DE102023108095A1

DE102023108095A1 - VIVALDI ANTENNA STRUCTURE FOR INDOOR AND EXTERIOR RADAR SYSTEMS IN MOTOR VEHICLES

Info

Publication number: DE102023108095A1
Application number: DE102023108095.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Sickinger; Milan Kvicera
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2023-03-30
Filing date: 2023-03-30
Publication date: 2024-10-02

Abstract

Antenne (100) mit einer Grundplatte (102), einem ersten Antennenabschnitt (104) und einem zweiten Antennenabschnitt (106), wobei sich der erste Antennenabschnitt parallel zur Grundplatte und der zweite Antennenabschnitt orthogonal zur Grundplatte erstreckt, der zweite Antennenabschnitt zwei flügelförmige Elemente (108) aufweist, der erste Antennenabschnitt und der zweite Antennenabschnitt eine Vivaldi-Antennenstruktur bilden und der erste Antennenabschnitt einen ersten Kopplungsschlitz (110) der Vivaldi-Antennenstruktur aufweist.Antenna (100) with a base plate (102), a first antenna section (104) and a second antenna section (106), wherein the first antenna section extends parallel to the base plate and the second antenna section extends orthogonally to the base plate, the second antenna section has two wing-shaped elements (108), the first antenna section and the second antenna section form a Vivaldi antenna structure and the first antenna section has a first coupling slot (110) of the Vivaldi antenna structure.

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vivaldi-Antennenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer Vivaldi-Antennenstruktur.The invention relates to a Vivaldi antenna structure and a method for producing a Vivaldi antenna structure.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Vivaldi-Antennen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden als Breitbandantennen verwendet. So beschreibt beispielsweise die US2005012672A1 eine gerichtete, breitbandige, planare Vivaldi-Antennenanordnung. Bei der Antennenanordnung handelt es sich um eine Form von Vivaldi-Antennen, die aus einer Vielzahl von leitenden Schichten bestehen, die auf mindestens einer Substratschicht angeordnet sind.Vivaldi antennas are known from the state of the art and are used as broadband antennas. For example, the US2005012672A1 a directional, broadband, planar Vivaldi antenna array. The antenna array is a form of Vivaldi antennas consisting of a plurality of conductive layers arranged on at least one substrate layer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vivaldi-Antennenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antennenstruktur bereitzustellen. Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object of the invention is to provide a Vivaldi antenna structure and a method for producing such an antenna structure. The objects underlying the invention are solved by the features of the independent claims.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne, die eine Grundplatte, einen ersten Antennenabschnitt und einen zweiten Antennenabschnitt umfasst, wobei sich der erste Antennenabschnitt parallel zu der Grundplatte und der zweite Antennenabschnitt orthogonal zu der Grundplatte erstreckt, wobei der zweite Antennenabschnitt zwei flügelförmige Elemente umfasst, wobei der erste Antennenabschnitt und der zweite Antennenabschnitt eine Vivaldi-Antennenstruktur bilden und der erste Antennenabschnitt einen ersten Kopplungsschlitz der Vivaldi-Antennenstruktur umfasst. Ausführungsformen der Erfindung können den Vorteil haben, dass sie einfach herzustellen sind, eine robuste Bauqualität aufweisen und in der z-Richtung mit einem großen Sichtfeld abstrahlen (die z-Richtung ist orthogonal zur Grundplatte).The present invention relates to an antenna comprising a ground plane, a first antenna section and a second antenna section, the first antenna section extending parallel to the ground plane and the second antenna section extending orthogonal to the ground plane, the second antenna section comprising two wing-shaped elements, the first antenna section and the second antenna section forming a Vivaldi antenna structure and the first antenna section comprising a first coupling slot of the Vivaldi antenna structure. Embodiments of the invention may have the advantage of being easy to manufacture, having a robust build quality and radiating in the z-direction with a large field of view (the z-direction is orthogonal to the ground plane).

Diese Art von Antennen kann in der Automobilindustrie eingesetzt werden. In einem Beispiel können sie in Außen- und Innenradarsystemen für Kurvenradare verwendet werden. Die Antenne kann innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs montiert werden. Durch geeignete Dimensionierung kann erreicht werden, dass die Antenne ein großes Sichtfeld und ein kugelförmiges Strahlungsdiagramm erzeugt, wobei das kugelförmige Strahlungsdiagramm und das große Sichtfeld dazu beitragen können, Objekte in einem sehr großen Bereich zu erfassen. Die Antennenanordnung kann außerdem eine Strahlung mit geringer Welligkeit erzeugen. Die Welligkeit des Antennenstrahlungsdiagramms kann zu Unstimmigkeiten bei der Erfassung von Objekten führen, so dass durch die Bereitstellung einer Antenne mit geringer Welligkeit der Gesamterfassungsbereich des Radars, in dem die Antenne verwendet wird, erhöht werden kann. Durch die Vermeidung großer Welligkeiten ist das Signal über das gesamte Muster gleichmäßiger, so dass der Bereich der zuverlässig zu erfassenden Objekte und die Genauigkeit der Objektortung erhöht werden kann.This type of antennas can be used in the automotive industry. In one example, they can be used in exterior and interior radar systems for cornering radars. The antenna can be mounted inside or outside the vehicle. By appropriate sizing, the antenna can be made to produce a large field of view and a spherical radiation pattern, where the spherical radiation pattern and large field of view can help detect objects in a very large area. The antenna arrangement can also produce low ripple radiation. The ripple of the antenna radiation pattern can cause inconsistencies in the detection of objects, so by providing a low ripple antenna, the overall detection range of the radar in which the antenna is used can be increased. By avoiding large ripples, the signal is more uniform across the entire pattern, so the range of objects that can be reliably detected and the accuracy of object location can be increased.

Aufgrund der orthogonalen Anordnung des zweiten Antennenabschnitts zur Grundplatte wird die Antenne die Hauptkeule in z-Richtung abstrahlen. Darüber hinaus kann eine solche Antenne aufgrund der parallelen Ausdehnung des ersten Antennenabschnitts zur Grundplatte einfach zu montieren und herzustellen sein, so dass die Antenne über den ersten Antennenabschnitt auf der Grundplatte relativ großflächig befestigt werden kann.Due to the orthogonal arrangement of the second antenna section to the base plate, the antenna will radiate the main lobe in the z-direction. In addition, such an antenna can be easy to assemble and manufacture due to the parallel extension of the first antenna section to the base plate, so that the antenna can be attached to the base plate over a relatively large area via the first antenna section.

Vorzugsweise sind die flügelförmigen Elemente symmetrisch, wobei in einem Beispiel jedes flügelförmige Element eine gerade Seite und eine parabelförmige Seite haben kann, wobei die beiden parabelförmigen Seiten einander direkt gegenüberliegen.Preferably, the wing-shaped elements are symmetrical, wherein in one example each wing-shaped element may have one straight side and one parabolic side, the two parabolic sides being directly opposite each other.

Der erste Kopplungsschlitz dient der korrekten Abstimmung der Antenne, indem er z.B. einen Kurzschluss der flügelförmigen Elemente z.B. mit einem λ/4-Leitungsabschnitt herstellt.The first coupling slot serves to correctly tune the antenna by, for example, creating a short circuit of the wing-shaped elements with a λ/4 line section.

Ein weiterer Vorteil der Antenne besteht darin, dass die H-Ebene der Antenne orthogonal zum zweiten Antennenabschnitt der Vivaldi-Antenne verläuft, während die E-Ebene parallel zu der Ebene liegt, die von den Flügeln des zweiten Antennenabschnitts aufgespannt wird. Normalerweise haben viele Antennen einen größeren Öffnungswinkel in der E-Ebene als in der H-Ebene. Bei der vorliegenden Antenne wird dieses Prinzip umgedreht, so dass der Abstrahlwinkel in der H-Ebene größer ist als in der E-Ebene. Dadurch wird das Sichtfeld der Antenne in der E-Ebene verringert, was wiederum den Einfluss der Kanten der Grundplatte minimieren kann. Man kann sich vorstellen, dass ein Oberflächenstrom entlang der Grundplatte fließt und am Ende der Kanten von der Grundplatte abstrahlt, um die Kanten- und Kontinuitätsbedingungen zu erhalten. Mit einem großen Sichtfeld in der H-Ebene wird dieser Effekt reduziert. So kann die Antenne ein großes Sichtfeld bei höherer Abstrahlungsqualität bieten.Another advantage of the antenna is that the H-plane of the antenna is orthogonal to the second antenna section of the Vivaldi antenna, while the E-plane is parallel to the plane spanned by the wings of the second antenna section. Usually, many antennas have a larger beamwidth in the E-plane than in the H-plane. In the present antenna, this principle is reversed so that the radiation angle in the H-plane is larger than in the E-plane. This reduces the field of view of the antenna in the E-plane, which in turn can minimize the influence of the edges of the ground plane. One can imagine that a surface current flows along the ground plane and radiates from the ground plane at the end of the edges to maintain the edge and continuity conditions. With a large field of view in the H-plane, this effect is reduced. Thus, the antenna can provide a large field of view with higher radiation quality.

In einem Beispiel umfasst die Grundplatte außerdem einen zweiten Kopplungsschlitz, wobei eine Ebene von den beiden flügelförmigen Elementen aufgespannt wird, wobei der erste Kopplungsschlitz auf einer ersten Seite der Ebene angeordnet ist und der zweite Kopplungsschlitz an einer Position gegenüber der ersten Seite auf einer zweiten Seite der Ebene angeordnet ist. Die Anordnung des zweiten Kopplungsschlitzes kann den Vorteil haben, dass ein eher symmetrisches und kugelförmiges Strahlungsmuster entsteht. In diesem Beispiel kann ein großes Sichtfeld erzeugt werden, da das Phasenzentrum des Strahlungsmusters in der Richtung orthogonal zur Grundplatte nach oben verschoben ist.In one example, the base plate further comprises a second coupling slot, wherein a plane is spanned by the two wing-shaped elements, wherein the first coupling slot is arranged on a first side of the plane and the second coupling slot is arranged at a position opposite the first side on a second side of the plane. The arrangement of the second coupling slot can have the advantage of producing a more symmetrical and spherical radiation pattern. In this example, a large field of view can be created because the phase center of the radiation pattern is shifted upwards in the direction orthogonal to the ground plane.

Der zweite Kopplungsschlitz befindet sich vorzugsweise gegenüber dem ersten Kopplungsschlitz, z. B. mit ähnlichen Abmessungen. Gegenüberliegend bedeutet, dass sich der erste Kopplungsschlitz auf einer Seite der Ebene befindet, die von den beiden flügelförmigen Elementen aufgespannt wird, während sich der zweite Kopplungsschlitz auf der anderen Seite dieser Ebene befindet. Nimmt man diese Ebene als Spiegelebene, so kann die Form des zweiten Kopplungsschlitzes spiegelsymmetrisch zur Form des ersten Kopplungsschlitzes sein. In der Regel sind der erste und der zweite Kopplungsschlitz koaxial zueinander angeordnet.The second coupling slot is preferably located opposite the first coupling slot, e.g. with similar dimensions. Opposite means that the first coupling slot is located on one side of the plane spanned by the two wing-shaped elements, while the second coupling slot is located on the other side of this plane. If this plane is taken as a mirror plane, the shape of the second coupling slot can be mirror-symmetrical to the shape of the first coupling slot. As a rule, the first and second coupling slots are arranged coaxially to one another.

Die Grundplatte kann zum Beispiel auch den ersten Kopplungsschlitz umfassen.The base plate can, for example, also include the first coupling slot.

In einem Beispiel ist der Übergang zwischen dem ersten Antennenabschnitt und dem zweiten Antennenabschnitt ein Bogen mit einem Winkel von 90°. Der 90°-Winkel kann das Strahlungsfeld in z-Richtung ermöglichen. In einem Beispiel ist der Bogen eine abgerundete Kurve, wobei die Kurve z. B. ein kreisförmiges oder elliptisches Segment ist. Die Verwendung eines Bogens kann zusätzliche Emissionsquellen am Übergang vom ersten Antennenabschnitt zum zweiten Antennenabschnitt eliminieren. Das Fehlen zusätzlicher Emissionsquellen kann das sphärisches Strahlungsfeld und das Sichtfeld der Antenne verbessern. In einem anderen Beispiel kann die Vivaldi-Antennenstruktur, die den ersten Antennenabschnitt und den zweiten Antennenabschnitt umfasst, ein Pick-and-Place-Teil zur Verwendung in einem Bestückungsautomaten sein, das aus einer einzigen Metallplatte besteht.In one example, the transition between the first antenna section and the second antenna section is an arc with an angle of 90°. The 90° angle may enable the radiation field in the z-direction. In one example, the arc is a rounded curve, e.g., where the curve is a circular or elliptical segment. The use of an arc may eliminate additional emission sources at the transition from the first antenna section to the second antenna section. The absence of additional emission sources may improve the spherical radiation field and the field of view of the antenna. In another example, the Vivaldi antenna structure comprising the first antenna section and the second antenna section may be a pick-and-place part for use in a pick-and-place machine consisting of a single metal plate.

Beispielsweise ist der erste Antennenabschnitt auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet, wobei auf der anderen Seite der Leiterplatte eine Speiseleitung und ein Speisepunkt der Vivaldi-Antennenstruktur angeordnet sind, wobei der Speisepunkt die Speiseleitung abschließt, wobei der Speisepunkt unterhalb des ersten Antennenabschnitts angeordnet ist. In einem Beispiel ist der Einspeisepunkt über eine kreisförmige Stichleitung oder eine radiale Stichleitung oder eine konische Stichleitung oder eine gemeinsame Stichleitung realisiert. Dies kann den Vorteil eines kompakten Formfaktors haben.For example, the first antenna section is arranged on one side of the circuit board, with a feed line and a feed point of the Vivaldi antenna structure being arranged on the other side of the circuit board, with the feed point terminating the feed line, with the feed point being arranged below the first antenna section. In one example, the feed point is realized via a circular stub or a radial stub or a conical stub or a common stub. This can have the advantage of a compact form factor.

In einem anderen Beispiel kann die Grundplatte zwei Seitenteile und einen Mittelteil umfassen, wobei die beiden Seitenteile an den Mittelteil angrenzen, wobei sich ein Schlitz des ersten Kopplungsschlitzes in einer Hauptrichtung erstreckt, wobei der Mittelteil in der Hauptrichtung eine andere Länge hat als die Seitenteile. Die Länge kann als die Ausdehnung der Grundplatte in der Hauptrichtung definiert werden.In another example, the base plate may comprise two side parts and a middle part, the two side parts being adjacent to the middle part, a slot of the first coupling slot extending in a main direction, the middle part having a different length in the main direction than the side parts. The length may be defined as the extent of the base plate in the main direction.

Das Strahlungsfeld kann durch Änderung der Breite und Länge der verschiedenen Teile optimiert werden, wobei die Breite als die Ausdehnung orthogonal zur Hauptrichtung definiert ist. Die Breite des Mittelteils kann gleich der Breite des ersten Antennenabschnitts und des zweiten Antennenabschnitts sein. In einem anderen Beispiel ist die Breite des Mittelteils zwischen 0 % und 40 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 %, besonders bevorzugt zwischen 15 % und 25 % größer als die Breite der Seitenteile. Die Länge des Mittelteils ist zwischen 0 % und 40 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 %, besonders bevorzugt zwischen 15 % und 25 % größer als die Länge der Seitenteile. Ferner entspricht die Breite des Mittelteils vorzugsweise der Breite des ersten Antennenabschnitts orthogonal zur oben erwähnten Hauptrichtung. Durch die richtige Wahl der Längen und Breiten des Mittelteils und der Seitenteile können die Strahlungseigenschaften der Antenne verbessert werden, indem ein kugelförmiges Strahlungsfeld mit relativ geringer Welligkeit erzeugt wird, wobei ein Sichtfeld von bis zu etwa 170° auf der Grundlage eines -3-dB-Winkelbereichs (Halbwertsbreite) erreicht werden kann.The radiation field can be optimized by changing the width and length of the different parts, where the width is defined as the extension orthogonal to the main direction. The width of the central part can be equal to the width of the first antenna section and the second antenna section. In another example, the width of the central part is between 0% and 40%, preferably between 10% and 30%, more preferably between 15% and 25% greater than the width of the side parts. The length of the central part is between 0% and 40%, preferably between 10% and 30%, more preferably between 15% and 25% greater than the length of the side parts. Furthermore, the width of the central part preferably corresponds to the width of the first antenna section orthogonal to the above-mentioned main direction. By properly choosing the lengths and widths of the central and side sections, the radiation characteristics of the antenna can be improved by producing a spherical radiation field with relatively low ripple, achieving a field of view of up to about 170° based on a -3 dB angular range (half-width).

In einem anderen Beispiel liegt die Frequenz der Antenne zwischen 50 GHz und 110 GHz, vorzugsweise zwischen 60 GHz und 100 GHz, besonders bevorzugt zwischen 70 GHz und 90 GHz.In another example, the frequency of the antenna is between 50 GHz and 110 GHz, preferably between 60 GHz and 100 GHz, more preferably between 70 GHz and 90 GHz.

In einem anderen Beispiel ist die Zuleitung eine Mikrostreifenleitung, wodurch ein kompakter Baufaktor erreicht werden kann.In another example, the supply line is a microstrip line, which allows a compact design factor to be achieved.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Antenne, die eine Grundplatte, einen ersten Antennenabschnitt und einen zweiten Antennenabschnitt umfasst, wobei sich der erste Antennenabschnitt parallel zur Grundplatte und der zweite Antennenabschnitt orthogonal zur Grundplatte erstreckt, der zweite Antennenabschnitt zwei flügelförmige Elemente umfasst, der erste Antennenabschnitt und der zweite Antennenabschnitt eine Vivaldi-Antennenstruktur bilden und der erste Antennenabschnitt einen ersten Kopplungsschlitz der Vivaldi-Antennenstruktur umfasst. Gemäß dem Verfahren wird eine Grundplatte bereitgestellt, eine Vivaldi-Antennenstruktur, die den ersten Antennenabschnitt und den zweiten Antennenabschnitt umfasst, wird bereitgestellt, und der erste Antennenabschnitt und die Grundplatte werden verbunden. Dies kann den Vorteil haben, dass die mechanische Stabilität der Erfindung erhöht wird, da die Verbindung zwischen dem ersten Antennenabschnitt und der Grundplatte eben ist und eine große Fläche für die Montage bietet.In a further aspect, the invention relates to a method for producing an antenna comprising a base plate, a first antenna section and a second antenna section, wherein the first antenna section extends parallel to the base plate and the second antenna section extends orthogonally to the base plate, the second antenna section comprises two wing-shaped elements, the first antenna section and the second antenna section form a Vivaldi antenna structure and the first antenna section comprises a first coupling slot of the Vivaldi antenna structure. According to the method, a base plate is provided, a Vivaldi antenna structure comprising the first antenna section and the second antenna section is provided. and the first antenna section and the base plate are connected. This can have the advantage of increasing the mechanical stability of the invention since the connection between the first antenna section and the base plate is flat and offers a large area for mounting.

In einem Beispiel sind der erste Antennenabschnitt und der zweite Antennenabschnitt einstückig miteinander verbunden (geformt). In einem Beispiel können der erste Antennenabschnitt und der zweite Antennenabschnitt aus einem einzigen Stück Metall hergestellt werden, wodurch zusätzliche Emissionsquellen am Übergang vom ersten Antennenabschnitt zum zweiten Antennenabschnitt vermieden werden können. Dies kann ein kostengünstiges Herstellungsverfahren ermöglichen, insbesondere weil der 90°-Übergang zwischen dem ersten Antennenabschnitt und dem zweiten Antennenabschnitt durch Biegen des einteiligen Metalls anstelle des Zusammenfügens von zwei separaten Metallteilen erreicht werden kann.In one example, the first antenna section and the second antenna section are integrally connected (molded) to each other. In one example, the first antenna section and the second antenna section may be manufactured from a single piece of metal, thereby avoiding additional emission sources at the transition from the first antenna section to the second antenna section. This may enable a cost-effective manufacturing process, particularly because the 90° transition between the first antenna section and the second antenna section may be achieved by bending the one-piece metal instead of joining two separate pieces of metal together.

In einem anderen Beispiel können die Grundplatte und der erste Antennenabschnitt durch Löten, Kleben oder Schweißen verbunden werden.In another example, the base plate and the first antenna section may be connected by soldering, gluing, or welding.

In einem Beispiel werden die Grundplatte und der erste Antennenabschnitt in einem Bestückungsautomaten zusammengefügt. Dies kann sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten und -geschwindigkeit auswirken, da die einzelnen Teile der Antenne z. B. auf einer Fertigungsstraße oder einem Förderband zum Zusammenfügen bereitgestellt werden können.In one example, the base plate and the first antenna section are assembled in a pick-and-place machine. This can have a beneficial effect on manufacturing costs and speed, as the individual parts of the antenna can be provided for assembly, for example, on a production line or conveyor belt.

Es versteht sich, dass eine oder mehrere der vorgenannten Ausführungsformen kombiniert werden können, solange sich die kombinierten Ausführungsformen nicht gegenseitig ausschließen.It is understood that one or more of the aforementioned embodiments may be combined, as long as the combined embodiments do not exclude each other.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden werden Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen:

1 ist eine schematische Darstellung einer Vivaldi-Antenne mit einer Grundplatte und einem Kopplungsschlitz.
2 ist eine schematische Darstellung einer Vivaldi-Antenne mit einer Grundplatte und zwei Kopplungsschlitzen.
3 ist eine schematische Darstellung einer Speiseleitung und eines kreisförmigen Stumpfes einer Vivaldi-Antenne.
4 ist eine schematische Darstellung einer Vivaldi-Antenne mit sphärischem Strahlungsfeld.
5 ist ein Diagramm des Eingangsreflexionskoeffizienten einer Vivaldi-Antenne.
6 ist eine schematische Darstellung der Strahlungseigenschaften und des Sichtfelds einer Antenne.

Examples are described in more detail below with reference to the drawings, in which:

1 is a schematic representation of a Vivaldi antenna with a ground plane and a coupling slot.
2 is a schematic representation of a Vivaldi antenna with a ground plane and two coupling slots.
3 is a schematic representation of a feedline and a circular stub of a Vivaldi antenna.
4 is a schematic representation of a Vivaldi antenna with a spherical radiation field.
5 is a diagram of the input reflection coefficient of a Vivaldi antenna.
6 is a schematic representation of the radiation characteristics and field of view of an antenna.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Im Folgenden werden gleichartige Elemente mit denselben Ziffern bezeichnet.In the following, similar elements are designated with the same numbers.

1 zeigt eine Vivaldi-Antennenstruktur 100 mit einer Grundplatte 102, einem ersten Antennenabschnitt 104 und einem zweiten Antennenabschnitt 106, wobei die Grundplatte und der erste Antennenabschnitt parallel zueinander angeordnet sind. Dieser zweite Antennenabschnitt umfasst zwei flügelförmige Elemente 108. Die flügelförmigen Elemente sind z.B. symmetrisch und können parabelförmige Elemente bilden. Ferner sind der erste Antennenabschnitt und der zweite Antennenabschnitt miteinander verbunden, z. B. durch Schweißen oder Kleben. Im vorliegenden Beispiel bilden beide Antennenabschnitte ein einziges Stück aus leitfähigem Material, das eine Krümmung von 90° aufweist. In der dargestellten Figur weisen sowohl der erste Antennenabschnitt als auch die Grundplatte einen ersten Kopplungsschlitz 110 auf. Der erste Kopplungsschlitz wird durch einen entsprechenden gemeinsamen Hohlraum des ersten Antennenabschnitts 104 und der Grundplatte 102 gebildet. 1 shows a Vivaldi antenna structure 100 with a base plate 102, a first antenna section 104 and a second antenna section 106, wherein the base plate and the first antenna section are arranged parallel to each other. This second antenna section comprises two wing-shaped elements 108. The wing-shaped elements are e.g. symmetrical and can form parabolic elements. Furthermore, the first antenna section and the second antenna section are connected to each other, e.g. by welding or gluing. In the present example, both antenna sections form a single piece of conductive material having a curvature of 90°. In the figure shown, both the first antenna section and the base plate have a first coupling slot 110. The first coupling slot is formed by a corresponding common cavity of the first antenna section 104 and the base plate 102.

Der erste Kopplungsschlitz ergibt sich aus den Fußteilen der beiden flügelförmigen Elemente 108, die parallel zum ersten Antennenabschnitt 104 verlaufen und zwischen denen sich ein Spalt befindet, der durch einen kreisförmigen Hohlraum abgeschlossen wird. Ein Zweck der Lücke und des kreisförmigen Hohlraums ist z. B. die korrekte Abstimmung der Antenne - der Fuß der Flügel wird durch einen λ/4-Leitungsabschnitt kurzgeschlossen, der optional kreisförmig ist und einen Durchmesser von einer Viertelwellenlänge der Mittenfrequenz hat, um die Bandbreite der Antenne zu erhöhen/abzustimmen.The first coupling slot is formed by the base portions of the two wing-shaped elements 108 that run parallel to the first antenna section 104 and between which there is a gap that is closed off by a circular cavity. One purpose of the gap and circular cavity is, for example, to properly tune the antenna - the base of the wings is short-circuited by a λ/4 line section that is optionally circular and has a diameter of a quarter wavelength of the center frequency to increase/tune the bandwidth of the antenna.

2 zeigt eine weitere Vivaldi-Antennenstruktur, bei der sich im Vergleich zur Antenne in 1 ein zweiter Kopplungsschlitz 210 in der Grundplatte in einer Hauptrichtung 206 (der Schlitzerstreckungsrichtung) erstreckt, und die Grundplatte kann aus einem Mittelteil 204 mit einer Länge 208 und einer Breite 212 und zwei Seitenteilen 202 mit jeweils derselben Länge 214 und Breite 216 bestehen. Die Breite 212 des Mittelteils ist zwischen 0 % und 40 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 %, besonders bevorzugt zwischen 15 % und 25 % größer als die Breite 216 der Seitenteile. Die Länge 208 des Mittelteils ist zwischen 0 % und 40 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 %, besonders bevorzugt zwischen 15 % und 25 % größer als die Länge 214 der Seitenteile. Ferner entspricht die Breite 212 des Mittelteils vorzugsweise der Breite des ersten und zweiten Antennenabschnitts orthogonal zur oben erwähnten Hauptrichtung. Die richtige Wahl der Längen und Breiten des mittleren und der seitlichen Teile kann die Strahlungseigenschaften der Antenne verbessern, indem ein kugelförmiges Strahlungsfeld mit einem gewünschten Sichtfeld erzeugt wird. 2 shows another Vivaldi antenna structure, which, compared to the antenna in 1 a second coupling slot 210 in the base plate extends in a main direction 206 (the slot extension direction), and the base plate can consist of a central part 204 with a length 208 and a width 212 and two side parts 202 each with the same length 214 and width 216. The width 212 of the central part is between 0% and 40%, preferably between 10% and 30%, particularly preferably between 15% and 25% larger than the width 216 of the side parts. The length 208 of the central part is between 0% and 40%, preferably between 10% and 30%, particularly preferably between between 15% and 25% larger than the length 214 of the side parts. Furthermore, the width 212 of the central part preferably corresponds to the width of the first and second antenna sections orthogonal to the above-mentioned main direction. The correct choice of the lengths and widths of the central and side parts can improve the radiation characteristics of the antenna by creating a spherical radiation field with a desired field of view.

Der zweite Kopplungsschlitz kann spiegelsymmetrisch zum ersten Kopplungsschlitz angeordnet sein, wobei die Spiegelebene parallel zu der Ebene definiert ist, die von den beiden flügelförmigen Elementen aufgespannt wird. Typischerweise befindet sich die Spiegelebene zwischen (z. B. genau in der Mitte) dem Punkt, an dem die Krümmung von 90° beginnt, und der tatsächlichen Position der Ebene, die von den beiden flügelförmigen Elementen aufgespannt wird. Im Allgemeinen können die Breite des Spalts des ersten und zweiten Kopplungsschlitzes sowie die Form der kreisförmigen Hohlräume identisch sein.The second coupling slot can be arranged mirror-symmetrically to the first coupling slot, with the mirror plane being defined parallel to the plane spanned by the two wing-shaped elements. Typically, the mirror plane is located between (e.g. exactly in the middle) the point where the 90° curvature begins and the actual position of the plane spanned by the two wing-shaped elements. In general, the width of the gap of the first and second coupling slots as well as the shape of the circular cavities can be identical.

3 zeigt eine Vivaldi-Antenne, z. B. die Antenne aus 1 oder 2, die außerdem eine Speiseleitung 302 und eine kreisförmige Stichleitung 304 aufweist. Die Speiseleitung und die kreisförmige Stichleitung können sich auf einer Seite der Grundplatte befinden, während sich beide Antennenabschnitte auf der anderen Seite der Grundplatte befinden. Außerdem befindet sich die kreisförmige Stichleitung am Ende der Speiseleitung und kann entweder unterhalb des ersten Antennenabschnitts oder unterhalb des Übergangs zwischen dem ersten und dem zweiten Antennenabschnitt angeordnet sein. Die kreisförmige Stichleitung dient dazu, ein HF-Speisesignal an die Antenne zu übermitteln. 3 shows a Vivaldi antenna, e.g. the antenna from 1 or 2 , which further comprises a feed line 302 and a circular stub line 304. The feed line and the circular stub line may be located on one side of the ground plane, while both antenna sections are located on the other side of the ground plane. In addition, the circular stub line is located at the end of the feed line and may be located either below the first antenna section or below the transition between the first and second antenna sections. The circular stub line serves to transmit an RF feed signal to the antenna.

4 zeigt eine Vivaldi-Antenne, zum Beispiel die Antenne aus 2, mit einer z-Richtung 402. Ferner ist ein simuliertes sphärisches Strahlungsfeld dargestellt, wie es mit einer solchen Antenne erzeugt wird. In z-Richtung ist das Phasenzentrum des Strahlungsfelds nach oben verschoben, was zu einem Sichtfeld von etwa 170° führt, basierend auf einem Winkelbereich von -3 dB. Ein derartiges kugelförmiges Strahlungsfeld und das daraus resultierende große Sichtfeld können helfen, Objekte in einem sehr weiten Bereich zu erkennen. Wie zu sehen ist, weist das Strahlungsmuster nur eine geringe Welligkeit auf, wodurch das Risiko von Unstimmigkeiten bei der Erkennung von Objekten minimiert wird. 4 shows a Vivaldi antenna, for example the antenna from 2 , with a z-direction 402. Furthermore, a simulated spherical radiation field is shown as generated with such an antenna. In the z-direction, the phase center of the radiation field is shifted upwards, resulting in a field of view of about 170°, based on an angular range of -3 dB. Such a spherical radiation field and the resulting large field of view can help to detect objects in a very wide area. As can be seen, the radiation pattern has only a small waviness, which minimizes the risk of inconsistencies in the detection of objects.

5 zeigt den Eingangsreflexionskoeffizienten der Vivaldi-Antenne aus 2 wie oben beschrieben. Der Eingangsreflexionsfaktor (S11) 502 der Antenne wird in Dezibel (dB) auf der Y-Achse des Diagramms in Abhängigkeit von der Frequenz in Gigahertz (GHz) auf der X-Achse des Diagramms angegeben. Wie zu sehen ist, zeigt das Diagramm das Minimum der Funktion S11/Frequenz bei etwa 79 GHz mit bemerkenswerten Breitbandeigenschaften. 5 shows the input reflection coefficient of the Vivaldi antenna from 2 as described above. The input reflection factor (S11) 502 of the antenna is given in decibels (dB) on the Y-axis of the graph versus frequency in gigahertz (GHz) on the X-axis of the graph. As can be seen, the graph shows the minimum of the S11/frequency function at about 79 GHz with remarkable broadband characteristics.

6 zeigt das realisierte Gewinn-/Abstrahlungsdiagramm in der H-Ebene bei einer Frequenz von 76,5 GHz der Vivaldi-Antenne aus 2. Die H-Ebene erstreckt sich orthogonal zu einem zweiten Antennenabschnitt der Vivaldi-Antenne, während die E-Ebene parallel zu der Ebene verläuft, die von den Flügeln des zweiten Antennenabschnitts aufgespannt wird. Der magnetische Feldvektor zeigt in die Richtung der H-Ebene, der elektrische Feldvektor in die Richtung der E-Ebene. Die Ausbreitungsrichtung (der Poynting-Vektor) liegt in der z-Richtung. Wie aus 6 ersichtlich ist, beträgt die Hauptkeulengröße 602 3,69 dBi, die Hauptkeulenrichtung 604 43,0° und der Öffnungswinkel 606 bei einem Winkelbereich von -3 dB (Halbwertsbreite) 174,9°. Dies beweist, dass durch geeignete Anpassung der Antennenabschnitte und der Grundplatte ein hervorragendes Strahlungsfeld mit einer solchen Antenne erzielt werden kann. 6 shows the realized gain/radiation diagram in the H-plane at a frequency of 76.5 GHz of the Vivaldi antenna from 2 The H-plane extends orthogonally to a second antenna section of the Vivaldi antenna, while the E-plane runs parallel to the plane spanned by the wings of the second antenna section. The magnetic field vector points in the direction of the H-plane, the electric field vector in the direction of the E-plane. The direction of propagation (the Poynting vector) lies in the z-direction. As can be seen from 6 As can be seen, the main lobe size 602 is 3.69 dBi, the main lobe direction 604 is 43.0° and the opening angle 606 is 174.9° at an angular range of -3 dB (half-width). This proves that an excellent radiation field can be achieved with such an antenna by appropriately adapting the antenna sections and the base plate.

Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben ist, sind diese Darstellungen und Beschreibungen als illustrativ oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt.Although the invention has been shown and described in detail in the drawings and the foregoing description, such representations and descriptions are to be considered as illustrative or exemplary and not restrictive; the invention is not limited to the embodiments disclosed.

REFERENZZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

100100: Vivaldi-AntennenstrukturVivaldi antenna structure
102102: GrundplatteBase plate
104104: Erster Antennenabschnittfirst antenna section
106106: Zweiter AntennenabschnittSecond antenna section
108108: Flügelförmige Elementewing-shaped elements
110110: Erster KopplungsschlitzFirst coupling slot
202202: Seitenteilside panel
204204: Mittelteilmiddle part
206206: Hauptrichtungmain direction
208208: Länge des mittleren Abschnittslength of the middle section
210210: Zweiter KopplungsschlitzSecond coupling slot
212212: Breite des Mittelteilswidth of the middle part
214214: Länge der Seitenteilelength of the side panels
216216: Breite der Seitenteilewidth of the side panels
302302: Einspeiseleitungfeeder line
304304: Stichleitungspur line
402402: z-Richtungz-direction
502502: Eingangsreflexionsfaktor (S11)input reflection factor (S11)
602602: Hauptkeulengrößemain lobe size
604604: Richtung des Hauptkegelsdirection of the main cone
606606: Öffnungswinkelopening angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2005012672 A1 [0002]

Claims

Antenna (100) comprising a base plate (102), a first antenna section (104) and a second antenna section (106), the first antenna section extending parallel to the base plate and the second antenna section extending orthogonal to the base plate, the second antenna section comprising two wing-shaped elements (108), the first antenna section and the second antenna section forming a Vivaldi antenna structure, the first antenna section comprising a first coupling slot (110) of the Vivaldi antenna structure.

antenna after Claim 1 , wherein the base plate further comprises a second coupling slot (210), wherein a plane is spanned by the two wing-shaped elements, wherein the first coupling slot is arranged on a first side of the plane and the second coupling slot is arranged at a position opposite the first side on a second side of the plane.

The antenna to Claim 1 or 2 , wherein the base plate also includes the first coupling slot.

The antenna according to one of the preceding claims, wherein the transition between the first antenna section and the second antenna section is a 90° bend.

The antenna of any preceding claim, further comprising a printed circuit board, wherein the printed circuit board includes the ground plane as a planar layer.

antenna after claim 5 , wherein the first antenna section is arranged on one side of the printed circuit board, wherein a feed line (302) and a feed point of the Vivaldi antenna structure are arranged on the other side of the printed circuit board, wherein the feed point terminates the feed line, wherein the feed point is arranged below the first antenna section.

Antenna according to one of the preceding claims, wherein the base plate comprises two side parts (202) and a central part (204), wherein the two side parts adjoin the central part, wherein a slot of the first coupling slot extends in a main direction (206), wherein the central part has a different length in the main direction than the side parts.

The antenna to claim 7 , with the middle part being longer than the two side parts.

The antenna according to one of the preceding claims, wherein a frequency of the antenna is between 50 GHz and 110 GHz, preferably between 60 GHz and 100 GHz, particularly preferably between 70 GHz and 90 GHz.

The antenna according to one of the previous Claims 6 - 9 , where the feed line is a microstrip line.

Method for producing the antenna according to Claim 1 , the method comprising - providing the base plate; - providing the Vivaldi antenna structure comprising the first antenna section and the second antenna section; - connecting the first antenna section and the base plate.

procedure according to claim 11 , wherein the first antenna section and the second antenna section are integrally connected to each other.

procedure according to claim 11 or 12 , wherein the base plate and the first antenna section are connected by soldering, gluing or welding.

Method according to one of the preceding Claims 11 until 13 , whereby the base plate and the first antenna section are assembled in an automatic assembly machine.