktur mit einem
definierten Wellenwiderstand.
[0090] Bevorzugt verlaufen die Leiterbahnen 37 jeweils mittig innerhalb einer Spalte, sowie
gerade gestreckt, vertikal von unten nach oben. Ihre Länge entspricht daher dem (vertikalen)
Abstand zwischen den vertikal benachbarten Antennenflächen 33, 34. Diese Länge eines
Leiterbahnabschnitts 37 ist andererseits etwa identisch mit der in Spaltenlängsrichtung
gemessenen Erstreckung einer Antennenfläche 33, 34, in der Darstellung nach Fig. 3
also der Höhe der Antennen-Rechtecke 33, 34. Diese wiederum entspricht etwa der halben
Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz. Dies hat folgende Bewandtnis: Durch die
Ausdehnung der Antennen-Rechtecke von der Größenordnung der halben Wellenlänge kann
sich darin eine stehende Welle ausbilden mit zwei Knoten an den (elektrisch) reflektierenden
Kanten der Antennenflächen 33, 34. Andererseits entspricht die Entfernung von dem
Anschluß- oder Einspeisepunkt einer Antennenfläche 33, 34 zu dem entsprechenden Anschluß-
oder Einspeisepunkt der benachbarten Antennenfläche 33, 34 insgesamt etwa der einfachen
Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz. Die galvanisch miteinander gekoppelten
Antennenflächen 33, 34 werden daher phasenrichtig zum Schwingen angeregt, bzw. eine
empfangene Schwingung wird phasenrichtig aufaddiert.
[0091] Die der selben Antennengruppe zugeordneten Spalten sind untereinander auf der Rückseite
der Platine 32 oder in einer Zwischenlage derselben miteinander verbunden, wozu Durchkontaktierungen
erforderlich sind. Deren Struktur sowie weitere Einzelheiten, bspw. gegenseitige Abschirmungen,
etc., können entsprechend zu den Ausführungsformen 11 und 21 gestaltet sein.
[0092] Die Antennenanordnung 31 zeigt aber eine weitere Besonderheit: Während die in Längsrichtung
einer Spalte gemessene Antennenerstreckung bei allen Antennenflächen 33, 34 etwa gleich
groß ist, etwa entsprechend der halben Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz,
ist die quer zur Längsrichtung einer Spalte gemessene Antennenerstreckung innerhalb
einer Spalte nicht konstant. Vielmehr ist diese Abmessung innerhalb jeder Spalte bei
der jeweils mittleren Antennenfläche 33, 34 am Größten und nimmt zu dem oberen und
unteren Ende der Spalte hin jeweils ständig ab.
[0093] Während die in Schwingungsrichtung verlaufende Antennenabmessung die Wellenlänge
einer stehenden Welle und damit die Resonanzfrequenz der betreffenden Antennenfläche
33, 34 bestimmt, ist die quer dazu verlaufende Antennenabmessung ein Maß für die Impedanz
der Antennenfläche 33, 34, und damit für die abgestrahlte Leistung bzw. für die empfangene
Feldstärke. Die breiteren Antennenflächen 33, 34 oder Antennenpatches in der Mitte
haben eine kleinere Impedanz und damit eine größere Strahlungsamplitude als die schmäleren
Antennenflächen 33, 34 oder Antennenpatches am oberen und unteren Ende einer Antennenspalte.
Indem somit die Strahlungsleistung bzw. Empfangsfeldstärke zu den beiden, oberen und
unteren Rändern der Radarantennenanordnung 31 hin stetig bzw. sanft abnimmt, werden
Nebenmaxima in der Richtcharakteristik des Antennendiagramms reduziert oder gar vermieden.
[0094] Während bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 jeweils zwei Verschränkungsrichtungen
existieren, nämlich vertikal einerseits und horizontal andererseits, gibt es bei der
Anordnung gemäß Fig. 3 nur eine einzige Verschränkungsrichtung, nämlich horizontal,
während die vertikale Richtung keine Verschränkungsrichtung ist.
[0095] Schließlich zeigt Fig. 4 eine noch komplexere Radarantennenanordnung 41. Diese hat
in gewisser Form Ähnlichkeit mit der Anordnung 21 aus Fig. 2. Auf einem Substrat in
Form einer rechteckigen Platine 42 sitzen eine Vielzahl von Antennenflächen 43, 44,
welche jeweils einer von zwei verschiedenen Antennengruppen zugeordnet sind. Im Kern
handelt es sich hier abermals um ein Schachbrettmuster, wobei die Antennenflächen
43, 34 in fünf Spalten und maximal sechzehn Zeilen angeordnet sind; allerdings gibt
es pro Zeile stets nur vier Antennenflächen 43, 44, insgesamt also vierundsechzig
Antennenflächen 43, 44. Davon gehören zweiunddreißig Antennenflächen 43 zu einer ersten
Antennengruppe und zweiunddreißig Antennenflächen 44 zu der anderen Antennengruppe.
[0096] Jeweils acht Antennenflächen 43, 44 jeder Spalte sind jeweils einer Antennengruppe
angeordnet. Die insgesamt sechzehn Antennenflächen 43, 44 einer Antennengruppe in
zwei direkt benachbarten Spalten sind an eine einzige Anschlußleitung 48 angeschlossen,
welche auf der Oberseite 46 der Platine 42, jeweils entlang der Stoßfuge zwischen
den beiden benachbarten Spalten verläuft. Die daran angeschlossenen Antennenflächen
43, 44 zweigen in Form von Stichleitungen jeweils einseitig sowie rechtwinklig von
der Anschlußleitung 48 ab, in abwechselnder Reihenfolge einmal nach rechts und einmal
nach links.
[0097] Jede Stichleitung bzw. Antennenfläche 43, 44 hat dieselbe Länge, welche derart bemessen
ist, dass sie etwa der halben Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz entspricht,
oder einem Vielfachen davon, bspw. der einfachen Wellenlänge. Der Abstand zwischen
zwei benachbarten Anschlußleitungen 48 - welche jeweils unterschiedlichen Antennengruppen
zugeordnet sind - ist größer als die Länge der Stichleitungen bzw. Antennenflächen
43, 44, so dass jede Stichleitung bzw. Antennenfläche 43, 44 stets nur mit einer einzigen
Anschlußleitung 48 verbunden ist, welche eben die Zuordnung der betreffenden Antennenfläche
43, 44 bzw. Stichleitung zu der einen oder anderen Antennengruppe bestimmt.
[0098] Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung sind alle Anschlussleitungen 48 einer
gemeinsamen Antennengruppe im Bereich einer Stirnseite der Platine 42 zusammengeführt
und dienen als gemeinsamer Anschluss 49. Auch die Zusammenführungsleitungen und die
Anschlüsse 49 selbst sind bei dieser Ausführungsform an der Oberseite 46 der Platine
42 angeordnet.
[0099] Bei dieser Radarantennenanordnung 41 ist ein weiterer, erfindungsgemäßer Gedanke
verwirklicht: Zwar haben alle Stichleitungen/Antennen 43, 44 jeweils gleiche Länge,
um auf die selbe Radarfrequenz abgestimmt zu werden; die Breite der Stichleitungen/Antennenflächen
43, 44 variiert jedoch, und zwar haben die etwa in der Mitte jeder Spalte, also im
Bereich eines "Äquators" liegenden Stichleitungen/Antennenflächen 43, 44 die größte
Breite; von dort aus nimmt die Breite der Stichleitungen/Antennenflächen 43, 44 zu
den oberen und unteren Rändern bzw. "Polen" der Radarsensoranordnung 41 hin ab. Der
Sinn ist ähnlich wie bei der Ausführungsform 31 nach Fig. 3: Infolge von zu den Polen
hin ansteigender Impedanzen der Stichleitungen/Antennenflächen 43, 44 nimmt deren
Strahlungsleistung bzw. Empfangsfeldstärke zu den Polen hin kontinuierlich ab. Die
Folge ist ein sanfter Verlauf der Strahlungsleistung über die Platinenfläche 46 hinweg
bis zu deren Rändern und demzufolge die Vermeidung von Nebenmaxima im Diagramm der
Antennengruppen der Radarantennenanordnung 41.
1. Radarantennenanordnung (31) für einen Radarsensor mittlerer bis großer Reichweite,
umfassend wenigstens eine erste Antennengruppe mit mehreren einzelnen, miteinander
gekoppelten Antennenelementen (33), sowie wenigstens eine zweite Antennengruppe mit
mehreren einzelnen, miteinander gekoppelten Antennenelementen (34), wobei die einzelnen
Antennenelemente (33,34) unterschiedlicher Antennengruppen galvanisch nicht miteinander
verbunden sind, jedoch in einer gemeinsamen, vorzugsweise ebenen Fläche (36) auf der
Vorderseite (36) einer Platine (32) sowie wenigstens entlang einer Raumrichtung innerhalb
dieser Fläche (36) derart verschränkt angeordnet sind, dass entlang einer solchen
Verschränkungsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgende Antennenelemente (33,34) unterschiedlicher
Antennengruppen einander abwechseln, und wobei die miteinander verschränkten Antennenelemente
(33,34) in einem regelmäßigen Flächenmuster angeordnet sind mit Spalten und Zeilen,
wobei benachbarte Antennenelemente (33,34) der selben Antennengruppe stets etwa gleiche
Abstände zueinander aufweisen;
dadurch gekennzeichnet, dass
a) der ersten und der zweiten Antennengruppe jeweils ein eigener HF-Schaltkreis mit
einem HF-Sende- und/oder HF-Empfangsbaustein zugeordnet ist, an welchen die Anschlüsse
der jeweils miteinander gekoppelten Antennenelemente (33,34) der betreffenden Antennengruppe
fest angeschlossen sind, so dass beide Antennengruppen gleichzeitig betreibbar sind;
b) wobei ferner eine von der Vorderseite (36) der Platine (32) nur durch eine dünne,
elektrisch isolierende Lage getrennte, ansonsten jedoch unmittelbar folgende Zwischenschicht
als nahezu geschlossene, elektrisch leitende Masseschicht konzipiert ist;
c) wobei hinter der elektrisch leitenden Masseschicht, von dieser nur durch eine weitere,
elektrisch isolierende Lage getrennt, eine weitere Schicht mit einem ersten Leiterbahnsystem
vorgesehen ist, welches ausschließlich die Antennenflächen (33) einer ersten Antennengruppe
untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung verbindet;
d) während sich ein zweites, ausschließlich die Antennenflächen (34) der zweiten Antennengruppe
untereinander und/oder mit einer gemeinsamen Anschlussleitung verbindendes Leiterbahnsystem
hinter einer zweiten, nahezu geschlossenen, elektrisch leitenden Masseschicht angeordnet
ist, die von dem ersten und zweiten Leiterbahnsystem nur durch je eine elektrisch
isolierende Lage getrennt ist;
e) und wobei zu jeder Antennengruppe wenigstens ein Antennenelement (33,34) existiert,
das in wenigstens einer Verschränkungsrichtung der betreffenden Antennenanordnung
von wenigstens zwei gleich weit entfernten Antennenelementen (33,34) einer anderen
Antennengruppe flankiert wird sowie von wenigstens zwei gleich weit entfernten Antennenelementen
(33,34) der selben Antennengruppe, wobei die Fläche aller Antennenelemente (33,34)
innerhalb jeder Spalte bei der jeweils mittleren Antennenfläche (33,34) am größten
ist und zu dem oberen und unteren Ende der Spalte hin jeweils ständig abnimmt.
2. Radarantennenanordnung (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die angeschlossenen HF-Schaltkreise auf dem selben Substrat angeordnet sind wie die
beiden Antennengruppen, wobei vorzugsweise die Antennenelemente (33,34) auf einer
Seite eines flächigen Substrats, insbesondere einer Platine, angeordnet sind, auf
dessen/deren Rückseite sich wenigstens ein, vorzugsweise beide HF-Sende- und/oder
HF-Empfangsbausteine befinden.
3. Radarantennenanordnung (31) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein HF-Sende- und/oder HF-Empfangsbaustein mittels jeweils einer oder
mehrerer das Substrat, insbesondere die Platine, durchsetzender Durchkontaktierungen
mit den Antennenelementen (33,34) der betreffenden Antennengruppe gekoppelt ist/sind.
4. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei unterschiedliche Antennengruppen jeweils ein HF-Empfangsbaustein angeschlossen
ist, so dass beide Antennengruppen gleichzeitig als Empfangsantennen betreibbar sind.
5. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Antennengruppen in wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise in etwa horizontaler
Richtung, einen Antennenversatz aufweisen, d.h., einen Abstand d zwischen den beiden
Antennenschwerpunkten aller Antennenelemente (33,34), insbesondere -patches, jeder
der beiden Antennengruppen, welcher vorzugsweise kleiner ist als die gesamte Erstreckung
der Antennengruppe mit der breitesten Richtcharakteristik in der betreffenden Raumrichtung,
wobei die Breite der Richtcharakteristik der 3 dB-Keulenbreite des betreffenden Antennendiagramms
entspricht.
6. Radarantennenanordnung (31) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand d zwischen den beiden Antennenschwerpunkten aller Antennenelemente (33,34),
insbesondere -patches, zweier Antennengruppen gleich oder kleiner ist als die Wellenlänge
λ:
7. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Antennenelement (33,34) an der Peripherie einer Antennengruppe, dessen
aufgenommene und abgestrahlte Sendeleistung oder aufgefangene und weitergeleitete
Empfangsleistung kleiner ist als die von einem Antennenelement (33,34) im Inneren
der betreffenden Antennengruppe, insbesondere im Bereich ihres Flächenschwerpunktes,
aufgenommene und abgestrahlte Sendeleistung oder aufgefangene und weitergeleitete
Empfangsleistung, vorzugsweise um wenigstens 10 % kleiner, insbesondere um wenigstens
15 % kleiner, indem die Fläche des Antennenelements oder dessen zugeführte oder von
diesem abgegriffene Leistung reduziert ist.
8. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommene und abgestrahlte Sendeleistung oder aufgefangene und weitergeleitete
Empfangsleistung der Antennenpatches (33,34) von einem Zentrum der betreffenden Antennengruppe,
insbesondere von ihrem Flächenschwerpunkt, zu ihrer Peripherie hin entlang wenigstens
einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang jeder Raumrichtung innerhalb der Fläche (36)
kontinuierlich abnimmt, vorzugsweise etwa entlang einer Cosinus- oder Cosinus2-Kurve, wobei sich der Nullpunkt des Arguments dieser Kurve im Zentrum bzw. Flächenschwerpunkt
der betreffenden Antennengruppe befindet, indem die Fläche der betreffenden Antennenpatches
oder deren zugeführte oder von diesen abgegriffene Leistung reduziert ist.
9. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder vorzugsweise alle Antennenelemente (33,34) als Antennenflächen und/oder
planare Antennen ("Antennenpatches") ausgeführt sind.
10. Radarantennenanordnung (31) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder vorzugsweise alle Antennenpatches (33,34) jeweils eine eckige, vorzugsweise
eine rechteckige oder quadratische, oder eine sechs- oder mehreckige Fläche oder eine
kreisförmige Gestalt aufweisen.
11. Radarantennenanordnung (31) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder vorzugsweise alle Antennenpatches (33,34) jeweils in der selben Art
und ggf. Ausrichtung schwingen, also entweder linear polarisiert, vorzugsweise allesamt
in der selben Raumrichtung, oder zirkular polarisiert.
12. Radarantennenanordnung (31) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Antennenpatches (33,34) zum Zweck der elektrischen Entkopplung voneinander
beabstandet sind, insbesondere um wenigstens λ/8.
13. Radarantennenanordnung (3-1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung zweier, mehrerer oder aller Antennenpatches (33,34) in wenigstens
einer gemeinsamen Raumrichtung gleich groß ist.
14. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fläche (36) der Antennenelemente (33,34) entweder keine zueinander parallelen
Anschluss-Leiterbahnen unterschiedlicher Antennengruppen existieren oder diese einen
gegenseitigen Mindestabstand aufweisen, welcher der maximalen Kantenlänge eines Antennenelements
(33,34) entspricht.
15. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, mehrere oder alle Antennenelemente (33,34), insbesondere -patches, der selben
Antennengruppe galvanisch miteinander gekoppelt sind.
16. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Antennenelemente (33,34), insbesondere -patches, der selben Antennengruppe
mittels Durchkontaktierungen zu einer anderen, gemeinsamen Leiterbahnebene miteinander
verbunden sind.
17. Radarantennenanordnung (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Durchkontaktierungen, insbesondere zu unterschiedlichen Antennengruppen und/oder
zu unterschiedlichen HF-Empfangsteilen, voneinander abgeschirmt sind, wobei vorzugsweise
zur gegenseitigen Abschirmung der Durchkontaktierungen unterschiedlicher Antennengruppen
zwischen diesen eine oder mehrere weitere, auf Massepotential liegende Durchbohrungen
- bzw. -kontaktierungen vorgesehen ist/sind
1. Radar antenna array (31) for a medium to long range radar sensor, comprising at least
one first antenna group having a plurality of individual, mutually coupled antenna
elements (33) and at least one second antenna group having a plurality of individual,
mutually coupled antenna elements (34), said individual antenna elements (33,34) of
different antenna groups not being galvanically connected to one another, but being
arranged in a common, preferably planar area (36) at the front side (36) of a printed
circuit board (32) and in a mutually interlaced manner at least along a spatial direction
within this area (36) in such way that along one such interleaving direction immediate
consecutive antenna elements (33,34) of different antenna groups alternate each other,
and wherein the interlaced antenna elements (33,34) are arranged in a regular aerial
pattern with columns and lines, wherein adjacent antenna elements (33,34) in the same
antenna group always have approximately similar distances with regard to each other,
characterized in that
a) said first and said second antenna groups are each assigned their own HF transmission
and/or HF receiver module, to which the connectors of the respective said mutually
coupled antenna elements (33,34) of the particular antenna group are permanently connected,
making it possible for both antenna groups to be operated simultaneously;
b) further wherein an intermediate layer being separated from the front side (36)
of the printed circuit board (32) only by a thin electrically insulating layer, apart
from that being immediately adjacent the front side (36) of the printed circuit board
(32), is designed as a nearly closed, electrically conducting ground layer;
c) wherein a further layer with a first conducting path system is provided behind
the electrically conducting ground layer, and is separated from this only by a further,
electrically insulating layer, which conducting path system connects exclusively the
antenna areas (33) of a first antenna group to each other and/or to a common terminal
conductor;
d) while a second conducting path system connecting exclusively the antenna areas
(34) of the second antenna group to each other and/or to a common terminal conductor
is arranged behind a second, nearly closed, electrically conducting ground layer,
which is separated from the first and second conducting path system only by an electrically
insulating layer;
e) and wherein for each antenna group there exists at least one antenna element (33,34)
which is flanked in at least one interleaving direction of the regarding antenna arrangement
by at least two antenna elements (33,34) of the other antenna group at similar distances
as well as by at least two antenna elements (33,34) of the same antenna group, wherein
the area of all antenna elements (33,34) within each column is largest at the central
antenna area (33,34) and decreases constantly towards the upper and lower ends of
the column.
2. Radar antenna array (31) according to claim 1, characterized in that the connected HF circuits are arranged at the same substrate as both antenna groups
wherein said antenna elements (33,34) are disposed on one side of a flat substrate,
particularly a circuit board, on the back of which at least one, preferably both,
of said HF transmitter and/or HF receiver modules are located.
3. Radar antenna array (31) according to claim 2, characterized in that at least one of said HF transmitter and/or HF receiver modules is coupled to the
said antenna elements (33,34) of the particular antenna group by means of, in each
case, one or more vias passing through said substrate, particularly said circuit board.
4. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that to each of said first and second antenna groups, there is coupled an own HF receiver
module, making it possible for both of said antenna groups to be operated simultaneously
as receiving antennas.
5. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that two said antenna groups have an antenna offset in at least one spatial direction,
preferably in an approximately horizontal direction, i.e., a distance d between the
two antenna centroids of all of the said antenna elements (33,34), particularly antenna
patches, in each of the two said antenna groups, that is preferably smaller than the
total extent of the antenna group having the widest directional characteristic in
the spatial direction concerned, taking as the width of the directional characteristic
the 3 dB beamwidth of the particular antenna pattern.
6. Radar antenna array (31) according to claim 5,
characterized in that said distance d between the two antenna centroids of all of the said antenna elements
(33,34), particularly antenna patches, in two antenna groups is equal to or less than
the wavelength λ:
7. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized by at least one antenna element (33,34) which is located at the periphery of an antenna
group and whose consumed and radiated transmission power or received and relayed reception
power is lower, preferably at least 10% lower, particularly at least 15% lower, than
the transmission power consumed and radiated or the reception power received and relayed
by a said antenna element (33,34) in the interior of the antenna group concerned,
particularly in the region of its centroid.
8. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that the consumed and radiated transmission power or received and relayed reception power
of said antenna patches (33,34) decreases approximately along a cosine or cosine2 curve from a center of the antenna group concerned, particularly from its centroid,
to its periphery along at least one spatial direction, preferably along every spatial
direction in said area, the zero point of the argument of said curve being located
at the center or centroid of the antenna group concerned, whilst the area of the concerned
antenna patches or their fed or their tapped power is reduced.
9. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality or preferably all of said antenna elements (33,34) are implemented as
antenna areas and/or planar antennas ("antenna patches").
10. Radar antenna array (31) according to claim 9, characterized in that a plurality or preferably all of said antenna patches (33,34) each present an angular,
preferably a rectangular or square, or a hexagonal or polygonal area or a circular
shape.
11. Radar antenna array (31) according to one of claims 9 or 10, characterized in that a plurality or preferably all of said antenna patches (33,34) each oscillate in the
same manner and, if appropriate, orientation, that is, they are either linearly polarized,
preferably all in the same spatial direction, or circularly polarized.
12. Radar antenna array (31) according to one of claims 9 to 11, characterized in that adjacent antenna patches (33,34) are spaced apart from one another, particularly
by at least λ/8, for purposes of electrical decoupling.
13. Radar antenna array (31) according to one of claims 9 to 12, characterized in that the longitudinal extent of two, several or all of said antenna patches (33,34) in
at least one common spatial direction is the same.
14. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that in the planar area (36) of the antenna elements (33,34), either there exist no terminal
conductor paths of different antenna groups running parallel to each other, or those
terminal conductor paths have a mutual minimum distance which corresponds to the maximum
edge length of an antenna element (33,34).
15. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that two, several or all of the said antenna elements (33,34), particularly antenna patches,
in the same antenna group are galvanically coupled to one another.
16. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the said antenna elements (33,34), particularly antenna patches, in
the same antenna group are connected to one another by means of vias leading to a
another common conduction path plane.
17. Radar antenna array (31) according to one of the preceding claims, characterized in that vias, particularly to different antenna groups and/or to different HF receiving units,
are shielded from one another, wherein preferably one or more additional through-holes
or vias is/are provided between the vias of different antenna groups, to shield said
vias from one another.
1. Réseau d'antennes radar (31) pour un capteur radar de moyenne à longue portée, comprenant
au moins un premier groupe d'antennes comportant plusieurs éléments d'antenne séparés,
couplés les uns aux autres (33), ainsi qu'au moins un second groupe d'antennes comportant
plusieurs éléments d'antenne séparés, couplés les uns aux autres (34), en ce que les
éléments d'antenne séparés (33, 34) de différents groupes d'antennes ne sont pas galvaniquement
reliés entre eux, toutefois disposés de manière entrelacée dans une surface (36) commune,
de préférence plane, sur la face avant (36) d'une platine (32) ainsi qu'au moins le
long d'une direction dans l'espace à l'intérieur de cette surface (36) de telle sorte
que le long d'une telle direction d'entrelacement des éléments d'antenne directement
consécutifs (33, 34) de différents groupes d'antennes s'alternent, et en ce que les
éléments d'antenne (33, 34) entrelacés les uns avec les autres sont disposés dans
un motif de surface régulier avec des colonnes et des lignes, en ce que les éléments
d'antenne (33, 34) adjacents du même groupe d'antennes présentent toujours les uns
par rapport aux autres approximativement des distances égales ;
caractérisé en ce que
a) respectivement un propre circuit de commutation RF comportant un module émetteur
RF et/ou un module récepteur RF est attribué au premier et au second groupe d'antennes
auquel les raccordements des éléments d'antenne (33, 34) respectivement couplés les
aux autres du groupe d'antennes en question sont raccordés à demeure, de sorte que
les deux groupes d'antennes puissent être exploités simultanément ;
b) en outre, en ce qu'une couche intermédiaire séparée uniquement par une couche fine, électriquement isolante
de la face avant (36) de la platine (32), mais sinon suivant directement, est conçue
comme couche de masse électriquement conductrice, pratiquement fermée ;
c) en ce que, en aval de la couche de masse électriquement conductrice, est prévue une autre couche
comportant un premier système de pistes conductrices, séparée de ladite couche de
masse uniquement par une autre couche électriquement isolante, ledit système reliant
entre elles exclusivement les surfaces d'antenne (33) d'un premier groupe d'antennes
et/ou une ligne de raccordement commune ;
d) tandis qu'un second système de pistes conductrices reliant entre elles exclusivement
les surfaces d'antenne (34) du second groupe d'antennes et/ou une ligne de raccordement
commune est disposé en aval d'une seconde couche de masse électriquement conductrice,
pratiquement fermée, qui est séparée du premier et du second système de pistes conductrices
uniquement par respectivement une couche électriquement isolante ;
e) et en ce qu'il existe au moins un élément d'antenne (33, 34) pour chaque groupe d'antennes, ledit
élément d'antenne étant flanqué dans au moins une direction d'entrelacement du réseau
d'antennes en question d'au moins deux éléments d'antenne (33, 34) à égale distance
d'un autre groupe d'antennes ainsi que d'au moins deux éléments d'antenne (33, 34)
à égale distance du même groupe d'antennes, en ce que la surface de tous les éléments d'antenne (33, 34) à l'intérieur de chaque colonne
où respectivement la surface d'antenne (33, 34) moyenne est la plus grande et décroît
en permanence vers l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure de la colonne.
2. Réseau d'antennes radar (31) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits de commutation RF raccordés sont disposés sur le même substrat que les
deux groupes d'antennes, les éléments d'antenne (33, 34) étant disposés de préférence
sur une face d'un substrat plan, en particulier d'une platine, sur la face arrière
duquel/de laquelle se trouvent au moins un, de préférence les deux modules émetteurs
RF et/ou modules récepteurs RF.
3. Réseau d'antennes radar (31) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un module émetteur RF et/ou module récepteur RF est/sont accouplé(s) respectivement
au moyen d'un ou de plusieurs trous métallisés traversant le substrat, en particulier
la platine, aux éléments d'antenne (33, 34) du groupe d'antennes en question.
4. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que respectivement un module récepteur RF est raccordé à deux différents groupes d'antennes,
de sorte que les deux groupes d'antennes puissent être exploités simultanément en
tant qu'antennes réceptrices.
5. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux groupes d'antennes dans au moins une direction dans l'espace, de préférence
dans une direction approximativement horizontale, présentent un décalage d'antenne,
c'est-à-dire une distance d entre les deux centres de gravité d'antenne de tous les
éléments d'antenne (33, 34), en particulier des antennes patch, chacun des deux groupes
d'antennes qui est de préférence inférieur à l'extension totale du groupe d'antennes
présentant la caractéristique de directivité la plus large dans la direction dans
l'espace en question, la largeur de la caractéristique de directivité correspondant
à la largeur du lobe 3 dB du diagramme d'antenne en question.
6. Réseau d'antennes radar (31) selon la revendication 5,
caractérisé en ce que la distance d entre les deux centres de gravité d'antenne de tous les éléments d'antenne
(33, 34), en particulier des antennes patch, de deux groupes d'antennes est égale
ou inférieure à la longueur d'onde λ :
7. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par au moins un élément d'antenne (33, 34) sur la périphérie d'un groupe d'antennes,
dont la puissance d'émission absorbée et rayonnée ou la puissance de réception captée
et transmise est inférieure à la puissance d'émission absorbée et rayonnée ou à la
puissance de réception captée et transmise à partir d'un élément d'antenne (33, 34)
à l'intérieur du groupe d'antennes en question, en particulier dans la zone de son
centre de gravité de surface, de préférence inférieure d'au moins 10%, en particulier
inférieure d'au moins 15%, en ce que la surface de l'élément d'antenne ou la puissance
fournie ou prélevée de ce dernier est réduite.
8. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance d'émission absorbée et rayonnée ou la puissance de réception captée
et transmise des antennes patch (33, 34) à partir d'un centre du groupe d'antennes
en question, en particulier à partir de son centre de gravité de surface vers sa périphérie
au moins le long d'une direction dans l'espace, de préférence le long de chaque direction
dans l'espace à l'intérieur de la surface (36) décroît continuellement, de préférence
approximativement le long d'une courbe cosinus ou cosinus2, le point zéro de l'argument de cette courbe se trouvant dans le centre ou dans le
centre de gravité de surface du groupe d'antennes en question, en ce que la surface des antennes patch en question ou la puissance fournie ou la puissance
prélevée de ces dernières est réduite.
9. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs ou de préférence tous les éléments d'antenne (33, 34) sont réalisés en
tant que surfaces d'antenne et/ou d'antennes planaires (« antenne patch »).
10. Réseau d'antennes radar (31) selon la revendication 9, caractérisé en ce que plusieurs ou de préférence toutes les antennes patch (33, 34) comportent respectivement
une surface polygonale, de préférence rectangulaire ou carrée, ou une surface hexagonale
ou polygonale ou une forme circulaire.
11. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que plusieurs ou de préférence toutes les antennes patch (33, 34) oscillent chacune de
la même manière et le cas échéant dans le même alignement, par conséquent soit en
polarisation linéaire, de préférence toutes dans la même direction dans l'espace,
ou en polarisation circulaire.
12. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que des antennes patch (33, 34) adjacentes sont espacées les unes des autres à des fins
de découplage électrique, en particulier d'au moins λ/8.
13. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'extension longitudinale de deux, plusieurs ou de toutes les antennes patch (33,
34) dans au moins une direction dans l'espace est la même.
14. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la surface (36) des éléments d'antenne (33, 34), il n'existe soit pas de pistes
de raccordement parallèles de différents groupes d'antennes ou ces derniers présentent
une distance minimale mutuelle qui correspond à la longueur d'arête maximale d'un
élément d'antenne (33, 34).
15. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux, plusieurs ou tous les éléments d'antenne (33, 34), en particulier des antennes
patch, sont couplés galvaniquement entre eux au même groupe d'antennes.
16. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs éléments d'antenne (33, 34), en particulier des antennes patch, du
même groupe d'antennes sont reliés entre eux à un autre plan de piste conductrice
commun au moyen de trous métallisés.
17. Réseau d'antennes radar (31) selon l'une des revendications précédentes, en ce que
des trous métallisés sont blindés les uns par rapport aux autres, en particulier par
rapport aux différents groupes d'antennes et/ou aux différents éléments récepteurs
RF, en ce que de préférence pour le blindage mutuel des trous métallisés de différents
groupes d'antennes entre ces derniers un ou plusieurs autres trous traversants ou
trous métallisés au potentiel de masse est/sont prévu(s).