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Mit
Hilfe von RADAR-Sensoren können
zuverlässig
und genau Informationen von Objekten aus der Umgebung, wie beispielsweise über den
Abstand, der Geschwindigkeit und die Richtung, gewonnen werden.
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Entsprechende
RADAR-Verfahren und -Systeme sind seit langem bekannt (
DE 043 34 079 C2 ) und werden
in militärischen
und zivilen Bereichen eingesetzt (
DE 043 13 568 C1 ). Die notwendige Technologie
dafür war
und ist allerdings noch sehr teuer, insbesondere die notwendigen
Komponenten zur Erzeugung und Verarbeitung der Mikrowellensignale
sind sehr kostenintensiv. Erst durch die Weiterentwicklung der Halbleitertechnik
wird RADAR-Sensorik für
breite Anwendungen interessant. Dazu zählen auch RADAR-Systeme in
Fahrzeugen.
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Die
ersten Long Distance RADAR (LDR) Fahrerassistenzsysteme (Adaptive
Cruise Control, Long Range Forward Looking RADAR) bei 77 GHz werden
bereits für
die Fahrzeugoberklasse angeboten (WO 1998/048296 A1). Weitere Short
Range RADAR (SRR)-Anwendungen (Parking Aid, Blind Spot Detection,
Side Impact, Stop and Go) werden derzeit entwickelt. Diese Systeme
arbeiten vorzugsweise im Frequenzbereich um 24 GHz. Bei diesen Systemen werden
bis zu 10 RADAR-Sensoren in ein Fahrzeug eingebaut, um zuverlässige und
genaue Daten aus der PKW-Umgebung zu erhalten (
US 6,583,753 B1 ).
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Traditionelle
Konzepte für
Mikrowellen-RADAR-Module verwenden monolithisch integrierte Schaltkreise
(z. B. MMICs auf GaAs) für
die Erzeugung und Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen. Diese Komponenten
bestimmen im wesentlichen den Preis des RADAR-Sensors. Als hochfrequenztaugliches
Trägersubstrat
wird häufig
Dünnschichtkeramik oder
Mehrlagen-PTFE verwendet. Beide Substrat-Technologien befinden sich
im oberen Preissegment. Darüber
hinaus sind Hochfrequenz-Schaltungen und Antennen üblicherweise
auf unterschiedlichen Trägersubstraten
aufgebaut. Als Übergänge zwischen
diesen Substraten werden aufwändige mechanische
Stecker oder Verbindungen eingesetzt, die schon bei 24 GHz nur geringe
Toleranzen aufweisen dürfen,
um die elektrischen Eigenschaften nicht deutlich zu verschlechtern.
Die Auswerteelektronik gehört
ebenfalls zu einem RADAR-Sensor (
EP 1 048 960 A3 ). Die empfangenen Signale
werden auf eine tiefere Frequenz heruntergemischt und dann in digitale
Signale gewandelt und typischerweise vom Zeit- in den Frequenzbereich
transformiert. Sowohl diese Aufgabe als auch die Auswertung der
resultierenden Information im Frequenzbereich übernimmt ein Mikroprozessor,
der schließlich
den Abstand und die relative Geschwindigkeit der detektierten Objekte
an eine zentrale Recheneinheit im PKW über eine Standardschnittstelle
weitergibt.
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Die
derzeit realisierten RADAR-Sensoren sind daher wegen der Komplexität der unterschiedlichen
Funktionen relativ groß und
teuer.
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Hier
bietet sich die LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic)-Mehrlagentechnologie
zur Realisierung an, da sowohl die Materialien (mittleres Preissegment)
als auch die Prozessschritte zur technischen Fertigung im kostengünstigen
Dickschicht-Siebdruckverfahren (unteres Preissegment) hervorragend
geeignet sind. Der Mehrlagenaufbau bietet darüber hinaus die Möglichkeit,
komplexe 3-dimesionale Strukturen zu entwerfen, diese preisgünstig und
miniaturisiert zu realisieren und sowohl die Antennenvorrichtung
als auch die elektronische Mikrowellen-Schaltung zu integrieren.
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Dabei
kommt gerade der Antennenvorrichtung eine Schlüsselrolle zu. Die jeweils gewählte Antennenvorrichtung
bestimmt maßgeblich
die Reichweite und die räumliche
Auflösung
des RADAR-Sensors.
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Ein
vollintegrierter miniaturisierter RADAR-Sensor in LTCC-Mehrlagentechnologie
mit integrierten Patch-Antennen bzw. Mikrostreifenleitungsantennen
ist bereits realisiert und beschrieben (
DE 20 2004 019 199 U1 ).
Die dort verwendeten planaren Antennen sind jedoch nur Antennen
in Mikrostreifenleitungstechnik mit dem Nachteil, dass diese durch umgebende
Metallteile, wie sie nun einmal bei Fahrzeugen stets vorhanden sind,
leicht in ihrem Abstrahlungsverhalten beeinflusst werden können. Zwar kann
dieser Einfluss prinzipiell bei der Konstruktion der Antennen berücksichtigt werden,
jedoch sind für ein
optimales Abstrahlungsverhalten dazu die individuellen Eigenschaften
(Karosserieformen) der jeweiligen Fahrzeuge jedes Mal erneut zu
berücksichtigen.
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Darüber hinaus
zeigen aktuelle Forschungsergebnisse, dass die Kombination von speziell
geformten Speiseleitungen in Mikrostreifenleitertechnik zusammen
mit im Strahlungsfeld befindlichen Schlitzleitungsantennen weitere
Freiheitsgrade hinsichtlich der optimalen Leistungsanpassung und Breitbandigkeit
ergeben (Wen-Shan Chen, Fu-Mao Hsieh: A Broadband Design For A Printed
Isosceles Triangular Slot Antenna for Wireless Communications In:
Microwave Journal, Juli 2005.)
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
eine von der unmittelbaren Umgebung wenig beeinflussbare universelle,
das heißt
von der benachbarten Karosserieform unabhängige Antennenvorrichtung so
in den RADAR-Sensor
zu einzufügen,
dass bei sehr hohem Wirkungsgrad möglichst viel Hochfrequenz-Funktionalität auf einem
preisgünstigen
Schaltungsträger
integriert, die gesamte Hochfrequenzschaltung miniaturisiert und
die Zuverlässigkeit,
Reichweite und räumliche
Auflösung
des RADAR-Sensors erhöht wird.
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Dieses
Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind im Patentanspruch 2 angegeben.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch die Kombination einer planaren resonanten Schlitzleitungsantenne
mit einer planaren Antennenstruktur in Mikrostreifenleitungstechnik
zum einen durch eine verbesserte breitbandige Anpassung der Wirkungsgrad
und dadurch bedingt die Reichweite und die räumliche Auflösung des
RADAR-Sensors verbessert werden kann und zum anderen durch direkte
Strahlungskopplung der dualen Antennen für zahlreiche Anwendungsfälle auf
ein Verteilnetzwerk verzichtet werden kann, wodurch sich die Abmessungen
und Herstellungskosten des RADAR-Sensors
weiter verringern lassen.
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Weiterhin
ist der Strahlungswiderstand von resonanten Schlitzleitungsantennen
typischerweise sehr gering. Dadurch haben die je nach jeweiligem Fahrzeugtyp
unterschiedlich angeordneten Metallteile in der Nähe der planaren
dualen Antennenvorrichtung einen signifikant geringeren Einfluss
und müssen
nicht individuell berücksichtigt
werden.
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Mit
der Erfindung wird erreicht, dass ein RADAR-Sensor zur Kurzstreckenüberwachung
durch die konsequente Nutzung der LTCC-Mehrlagentechnologie besonders kompakt,
preisgünstig
und robust realisiert und die Strahlungseigenschaften der integrierten
planaren dualen Antennenvorrichtung universell optimiert werden
kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der 1 bis 11 erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch
den Lagenaufbau mit den einzelnen Keramik-Trägersubstratlagen (8)
und die Anordnung der hybriden Mikrowellenkomponenten (6)
auf der Unterseite des RADAR-Sensors im Querschnitt,
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2 die
Aufsicht auf die Oberseite des RADAR-Sensors mit einem breitbandigen
Patch-Antennenarray (1) in planarer Mikrostreifenleitungstechnik,
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3 die
Aufsicht auf die Ebene der Antennenvorrichtung, die sich unter der
Oberfläche
der Oberseite innerhalb des LTCC-Monoblocks
befindet, mit einem vergrabenen Verteilnetzwerk (3) und
einem vergrabenen Array von einzelnen Antennenelementen (2),
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4 die
Aufsicht auf die innerhalb des LTCC-Monoblocks angeordnete abschirmende
Erdungsebene (4) mit einem Ausführungsbeispiel einer zur Speisung
des Verteilnetzwerkes (3) der Antennenvorrichtung (2)
bzw. zur direkten Speisung des breitbandigen Patch-Antennenarrays
(1) verwendeten resonanten Schlitzleitungsantenne (9),
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5 schematisch,
als Ausführungsbeispiel für die Ankopplung
einer planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
an die resonante Schlitzleitungsantenne (9), die Aufsicht
auf die innerhalb des LTCC-Monoblocks angeordnete abschirmende Erdungsebene
(4) mit der verwendeten resonanten Schlitzleitungsantenne
(9), wobei die am Ende leerlaufende planare Leitung in
Mikrostreifenleitungstechnik (5) die resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) um eine genau definierte Länge (L) überlappt,
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6 schematisch,
als Ausführungsbeispiel für die Ankopplung
einer planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
an die resonante Schlitzleitungsantenne (9), die Aufsicht
auf die innerhalb des LTCC-Monoblocks angeordnete abschirmende Erdungsebene
(4) mit der verwendeten resonanten Schlitzleitungsantenne
(9), wobei die planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik
(5) in kurzem Abstand von der resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) durch ein mit metallisch leitender Paste gefülltes Verbindungsloch
(7) mit der abschirmenden Erdungsebene (4) verbunden
ist.
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7 schematisch
den Lagenaufbau des RADAR-Sensors im Querschnitt, wobei die zur
Speisung verwendete planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik
(5) in kurzem Abstand von der resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) durch ein mit metallisch leitender Paste gefülltes Verbindungsloch
(7) mit der abschirmenden Erdungsebene (4) verbunden ist
und die so erregte resonanten Schlitzleitungsantenne (9)
ihrerseits wiederum das vergrabenen Verteilnetzwerk (3)
mit dem vergrabenen Array von einzelnen Antennenelementen (2)
durch Strahlungskopplung speist,
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8 schematisch
den Lagenaufbau des RADAR-Sensors im Querschnitt, wobei die zur
Speisung verwendete planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik
(5) in kurzem Abstand von der resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) durch ein mit metallisch leitender Paste gefülltes Verbindungsloch
(7) mit der abschirmenden Erdungsebene (4) verbunden ist
und die so erregte resonante Schlitzleitungsantenne (9)
ihrerseits wiederum direkt das auf der Oberseite des RADAR-Sensors
befindliche breitbandige Patch-Antennenarray (1) durch
Strahlungskopplung speist wodurch auf das vergrabenen Verteilnetzwerk (3)
mit dem vergrabenen Array von einzelnen Antennenelementen (2)
verzichtet werden kann,
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9 schematisch,
als Ausführungsbeispiel für die Ankopplung
von zwei planaren Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik (5),
die sich in unterschiedlichen Ebenen befinden, an die resonante Schlitzleitungsantenne
(9), die Aufsicht auf die innerhalb des LTCC-Monoblocks
angeordnete abschirmende Erdungsebene (4) mit der verwendeten
resonanten Schlitzleitungsantenne (9), wobei die sich in unterschiedlichen
Ebenen befindlichen planaren Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik
(5) jeweils in kurzem Abstand von der resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) durch jeweils mit metallisch leitender Paste gefüllte Verbindungslöcher (7)
mit der abschirmenden Erdungsebene (4) verbunden sind,
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10 schematisch
den Lagenaufbau des RADAR-Sensors im Querschnitt, wobei die zur
verwendeten planaren Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
jeweils in kurzem Abstand von der resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) durch mit metallisch leitender Paste gefüllte Verbindungslöcher (7) mit
der abschirmenden Erdungsebene (4) verbunden sind und die
so erregte resonanten Schlitzleitungsantenne (9) ihrerseits
wiederum das vergrabenen Verteilnetzwerk (3) mit dem vergrabenen
Array von einzelnen Antennenelementen (2) durch hochfrequente magnetische
Ankopplung speist,
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11 schematisch
die Aufsicht auf die Unterseite des RADAR-Sensors mit einem Ausführungsbeispiel
der planaren Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik (5),
der Mikrowellen-Elektronikschaltungen
mit hybriden Mikrowellenkomponenten (6) und einem breitbandigen
Strahlerelement (10) zur Speisung der Schlitzleitungsantenne.
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Der
in 1 dargestellte Lagenaufbau zeigt, dass das hier
erläuterte
Ausführungsbeispiel
fünf miteinander
verbundene Keramik-Trägersubstratlagen (8)
besitzt.
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Auf
der Oberseite des RADAR-Sensors ist ein breitbandiges Patch-Antennenarray
(1) in Mikrostreifenleitungstechnik mit bündelnder
Strahlungscharakteristik angeordnet. Dieses wird über eine Strahlungskopplung
gespeist durch ein in den Innenlagen vergrabenes Verteilnetzwerk
(3) und dem damit verbundenen vergrabenen Array von einzelnen Antennenelementen
(2). Durch den besonderen Entwurf von vergrabenem Array
von einzelnen Antennenelementen (2) und außenliegendem
breitbandigen Patch-Antennenarray (1) erhält die Antenne
eine zusätzlich
vergrößerte Bandbreite.
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Auf
der Unterseite des miniaturisierten LTCC-Monoblocks ist die Hochfrequenzschaltung aus
planaren Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
und eingebondeten oder aufgelöteten
hybriden Mikrowellenkomponenten (6) zum Senden und Empfangen
eines frequenzmodulierten Signals (FMCW-RADAR) oder anderen geeigneten
Signalen aufgebaut. Die einzelnen hybriden Mikrowellenkomponenten
(6) bestehen vorzugsweise aus preisgünstigen diskreten Halbleiterbauelementen
ohne Gehäuse
(Transistorchips und Dioden) und weiteren SMD-Bauteilen. Passive
HF-Strukturen (z. B. Wellenleiter oder Filter) oder die planare
Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5) werden auf
die jeweiligen Keramik-Trägersubstratlagen
(8) im kostengünstigen Siebdruckverfahren
aufgedruckt. Seine robusten Eigenschaften erhält das Modul aus den physikalischen
Charakteristika der Keramik-Trägersubstratlagen
(8) sowie den Gold- und Silberleiterbahnen.
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Eine
bedeutende Struktur ist die Kopplung zwischen dem elektronischen
Teil der Mikrowellen-Elektronikschaltung und der Antennenvorrichtung.
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Die 1 zeigt
den Querschnitt durch den fünflagigen
Aufbau des Moduls. Es wird eine duale Antennenstruktur verwendet,
das heißt
es werden in unmittelbarer Nähe
gleichzeitig sowohl Mikrostreifenleitungsantennen als auch die damit
verkoppelte und dazu duale Schlitzleitungsantenne verwendet. Durch eine
resonante Schlitzleitungsantenne (9) in der vergrabenen
abschirmende Erdungsebene (4) wird das von der Mikrowellen-Elektronikschaltung
erzeugte Mikrowellen-Signal in das vergrabene Verteilnetzwerk (3)
zur phasenrichtigen Speisung des vergrabenen Arrays von einzelnen
Antennenelementen (2) eingekoppelt. Dieses wiederum regt
das breitbandiges Patch-Antennenarray
(1)
auf der Oberseite des LTCC-Monoblocks an. Zur
Erregung der resonante Schlitzleitungsantenne (9) stehen
zahlreiche Möglichkeiten
zur Verfügung,
von denen die wichtigsten Möglichkeiten
weiter unten erläutert
werden. Durch diesen relativ einfachen Aufbau entfällt sowohl
der teure mikrowellentaugliche HF-Stecker als auch andere mechanisch
konstruierte Übergänge wie
z. B. Steckverbindungen.
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Die 2 zeigt
die Aufsicht auf die Oberseite des RADAR-Sensors. Neben der oberen Keramik-Trägersubstratlage
(8) ist nur das breitbandige Patch-Antennenarray (1)
zu erkennen, welches aus planaren Mikrostreifenleitungen gebildet
wird.
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Angeregt
werden die Strahlerelemente des breitbandigen Patch-Antennenarrays (1)
durch Strahlungskopplung von unten und zwar entweder durch eine
im LTCC-Monoblock vergrabene Antennenvorrichtung, die aus einem
vergrabenen Verteilnetzwerk (3) mit angeschlossenem vergrabenen
Array von einzelnen Antennenelementen (2) besteht oder
direkt durch die resonante Schlitzleitungsantenne (9),
wie es in 8 beispielhaft dargestellt ist.
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Die 3 zeigt
beispielhaft die Aufsicht auf die Ebene der Antennenvorrichtung,
die sich unter der Oberfläche
der Oberseite innerhalb des LTCC-Monoblocks befindet, mit einem
vergrabenen Verteilnetzwerk (3) und einem vergrabenen Array von
einzelnen Antennenelementen (2), die unter der Oberfläche liegen
und deren Anordnung daher von außen nicht erkennbar ist, weil
die jeweiligen Keramik-Trägersubstratlage
(8) für
das menschliche Auge nicht durchsichtig sind.
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Die 4 zeigt
die von außen
ebenfalls nicht erkennbare Aufsicht auf die innerhalb des LTCC-Monoblocks
angeordnete abschirmende Erdungsebene (4) mit der, hier
beispielhaft mittig und quer angeordneten, als Primärstrahler
verwendeten resonante Schlitzleitungsantenne (9). Andere
Anordnungen der resonanten Schlitzleitungsantenne (9) sind
möglich und
können
je nach Anwendungsfall vorteilhaft sein. Diese resonante Schlitzleitungsantenne
(9) wird von der auf der Unterseite befindlichen Mikrowellen-Elektronikschaltungen
zunächst
angeregt und speist dann mit ihrem Strahlungsfeld die übrige jeweilige Antennenvorrichtung
in Mikrostreifenleitertechnik. Es handelt sich hierbei also um ein
komplexes Antennensystem, bei dem zueinander duale Strahler, nämlich sowohl
Mikrostreifenleiter-Strahler, als auch Schlitzleitungs-Strahler, die über ihr
jeweiliges, nah benachbartes Strahlungsfeld miteinander eng verkoppelt
sind, gleichzeitig verwendet werden. Dabei ist der Strahlungswiderstand
der resonanten Schlitzleitungsantenne (9) im Gegensatz
zum Strahlungswiderstand der Mikrostreifenleiter-Strahler sehr niederohmig
(ca. 30 Ohm) und damit weitgehend unempfindlich gegenüber metallischen
Karosserieteilen. Prinzipiell würde
bereits die resonante Schlitzleitungsantenne (9) genügen, um
eine hinreichende Wechselwirkung mit den umgebenden Objekten zu bewirken.
Allerdings ist die Strahlungscharakteristik noch nicht optimal.
Die zusätzlichen
Mikrostreifenleiter-Strahler bewirken erst eine optimale Bündelung und
Ausrichtung der vom RADAR-Sensor ausgesendeten bzw. von den zu überwachenden
Objekten reflektierten und vom RADAR-Sensor empfangenen elektromagnetischen
Feldenergie.
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Durch
die resonanten elektrischen Eigenschaften ist die Ankopplung der
resonanten Schlitzleitungsantenne (9) an die Mikrowellen-Elektronikschaltung
sehr intensiv, und zwar sowohl in Senderichtung als auch in Empfangsrichtung.
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Die
Länge der
Schlitzleitung ist typischerweise so dimensioniert, dass diese bei
der mittleren Betriebsfrequenz (hier 24 GHz) hinsichtlich ihrer
elektrischen Eigenschaften einer halben Wellenlänge entspricht, damit sie im
Betrieb in Resonanz gerät. Durch
geringfügiges
Verlängern
oder Verkürzen
der Länge
der resonanten Schlitzleitungsantenne (9) können zusätzliche
Freiheitsgrade zur Anpassung gewonnen werden, weil sie durch diese
leichte Verstimmung entweder etwas induktiver oder kapazitiver wirkt.
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Für die Ankopplung
der resonanten Schlitzleitungsantenne (9) an planare Leitungen
in Mikrostreifenleitungstechnik (5) stehen zahlreiche Möglichkeiten
zur Verfügung,
von denen die wichtigsten nachfolgend erläutert werden.
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Prinzipiell
kann die elektrische Feldkomponente in der resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) unmittelbar durch dielektrische Verschiebungsstromkomponenten,
die von geeignet gestalteten planare Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik
(5) ausgehen, angeregt werden. Zahlreiche Beispiele sind durch
die oben zitierte Veröffentlichung
von Chen und Hsieh bekannt und sollen hier nicht wiederholt werden.
In 11 ist eine dieser Möglichkeiten in Form eines breitbandigen
Strahlerelementes (10) angedeutet. Die für diesen
RADAR-Sensor verwendeten Ankopplungen favorisieren jedoch die magnetische
Form der Ankopplung, da dabei der erzielte Wirkungsgrad signifikant
höher ist
und die erforderliche Bandbreite durch das zusätzliche breitbandige Patch-Antennenarray
(1) ohnehin sichergestellt ist.
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Die 5 zeigt
schematisch die Aufsicht auf die Ankopplung einer planaren Leitung
in Mikrostreifenleitungstechnik (5), die sich auf einer
Keramik-Trägersubstratlage
(8) befindet an eine resonante Schlitzleitungsantenne (9),
die sich in der abschirmenden Erdungsebene (4) befindet.
Die Keramik-Trägersubstratlage
(8) ist hier zur besseren Darstellung durchsichtig dargestellt.
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Die
planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5) überkreuzt
die resonante Schlitzleitungsantenne (9) weitgehend rechtwinklig
und endet abrupt nach einer Länge
(L). Durch den Leerlauf am Ende der planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik
(5) bildet sich am Ende ein Spannungsknoten. Die Länge (L)
ist so dimensioniert, dass sie einer viertel Wellenlänge im Medium,
also der Keramik-Trägersubstratlage
(8), entspricht. Dadurch wird der Spannungsknoten am offenen
Ende der planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
am Ort der resonanten Schlitzleitungsantenne (9) in einen Stromknoten
transformiert. Durch die hohe Stromstärke wird die magnetische Feldkomponente
im Medium, also der Keramik-Trägersubstratlage
(8), unter der resonanten Schlitzleitungsantenne (9),
maximal, wodurch wiederum die Ankopplung an die resonante Schlitzleitungsantenne
(9) sehr intensiv wird.
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Dabei
können
die Impedanzverhältnisse
und damit der Grad der Anpassung weiter optimiert werden:
Die
resonante Schlitzleitungsantenne (9) bildet ähnlich wie
ein Hohlleiter in ihrer geometrischen Mitte eine maximale elektrische
Feldstärkenkomponente aus,
die zu den elektrisch kurzgeschlossenen Enden immer weiter verschwindet.
Die magnetische Feldkomponente hingegen ist in der Mitte minimal
und steigt zu den elektrisch kurzgeschlossenen Enden hin signifikant
an, weil dort bei Resonanz kräftige Ströme fließen. Dies
bedeutet, dass die resonante Schlitzleitungsantenne (9)
genau in ihrer Mitte eine hohe Impedanz besitzt, die zu den jeweiligen
Enden hin geringer wird. Durch die seitliche Wahl des lateralen
Ortes der Überkreuzung
der planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
mit der resonanten Schlitzleitungsantenne (9) kann das
Impedanzniveau wunschgemäß ausgewählt bzw.
optimiert werden.
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Die 6 zeigt
schematisch die Aufsicht auf eine weitere Möglichkeit der Ankopplung einer
planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5), die sich
auf einer Keramik-Trägersubstratlage
(8) befindet, an eine resonante Schlitzleitungsantenne
(9), die sich in der abschirmenden Erdungsebene (4)
befindet. Die Keramik-Trägersubstratlage
(8) ist hier zur besseren Darstellung wiederum durchsichtig
dargestellt.
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Die
planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5) überkreuzt
die resonante Schlitzleitungsantenne (9) weitgehend rechtwinklig
und endet unmittelbar hinter dieser an einem mit metallisch leitender
Paste gefüllten
Verbindungsloch (7), welches die planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik
(5) mit der abschirmenden Erdungsebene (4) verbindet. Dadurch
wird die planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
an ihrem Ende kurzgeschlossen und es bildet sich durch die Kurzschlussstromstärke eine starke
Magnetfeldkomponente aus, wodurch wiederum die Ankopplung an die
resonante Schlitzleitungsantenne (9) sehr intensiv wird.
Dabei können
auch bei dieser Ankopplungsmethode die Impedanzverhältnisse
und damit der Grad der Anpassung durch die Wahl des Ortes der Überkreuzung,
wie bereits im Zusammenhang mit der 5 erläutert worden
ist, weiter optimiert werden.
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Die 7 zeigt
zur näheren
Erläuterung
den Lagenaufbau des RADAR-Sensors für die im Zusammenhang mit 6 beschriebenen
Ankopplungsmethode, während
bereits der 1 die im Zusammenhang mit 5 beschriebene
Ankopplungsmethode entnommen werden kann. Während die von der Mikrowellen-Elektronikschaltungen
bzw. von geeigneten hybriden Mikrowellenkomponenten (6)
gespeiste planare Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5)
in 1 an ihrem Ende offen ist, was der Möglichkeit der
Ankopplung einer planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik
(5), die sich auf einer Keramik-Trägersubstratlage (8)
befindet, an eine resonante Schlitzleitungsantenne (9),
die sich in der abschirmenden Erdungsebene (4) befindet,
gemäß 5 entspricht,
wird die von der Mikrowellen-Elektronikschaltungen bzw. von geeigneten
hybriden Mikrowellenkomponenten (6) gespeiste planare Leitung in
Mikrostreifenleitungstechnik (5) in 7 an ihrem Ende
durch mit metallisch leitender Paste gefülltes Verbindungsloch (7),
was der Möglichkeit
der Ankopplung einer planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik
(5), die sich auf einer Keramik-Trägersubstratlage (8)
befindet an eine resonante Schlitzleitungsantenne (9),
die sich in der abschirmenden Erdungsebene (4) befindet,
gemäß 6 entspricht.
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Die 8 zeigt
zur näheren
Erläuterung
einen vereinfachten Lagenaufbau des RADAR-Sensors. Dieser ergibt
sich für
den Fall, dass auf das vergrabene Array von einzelnen Antennenelementen
(2) und das vergrabene Verteilnetzwerk (3) verzichtet wird
und das breitbandiges Patch-Antennenarray (1) direkt vom
Nahbereichs-Strahlungsfeld der resonanten Schlitzleitungsantenne
(9) erregt wird. Für
bestimmte Anwendungsfälle
genügt
dieser vereinfachte Lagenaufbau.
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Die 9 zeigt
schematisch die Aufsicht auf eine weitere Möglichkeit der Ankopplung von
zwei planaren Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5), die
sich auf einer oder zwei unterschiedlichen Keramik-Trägersubstratlagen
(8) befinden an eine resonante Schlitzleitungsantenne (9),
die sich in der abschirmenden Erdungsebene (4) befindet.
Die jeweiligen Keramik-Trägersubstratlagen
(8) sind hier zur besseren Darstellung wiederum durchsichtig
dargestellt.
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Die
planaren Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik (5) überkreuzen
die resonante Schlitzleitungsantenne (9) weitgehend rechtwinklig
und enden jeweils unmittelbar hinter dieser an jeweils einem mit
metallisch leitender Paste gefüllten
Verbindungsloch (7), welches die jeweiligen planaren Leitungen
in Mikrostreifenleitungstechnik (5) mit der abschirmenden
Erdungsebene (4) verbindet. Dadurch werden die planaren
Leitungen in Mikrostreifenleitungstechnik (5) an ihrem
Ende kurzgeschlossen und es bilden sich dort starke Magnetfeldkomponenten
aus, wodurch wiederum die Ankopplungen an die resonante Schlitzleitungsantenne
(9) sehr intensiv wird. Auch die gemischte Kombination
der Ankopplung gemäß 5 und
der Ankopplung gemäß 6 ist
prinzipiell möglich
und kann für
spezielle Anwendungsfälle sinnvoll
sein.
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Die 10 zeigt
zur näheren
Erläuterung den
Lagenaufbau des RADAR-Sensors für
die im Zusammenhang mit 9 beschriebenen Ankopplungsmethode.
Das vergrabene Verteilnetzwerk (3) wird durch ein mit metallisch
leitender Paste gefülltes Verbindungsloch
(7) mit der abschirmenden Erdungsebene (4) verbunden.
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Die
Aufsicht auf die Unterseite des RADAR-Sensors mit der schematisch
dargestellten Mikrowellen-Elektronikschaltung, bestehend aus planare
Leitung in Mikrostreifenleitungstechnik (5), die als gedruckte
Leiterbahnstrukturen realisiert werden können und hybriden Mikrowellenkomponenten
(6), die aus einigen eingebondeten oder eingelöteten diskreten
Halbleiterbauelementen bestehen können, ist in der 11 dargestellt.
Integrierte Schaltungen zur Aufbereitung der Signale sind ebenfalls
dort platziert. Auch sind Anschlüsse
für die
erforderlichen Verbindungsstecker vorgesehen, damit die vom RADAR-Sensor
erfassten Informationen an die Bordelektronik des jeweiligen Fahrzeuges
weiter gegeben werden kann.
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Die
elektronische Mikrowellenschaltung ist gut sichtbar und frei zugänglich,
wodurch sich die Möglichkeit
ergibt, gegebenenfalls anwendungsbezogene Modifikationen vornehmen
zu können.