Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zur Bündelung von Radarwellen, insbesondere Fernsicht-Radarsensoren für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hauptreflektor und ggf. einem oder mehreren Subreflektoren.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso einen Abstandssensor, vorzugsweise Fernsicht-Radarabstandssensor für ein Kraftfahrzeug, bei dem durch Amplitudenvergleich benachbarter Antennenkeulen eine Winkelmessung erfolgt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Winkelmessung mit einem Radarsensor für ein Kraftfahrzeug, bei dem die Amplituden benachbarter Antennenkeulen verglichen werden und nach Maßgabe des Vergleichs eine Winkelmessung durchgeführt wird.

Häufig werden für den Kraftfahrzeugbereich Fernsicht-Radarsensoren mit hoher Bündelung verwendet, d. h. mit einem möglichst schmalen Antennenstrahl, um eine geeignete Auflösung von Zielen im Sichtbereich des Systems zu gewährleisten.

Eine hohe Bündelung wird z. B. mittels Linsen oder durch Reflektorantennen erzielt.

Ein zur Winkeldetektion geeignetes Verfahren beruht auf der Nutzung mehrerer separater, im Raum versetzter Antennenkeulen, die durch räumlich versetzte Erreger für die Radarwellen im Linsen-bzw. Reflektorsystem erzeugt werden.

Bei derartigen Systemen wird für jeden Strahl dieselbe Antennenfläche bzw. Apertur verwendet. Daher lassen sich das tatsächliche Aussehen der Strahlen sowie deren charakteristische Werte, wie z. B. Strahlbreite, Strahlabstand und Kreuzungspunkte der Strahlen, nicht beliebig und nicht unabhängig voneinander einstellen.

Ein typisches Antennendiagramm eines Reflektorsystems ist in der Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Auftragung der Amplitude A gegen den Winkel W von drei Einzelstrahlen (Einzelkeulen) 1,2, 3 ist zu erkennen, dass in für eine Winkeldetektion

wichtigen Winkelbereichen sehr große Amplitudenverhältnisse direkt benachbarter Einzelstrahlen vorliegen. Besonders ausgeprägt ist dies an den Orten der Maxima M1, M2, M3 der Einzelstrahlen 1,2, 3.

Die dargestellte Eigenart ergibt sich insbesondere bei Linsenantennen und Anordnungen mit zwei Reflektoren, z. B. einer planaren gefalteten Reflektorantenne wie sie in der DE 198 48 722 A1 beschrieben ist. Derartige Antennen sind für eine möglichst geringe Bautiefe bzw. Brennweite ausgelegt.

Der Antennentyp ist in Fig. 2 näher dargestellt. Die Antenne besteht im wesentlichen aus einem Hauptreflektor 11, mehreren Erregern 12 und einem Subreflektor 13. Der Subreflektor 13 ist durch einen Träger mit aufgebrachtem Polarisator 16 realisiert.

Der Hauptreflektor 11 und der Subreflektor 13 weisen einen Abstand 14 voneinander auf. Der Hauptreflektor 11 wird durch ein planares Dielektrikum mit einer Anordnung von einzelnen Metallisierungsstrukturen 15, im folgenden auch als "Metallisierungen"bezeichnet, auf der Vorderseite, einem sogenannten"Reflect- Array", gebildet. Mit den Anordnungen der Metallisierungsstrukturen wird strahlenoptisch betrachtet üblicherweise eine über dem Orte auf der jeweilig betrachteten Oberfläche kontinuierlich variierende Reflexionseigenschaft des jeweilig betrachteten Reflektors realisiert. Das Reflect-Array ermöglicht eine Drehung der Polarisationsebene der Radarwellen um 90°, so dass diese zunächst am Subreflektor 13 reflektiert werden und diesen nach Reflektion am Hauptreflektor 11 ungehindert durchdringen können.

Durch die Bautiefe 14 und die Ausgestaltung der Erreger 12 wird der Abstand der Einzelstrahlen maßgeblich bestimmt, während die Strahlbreite hauptsächlich von der Größe des Hauptreflektors 11 abhängig ist. Insbesondere eine Antenne mit geringer Bautiefe 14, die für eine kompakte Gesamtanordnung wünschenswert ist, und gleichzeitig mit möglichst großer Dimension des Hauptreflektors 11, was zur Erzielung eines großen Gewinns der Antenne notwendig ist, weist die oben beschriebene Eigenart der Antennenstrahlen auf. Dies führt bei einer auf Amplitudeninformationen basierenden Auswertung von mehreren Einzelkeulen für Winkelmessungen zu Problemen.

Werden in einem Sensorsystem jeweils die Informationen von zwei benachbarten Antennenstrahlen mit größter Empfangsamplitude herangezogen, so lassen sich Winkel von Punktquellen jeweils über einen bestimmten Raumbereich eindeutig aus dem Amplitudenverhältnis der Empfangssignale berechnen, wenn die Formen des Antennendiagramms bekannt sind. Das Grundprinzip einer solchen Winkelmessung ist als sogenannte Diagramm-Umtastung bekannt und in der Literatur, z. B. in Skolnik, M. I.,"lntroduction to Radar Systems", McGraw-Hill Book Company, 1962, beschrieben.

Für einen Antennenstrahl ergeben sich in Winkelbereichen mit kleinen Werten des Antennendiagramms kleine Empfangssignale, die unter Umständen von einem Empfänger nicht mehr detektiert werden können. Mit anderen Worten ist die Reichweite des Sensorsystems für den jeweils betrachteten Antennenstrahl in diesen Bereichen gering. Dies ist in Fig. 1 z. B. für Winkel nahe 0° für die beiden äußeren Strahlen 1,3, z. B. im Bereich des Schnittpunkts S1, der Fall. In diesem Bereich lassen sich bei großen Messentfernungen keine Winkel mehr bestimmen.

Darüber hinaus können sich bei relativ hohen Frequenzen, die insbesondere für Kraftfahrzeug-Radare verwendet werden, Probleme durch hohe Nebenkeulen ergeben. Im dargestellten Beispiel können vor allem für Winkel jenseits von 4° durch winkelmäßig ungünstig liegende, hohe Nebenkeulen Mehrdeutigkeiten der Amplitudenverhältnisse entstehen.

Um diesen Problemen zu begegnen, ist sowohl eine Verbreiterung der Antennenstrahlen als auch eine geeignete Kontrolle bzw. Limitierung des Nebenkeulenniveaus erforderlich. Die Verbreiterung der Strahlen kann durch Verkleinerung der Antennenfläche erzielt werden, wobei sich allerdings schnell eine deutliche Gewinnreduktion und somit ebenfalls eine Reichweitenreduktion ergibt.

Bevorzugt ist daher eine Aufspreizung der Einzelstrahlen der Antennenanordnung insbesondere für niedrigere Amplitudenwerte.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Reflektorantenne anzugeben, die ausreichend breite Antennenstrahlen im niedrigen Amplitudenniveau und ein niedriges Nebenkeulenniveau ermöglicht, ohne dass im Hinblick auf die vorgegebene Antennenfläche und die Bautiefe sowie den

Gesamtgewinn der Anordnung wesentliche Einschränkungen und Verschlechterungen in Kauf genommen werden müssen. Darüber hinaus ist es das Ziel dieser Erfindung, eine Abstandssensor und ein Verfahren zur Winkelbildung anzugeben, der/das zuverlässig für den gesamten Erfassungsbereich arbeitet.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den davon abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hauptreflektor und/oder ggf. der mindestens eine Subreflektor zumindest eine Störstelle aufweist, die eine vorteilhafte Beeinflussung der Strahlenform der einzelnen Antennenstrahlen, insbesondere eine Verbreiterung, von einzelnen Antennenstrahlen und/oder eine Verringerung zumindest einer Nebenkeule der einzelnen Antennenstrahlen bewirkt.

Dabei wird unter dem Begriff, Störstelle'eine Stelle oder ein Bereich auf dem jeweils betrachteten Reflektor oder auf den jeweils betrachteten Reflektoren verstanden, an der oder in dem die Abstrahlungseigenschaften von denen einer konventionell ausgestalteten, vorgegebenen Anordnung abweichen.

Erfindungsgemäß weist der Hauptreflektor und/oder ggf. der mindestens eine Subreflektor zumindest eine Metallisierungsstruktur, vorzugsweise mehrere Metallisierungsstrukturen, auf und die Metallisierungsstruktur weist zumindest eine Störstelle auf.

Nach der Erfindung ist mindestens eine Störstelle auf einem Hauptreflektor durch Auslassen mindestens einer Metallisierungsstruktur, vorzugsweise mehrerer Metallisierungsstrukturen, in der Anordnung der Metallisierungsstrukturen realisiert.

Der Hauptreflektor ist dabei vorzugsweise als"Reflect-Array"ausgeführt. Die Metallisierungsstrukturen auf dem Hauptreflektor sind dabei regelmäßig aus Rechtecken, Kreuzen, Scheiben und ähnlichem auf einem Gitter mit vorzugsweise konstantem Abstand angeordnet. Für bestimmte Anwendungen sind auch nicht- konstante Abstände und unregelmäße Anordnungen vorgesehen.

Mit den Anordnungen der Metallisierungsstrukturen nach dem Stand der Technik wird strahlenoptisch betrachtet üblicherweise eine über dem Orte auf der jeweilig

betrachteten Oberfläche kontinuierlich variierende Reflexionseigenschaft des jeweilig betrachteten Reflektors realisiert. Unter dem Begriff Störstelle wird bei einer solchen Anordnung ein Ort oder eine Region auf dem jeweilig betrachteten Reflektor der Antennenanordnung verstanden, an dem oder in der die Reflexionseigenschaften von denen nach dem Stand der Technik üblicherweise über dem Orte auf der jeweilig betrachteten Oberfläche kontinuierlich variierenden Eigenschaften abweichen und bzw. oder der tatsächliche Reflexionsort in der zur Oberfläche orthogonalen Richtung variiert wird.

Erfindungsgemäß werden dabei nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung einzelne Metallisierungen weggelassen. Dadurch entstehen Störstellen im ortsabhängigen Verhalten des Reflektors, welche zu einer ungerichteten Abstrahlung der in den jeweiligen Regionen vorhandenen Leistungsanteile führt. Im Sinne der oben beschriebenen Anforderungen an die Strahlungsdiagramme werden dazu zum Rand des Reflektors hin immer mehr Störstellen verwendet, wodurch in der Gesamtsicht eine nach außen abnehmende Amplitudenbelegung auf dem Reflektor entsteht.

Diese führt zu breiteren Radarstrahlen und niedrigeren Nebenkeulen.

Je nach gewünschter Diagrammform kann das Weglassen einzelner Metallisierungen mehr oder weniger stark angewandt werden. Vorteilhaft werden relativ wenige Flächenanteile der Metallisiserungen in einem Bereich zwischen 5 % bis 50 %, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 % bis 35 %, bezogen auf die Gesamtfläche an Metallisierungen weggelassen, wodurch sich der Gewinn durch die Antenne gegenüber einer Anordnung mit gleicher Gesamtfläche nur geringfügig verändert.

Außerdem ist es möglich, die gewünschten Effekte z. B. primär nur für eine bestimmte Schnittebene, z. B. die in Fig. 1 dargestellte Schnittebene, durch das System bzw. die Erreger zu realisieren. In der dazu orthogonalen Schnittebene kann weiterhin mit schmalen Antennenstrahlen gearbeitet werden. So können z. B. für Azimut und Elevation der Antenne deutlich unterschiedliche Strahlformen realisiert werden.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, die Störstellen für bestimmte Ausführungsformen symmetrisch zur Antennenachse anzuordnen.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, einzelne Metallisierungsstrukturen nicht wegzulassen, sondern gegenüber ihrer für einen maximalen Gewinn der Antennenanordnung erforderlichen Dimensionierung nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung gezielt in ihren Dimensionen oder Formen zu verändern. Durch eine solche Maßnahme kann im Fernfeld der Anordnung eine näherungsweise Auslöschung einzelner am Hauptreflektor gestreuter Leistungsanteile erzielt werden. Dadurch ergibt sich in sehr ähnlicher Weise eine Diagrammformung wie oben beschrieben.

Erfindungsgemäß sind Störstellen der Metallisierungsstruktur auf einem Hauptreflektor, vorzugsweise als"Reflect-Array"ausgeführt, durch eine bestimmte Dimensionen und/oder Formen der Metallisierungsstrukturen realisiert. Das bedeutet es ist vorgesehen, die Metallisierungen des Hauptreflektors auf der gesamten Fläche funktional vom Ort abhängig gezielt in ihren Dimensionen oder Formen zu verändern. Dies führt zu einer gegenüber einer gewöhnlichen Auslegung der Anordnung definiert fehlerbehafteten Phasenbelegung auf dem Hauptreflektor.

Diese führt bei richtiger Auslegung im wesentlichen dazu, dass die erste Nebenkeule eines jeden Antennenstrahls mit der Hauptkeule verschmolzen wird und sich so gewünschte Diagrammformen ergeben.

Erfindungsgemäß wird die Form einer oder mehrerer Reflektoren nach Maßgabe des Umfangswinkels des jeweiligen betrachteten Reflektors verändert. Eine derartige Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Berandungskurve des Hauptreflektors nicht ein Kreis ist, sondern vom Umfangswinkel abhängig geeignet geformt wird, wodurch sich auf bestimmte Schnittebenen bezogen ebenfalls eine nach außen hin abfallende Amplitudenbelegung realisieren lässt. Wird dabei die gesamte Reflektorfläche nur moderat verkleinert, so hält sich auch der entstehende Verlust des Antennengewinns in akzeptablen Grenzen und die Antennendiagramme können in die gewünschte Form gebracht werden.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass ein Subreflektor eingesetzt wird, der ersatzweise oder zusätzlich zum Hauptreflektor mindestens eine Störstelle, insbesondere Löcher sehr kleinen Durchmessers, aufweist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dem Hauptreflektor und/oder dem Subreflektor eine geeignete Form einzuprägen.

Es ist vorgesehen, dass Störstellen so ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass sie im wesentlichen nur in einer Schnittebene des Antennendiagramms wirksam sind.

Die Antenne ist vorzugsweise eine planare gefaltete Refloktorantenne.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird bei einer gefalteten Reflektorantenne der Subreflektor auf der dem Hauptreflektor zugewandten Seite mit einem Dielektrikum einer geeigneten Stärke ganz oder teilweise abgedeckt.

Zur optimalen Auslegung der Anordnung können auch Kombinationen der beschriebenen Maßnahmen angewendet werden. Die beschriebenen Maßnahmen sind dabei sinngemäß auch auf andere Antennenanordnungen übertragbar.

Die Aufgabe wird ebenso durch einen Abstandssensor gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass die Winkelmessung auf Grundlage einer vorgegebenen Antennenkeulengeometrie und/oder einer ermittelten oder abgeschätzten Antennen- keulengeometrie erfolgt, wobei die Strahlenform der einzelnen Antennenstrahlen beeinflusst ist, insbesondere verbreitert ist und/oder Nebenkeulen der einzelnen Antennenstrahlen eine verringerte Amplitude aufweisen. i Dadurch weist der Sensor keine Winkelbereiche mit wesentlich eingeschränkter Reichweite auf. Darüber hinaus besitzt er gegenüber einem konventionellen Abstandsensor einen größeren Eindeutigkeitsbereich der Winkelmessung.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Winkelmessung eine Antennenkeulengeometrie mit berücksichtigt wird, die vorgegeben wird und/oder ermittelt oder abgeschätzt wird, wobei die Strahlenform der einzelnen Antennenstrahlen vorteilhaft beeinflusst ist, insbesondere verbreitert ist und/oder Nebenkeulen der einzelnen Antennenstrahlen eine verringerte Amplitude aufweisen. Dabei werden jeweils Signale aus den zwei benachbarten Antennenkeulen mit maximaler Empfangsamplitude ausgewertet. Aus dem Verhältnis der zugehörigen Amplituden ist dann der Einfallswinkel eines Signals bei bekannten Keulengeometrien über einem eingeschränkten Winkelbereich eindeutig bestimmbar. Dazu können die Keulengeometrien entweder durch winkelabhängige Funktionen angenähert oder zuvor vermessen werden. Bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung ergibt sich so ein Abstandssensor, der aufgrund der oben beschriebenen Antenneneigenschaften keine Winkelbereiche mit wesentlich eingeschränkter Reichweite besitzt und andererseits einen größeren Eindeutigkeitsbereich der Winkelmessung aufweist als eine konventionell ausgeführte Anordnung.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden beispielhaft anhand von 3 Abbildungen (Fig. 3 bis Fig. 6) erläutert.

Fig. 3 zeigt ein Antennendiagramm für eine erfindungsgemäße Reflektorantenne.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Reflektorantenne in schematischer Darstellung im Querschnitt.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den Hauptreflektor der planaren gefalteten Reflektorantenne gemä# Fig. 4.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf den Hauptreflektor der planaren gefalteten Reflektorantenne gemäß Fig. 4 mit gezieltem Einsatz von Störstellen.

Die Auftragung der Amplitude A gegen den Winkel W in Fig. 3 zeigt drei Strahlen 5,6, 7 mit drei Maxima M5, M6, M7 die sich gegenüber den in Fig. 1 dargestellten Diagrammformen in den beschriebenen Sachverhalten durch deutlich bessere Eigenschaften auszeichnen. Es liegt ein deutlich höherer Schnittpunkt S2 der äußeren Keulen 5,7 gegenüber dem Schnittpunkt S1 in Fig. 1 bei 0° vor. Außerdem bilden sich die ersten Nebenkeulen N6a, N6b des mittleren Strahls erst bei deutlich größeren Winkeln aus. Exemplarisch sind die Sachverhalte hier am Beispiel von drei Antennenkeulen 5,6, 7 dargestellt, das Prinzip gilt jedoch in gleicher Weise auch für eine größere Anzahl von Keulen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer planaren gefalteten Reflektorantenne erläutert, wie sie im Grundsatz aus der DE 198 48 722 A1 bekannt ist und worauf hier vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Antenne ist in der Fig. 4 dargestellt.

Sie weist analog zu dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau im wesentlichen drei oder weniger oder mehr Erregern 22, einen Subreflektor 23 mit aufgebrachtem Polarisator 26 und einen Hauptreflektor 21 auf, der durch ein planares Dielektrikum mit einer Anordnung von einzelnen Metallisierungsstrukturen 25 auf der Vorderseite, einem sogenannten Reflect-Array, gebildet wird. Im vorliegenden Beispiel ermöglicht dieses Reflect-Array neben örtlich variierenden Reflektionseigenschaften eine Drehung der Polarisationsebene der Radarwellen um 90°, so dass diese zunächst am Subreflektor 23 reflektiert werden und diesen nach Reflektion am Hauptreflektor 21 ungehindert durchdringen können. Die örtlich variierenden Reflektionseigenschaften ergeben sich dabei durch die örtlich unterschiedlichen Größen der Metallisierungsstrukturen 25, wie in Fig. 4 und den folgenden Abbildungen Fig. 6 zu erkennen ist.

Bei einer konventionell ausgestalteten Anordnung oder Referenzauslegung werden die einzelnen Metallisierungsstrukturen so dimensioniert, dass sie Reflexionsphasen aufweisen, die gerade die sich durch die unterschiedlichen Weglängen vom zentrisch angebrachten Erreger zu den einzelnen betrachteten Metallisierungen ergebenden Phasendifferenzen ausgleichen. Im formelmäßigen Zusammenhang ergibt sich die gesuchte Reflexionsphase der i-ten Metallisierung so zu

wobei A die Freiraumwellenlänge, ri den Abstand zwischen Erreger und der i-ten Metallisierung und h den Abstand 14 in Fig. 2 bedeuten.

Diese Referenzauslegung führt bei einer vorgegebenen Anordnung zum größtmöglichen Gewinn und zu den schmaist möglichen Antennenstrahlen, was zu den oben erläuterten Problemen bei einer auf Amplitudenvergleich basierende Winkelmessung führt.

Eine bevorzugte Anordnung besteht darin, die Metallisierungsstrukturen 25 auf dem Hauptreflektor 21 regelmäßig aus Rechtecken, Kreuzen, Scheiben und ähnlichem auf einem Gitter mit konstantem Abstand anzuordnen, jedoch nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung einzelne Metallisierungen wegzulassen.

Dadurch entstehen Störstellen im ortsabhängigen Verhalten des Reflektors, welche zu einer ungerichteten Abstrahlung der in den jeweiligen Regionen vorhandenen Leistungsanteile führt. Fig. 5 zeigt eine Ausführung ohne Störstellen. Fig. 6 zeigt eine ausgehend von Fig. 5 erstellte Ausführungsform mit Störstellen nach der Erfindung.

Alternativ oder ergänzend können Metallisierungen gegenüber ihrer für einen maximalen Gewinn der Antennenanordnung erforderlichen Dimensionierung nach einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode mit definierter Wahrscheinlichkeitsverteilung auch gezielt in ihren Dimensionen oder Formen verändert werden. Durch eine solche Maßnahme kann im Fernfeld der Anordnung eine näherungsweise Auslöschung einzelner am Hauptreflektor gestreuter Leistungsanteile erzielt werden.

Gegenüber den an einigen Stellen in der Literatur beschriebenen, sogenannten "thinned arrays" (z. B. Skolnik, M. introduction to Radar Systems", McGraw-Hill Book Company, 1962) werden hier Störstellen gezielt zur Formung der Antennenstrahlen in Reflektorantennenanordnungen eingesetzt, wobei die Störstellen entweder durch Weglassen oder auch durch gezieltes"Verstimmen"von Metallisierungen realisiert werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung sind die Metallisierungen des Hauptreflektors auf der gesamten Fläche funktional vom Ort abhängig gezielt in ihren Dimensionen oder Formen verändert, was einen zusätzlichen von ri abhängigen Term in der oben angegebenen formelmäßigen Auslegungsvorschrift bedeutet. Das erfolgt vorzugsweise zusätzlich zu der oben beschriebene Ausbildung von Störstellen. Dies führt zu einer gegenüber einer gewöhnlichen Auslegung der Anordnung definiert fehlerbehafteten Phasenbelegung auf dem Hauptreflektor, wodurch die erste Nebenkeule eines jeden Antennenstrahls mit der Hauptkeule verschmolzen wird und sich die gewünschte Diagrammform ergibt.