DE2951021A1 - Vehicle natural speed detector - has aerial formed by collector lens with punctiform feed radiation source in focal plane - Google Patents
Vehicle natural speed detector - has aerial formed by collector lens with punctiform feed radiation source in focal planeInfo
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Abstract
Description
Anordnung zur Bestimmung der EigengeschwindigkeitArrangement for determining the airspeed
von Fahrzeugen" Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die in oder an einem erdgebundenen Fahrzeug (Land- oder Wasserfahrzeug) dessen Eigengescnwindigkeit dadurch bestimmt, daß sie unter vorgegebener Ausrichtung zur Fahrzeuglängsachse über mindestens eine Antenne elektromagnetische Wellen nach dem Rückstrahlprinzip zum Erdboden gerichtet aussendet und von dort reflektierte Anteile der Wellen wiederempfängt und daß sie die Geschwindigkeits-/Fahrtrichtungsinformation aus den wiederempfangenen Wellen unter Ausnutzung des Dopplereffektes ableitet.of vehicles "The invention relates to an arrangement in or on a ground-based vehicle (land or water vehicle) its own speed determined by the fact that they are in a predetermined orientation to the vehicle's longitudinal axis Electromagnetic waves based on the reflection principle via at least one antenna sends out directed towards the ground and from there re-receives reflected portions of the waves and that they get the speed / direction information from the received Derives waves using the Doppler effect.
Solche Anordnungen finden beispielsweise Verwendung bei schienengebundenen Fahrzeugen zur Wegmessung durch Integration über die aus der Dopplerverschiebung der empfangenen Wellen gegenüber der ausgestrahlten Wellen bestimmte Geschwindigkeit.Such arrangements are used, for example, in rail-bound Vehicles for distance measurement through integration via the Doppler shift of the received waves compared to the transmitted waves.
Der Abstand zwischen Sende-Empfangsantenne und reflektierendem Untergrund beträgt hierbei häufig nur einige Wellenlängen. Die gemessene Frequenz-Dopplerverschiebung hängt außer von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auch noch vom Richtungswinkel der enittierten und empfangenen Strahlung mit dem Erdboden ab. Um eine möglichst eindeutige Geschwindigkeitsbestimmung vornehmen zu können, muß in einem solchen Fall das abgestrahlte Wellenfeld bereits im Nahfeldbereich der Antenne nahezu parallele Phasenfronten aufweisen. Bei merklicher Divergenz der emittierten Strahlung ergibt sich bei der Bestimmung der Dopplerfrequenz ein breites Spektrum entsprechend den verschiedenen Abstrahlwinkeln.The distance between the transmitting / receiving antenna and the reflective surface is often only a few wavelengths. The measured frequency Doppler shift depends not only on the speed of the vehicle but also on the directional angle the emitted and received radiation with the ground. To get one as possible To be able to make a clear determination of the speed, must be in such a If the emitted wave field is already almost parallel in the near field area of the antenna Have phase fronts. If there is a noticeable divergence of the emitted radiation When determining the Doppler frequency, a broad spectrum according to the different beam angles.
Solche nahezu parallelen Phasenfronten im Nahfeldbereich der Antenne können, wie allgemein bekannt, mit im Vergleich zur Wellenlänge der Strahlung sehr langen Hornstrahlern, Urichter- oder Parabolantennen erreicht werden.Such almost parallel phase fronts in the near field area of the antenna can, as is well known, with a lot compared to the wavelength of the radiation long horn antennas, converter or parabolic antennas can be achieved.
Die sich hierbei ergebenden Abmessungen sowie der mechanische Aufwand beim Einbau solcher Antennen ist jedoch bei einer Anordnung der eingangs genannten Art nicht realisierbar, da die Platzverhältnisse an solchen Fahrzeugen im allgemeinen beengt sind.The resulting dimensions and the mechanical effort when installing such antennas, however, the arrangement mentioned at the beginning Kind of not feasible because of the space available on such vehicles in general are cramped.
Dieser Mangel wird durch eine aus der DE-OS 22 37 139 bekannte Antenne teilweise behoben. Die dort beschriebene Antenne besteht aus einem langgestreckten Hohlleiter mit einem in Längsrichtung eingefrästen Schlitz, über den die Wellen abgestrahlt und empfangen werden. Zur Abstrahlung von Wellen mit paralleler Phasenfront, deren Richtung einen bestimmten Winkel mit der Hohlleiterachse einschließt, wird der Unterschied in den Phasengeschwindigkeiten für eine Welle im Hohlleiter bzw. im freien Raum ausgenutzt.This deficiency is caused by an antenna known from DE-OS 22 37 139 partially resolved. The antenna described there consists of an elongated one Waveguide with a longitudinally milled slot through which the waves be emitted and received. For the emission of waves with a parallel phase front, whose direction includes a certain angle with the waveguide axis the difference in the phase velocities for a wave in the waveguide or exploited in free space.
Um ein paralleles Wellenfeld im Nahbereich der Antenne zu erhalten, benötigt diese Antenne jedoch eine erhebliche Länge in Richtung des Meßvorganges. Darüber hinaus ist der mechanische Aufwand bei der Fertigung aufgrund der hohen Genauigkeitsanforderungen an die einzelnen Bauteile erheblich und andererseits der Antennengewinn vergleichsweise gering.To create a parallel wave field in the vicinity of the antenna obtain, However, this antenna requires a considerable length in the direction of the measuring process. In addition, the mechanical effort in production is due to the high The accuracy requirements for the individual components are considerable and, on the other hand, the Antenna gain comparatively low.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende Antenne für eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die zum Einbau möglichst wenig Platz erfordert, die die Anforderung an parallele Phasenfronten auch im Nachfeldbereich erfüllt und des weiteren einen im Vergleich zu der zuletzt beschriebenen Antenne höheren Gewinn aufweist.The invention is based on the object of a simple to manufacture Specify antenna for an arrangement of the type mentioned, which is to be installed Requires as little space as possible, which means that parallel phase fronts are required also fulfilled in the afterfield area and furthermore one in comparison to the last one described antenna has higher gain.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit den im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention by an arrangement with the features given in claim 1.
Die bei solchen Anordnungen verwendeten Radareinrichtungen werden vorteilhafterweise betrieben im Frequenzbereich von einigen 101° Hz, beispielsweise 30 GHz bis 100 GHz.The radars used in such arrangements are advantageously operated in the frequency range of a few 101 ° Hz, for example 30 GHz to 100 GHz.
Bei den erfindungsgemäß einzusetzenden Antennen wird als bündelnde Linse vorteilhafterweise eine dielektrisch homogene, flache Linse eingesetzt. Eine solche Linse hat im Abstand der Brennweite von der Linsenebene eine Brennebene (oder eine nahezu ebene Brennfläche), in welche parallel einfallende Strahlen fokussiert werden.The antennas to be used according to the invention are used as bundling Lens advantageously a dielectrically homogeneous, flat lens used. One such a lens has a focal plane (or an almost flat focal surface) into which parallel incident rays are focused will.
Die Brennweite und damit die Lage der Brennebene ist im allgemeinen für verschiedene Wellenlängen verschieden.The focal length and thus the position of the focal plane is in general different for different wavelengths.
Wird nun in einem Punkt dieser Brennebene eine punktförmige Strahlungsquelle angebracht, mit welcher die Linse angestrahlt wird, so weist die die Linse verlassende Strahlung bereits im Nahfeldbereich der derart ausgebildeten Antenne parallele Wellenfronten auf. Eine räumliche Aufweitung der Speisestrahlungsquelle (wie sie für die Wirklichkeit angenommen werden muß) sowie Abweichungen der Lage der Strahlungsquelle von der Brennebene führen zu einer im allgemeinen geringfügigen Divergenz der die Linse verlassenden Strahlung. Den gleichen Effekt haben etwaige Linsenfehler. Die daraus resultierende Strahlungsdivergenz und damit verbunden eine Bandbreite der Dopplerfrequenz kann jedoch ohne großen Aufwand so gering gehalten werden, daß sie die aus Unebenheiten des Untergrunds resultierende Bandbreite bzw. Aufweitung des Dopplersignals nicht übersteigt bzw. deutlich darunter bleibt.Now becomes a point-shaped radiation source at one point of this focal plane attached, with which the lens is illuminated, so the one leaving the lens Radiation already in the near field area of the antenna designed in this way has parallel wave fronts on. A spatial expansion of the feed radiation source (as it is for reality must be accepted) as well as deviations in Position of the radiation source from the focal plane result in a generally minor divergence of the Lens leaving radiation. Any lens defects have the same effect. the The resulting radiation divergence and the associated bandwidth of Doppler frequency can, however, be kept so low that they the bandwidth or expansion of the resulting from unevenness of the subsurface Doppler signal does not exceed or remains significantly below.
Unter den verschiedenen denkbaren Linsenformen weist die Verwendung einer plankonvexen Linse, deren konvexe Fläche der Strahlungsquelle zugewandt ist, d. h. deren ebene Seite den abgestrahlten bzw. empfangenen parallelen Wellenfronten zugewandt ist als besonders vorteilhaft, da hierbei die unvermeidbaren Reflexionsverluste beim Durchgang der Strahlung durch die Linsenoberfläche durch geeignete Wahl der Polarisation und des Einfallswinkels (bzw. Austrittswinkels) besonders gering gehalten werden können. Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung solcher Reflexionsverluste besteht allgemein in der Vergütung der Linsenoberfläche. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß als Linse für die Antenne Sammellinsen, wie sie aus der Optik (für den sichtbaren Bereich und infrarot) hinlänglich bekannt sind, eingebaut werden können. tabei kann auf die für den optischen Betrieb bereits gewonnenen Erfahrungen weitgehend zurückgegriffen werden. Zu beachten ist allerdings, daß die dielektrischen Eigenschaften aufgrund der Dispersion des Materials für den bei der erfindungsgemäßen Anwendung in Frage kommenden Wellenlängenbereich von denen im sichtbaren abweichen(z. B. Brechungsindex oder Absorptionseigenschaften).The use of a plano-convex lens, the convex surface of which faces the radiation source, d. H. whose flat side is the emitted or received parallel wavefronts facing is to be particularly advantageous, since this is where the unavoidable reflection losses when the radiation passes through the lens surface by a suitable choice of Polarization and the angle of incidence (or exit angle) are kept particularly low can be. Another way to reduce such reflection losses generally consists of the coating of the lens surface. A particular advantage the arrangement according to the invention can be seen in that as a lens for the antenna Collecting lenses, as they are sufficient from optics (for the visible range and infrared) are known, can be incorporated. This can be done for optical operation Experience already gained can largely be used. Please note however, that the dielectric properties are due to the dispersion of the material for the wavelength range in question for the application according to the invention differ from those in the visible (e.g. refractive index or absorption properties).
Für Fernfeldanwendungen sind aus anderen Bereichen der Radartechnik bereits Antennen mit dielektrischen Linsen bekannt. Besonders zu erwähnen ist in diesem Zusammenhang die Luneberg-Linse. Diese bekannten Linsen in der Radartechnik sind jedoch im allgemeinen in ihrer Form auf ganz spezielle Erfordernisse und Antennenanordnungen angepaßt und aufgrund ihres meistens dielektrisch geschichteten Aufbaus aufwendig in der Herstellung.For far-field applications are from other areas of radar technology antennas with dielectric lenses are already known. Particularly noteworthy is in in this context the Luneberg lens. These known lenses in radar technology however, their shape is generally tailored to very specific requirements and antenna arrangements adapted and expensive due to their mostly dielectrically layered structure in production.
Zur Korrektur von Linsenfehlern, zum Ausgleich von nicht ideal punktförmigen Strahlungsquellen oder zur speziellen Formung des Strahlungsdiagramms der erfindungsgemäßen Antenne kann anstelle einer einzelnen Linse auch ein Linsensystem verwendet werden. Ein Linsensystem, welches nacheinander zwei gekreuzte Zylinderlinsen aufweist, kann des weiteren für besondere Einbaubedingungen (rechteckige Gehäuseform o. ä.) von Vorteil sein. Die kombinierte Wirkung eines solchen besonders einfachen Linsensystems entspricht nahezu einer rotationssymmetrischen Linse. Als Speisestrahlungsquelle kann beispielsweise ein Hohlleiterfeed oder eine Hornantenne geringer Bündelung vorgesehen sein.To correct lens defects, to compensate for not ideally punctiform Radiation sources or for the special shaping of the radiation pattern of the invention Instead of a single lens, a lens system can also be used for the antenna. A lens system which has two crossed cylinder lenses in succession can furthermore for special installation conditions (rectangular housing shape or similar) of Be an advantage. The combined effect of such a particularly simple lens system corresponds almost to a rotationally symmetrical lens. As a source of radiation radiation can, for example, be a waveguide feed or a horn antenna with little focus be provided.
Die erfindungsgemäße Anordnung bietet auf einfache Weise die Möglichkeit, Strahlung nicht nur in einer Richtung, sondern unabhängig in verschiedene Richtungen auszusenden.The arrangement according to the invention offers the possibility in a simple manner Radiation not only in one direction, but independently in different directions to send out.
Dies kann zum einen dadurch erfolgen, daß in der Brennebene einer Linse mehrere Speisestrahlungsquellen angeordnet sind, die unabhängig voneinander betrieben werden. Jede dieser Speisestrahlungsquellen erzeugt ein die Linse mit paralleler Wellenfront verlassendes Strahlenbündel. Die Abstrahlrichtung dieses Bündels ist abhängig von der geometrischen Anordnung von Linse und Strahlungsquelle und ist bei rotationssymmetrischen Linsen gegeben durch die Verbindung von Strahlungsquelle und Linsenmittelpunkt.This can be done on the one hand that in the focal plane one Lens several feed radiation sources are arranged, which are independent of each other operate. Each of these feed radiation sources also generates the lens bundle of rays leaving parallel wavefront. The direction of radiation this The bundle depends on the geometrical arrangement of the lens and the radiation source and is given in the case of rotationally symmetrical lenses by the connection of the radiation source and lens center.
Eine solche Abstrahlung in verschiedene Richtungen ist.Such radiation is in different directions.
beispielsweise von Vorteil zum Ausgleich der durch Nickbewegungen des Fahrzeugs entsprechenden Geschwindigkeitsfehlmessungen. Durch Messung der Dopplerverschiebung in zwei unterschiedlichen Strahlrichtungen kann der Einfluß einer solchen Nickbewegung bei der nachfolgenden Verarbeitung der gewonnenen Dopplerfrequenzen eliminiert werden. Mehrere Speisestrahlungsquellen zu einer Linse können bei gleichphasiger (oder zumindest verkoppelter) Anregung auch zur Erzeugung eines besonders geformten Strahlungsdiagramms dienen.for example, advantageous to compensate for pitching movements of the vehicle corresponding incorrect speed measurements. By measuring the Doppler shift in two different beam directions the influence of such a nodding movement can be eliminated in the subsequent processing of the Doppler frequencies obtained. Several sources of feed radiation to a lens can be in phase (or at least coupled) excitation also to generate a specially shaped radiation diagram to serve.
Eine weitere Möglichkeit, Wellen in verschiedenen Richtungen gleichzeitig abzustrahlen, ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung durch die geringen Abmessungen dadurch, daß mehrere Antennen linien- oder flächenartig nebeneinander angeordnet werden können.Another way to have waves in different directions at the same time radiate, results with the arrangement according to the invention by the low Dimensions in that several antennas line or area next to each other can be arranged.
Das vorstehend für die Aussendung von Wellen Dargelegte gilt selbstverständlich in ganz analoger Form auch für den Empfang von Wellen.The foregoing for the transmission of waves applies of course in a completely analogue form also for the reception of waves.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Abbildungen noch veranschaulicht.The invention is illustrated below with reference to the figures.
FIG. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Antenne nach der Erfindung. Die im Antennengewäuse G befestigte plankonvexe Linse L wird über eine Speisestrahlungsquelle S, beispielsweise einen Rechteckhohlleiter, dessen Offnung in der Brennebene F der Linse liegt, angestrahlt. Die die verlassende Strahlung weist für diesen Fall parallele, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung verlaufende Phasenfronten Ph auf. Der Winkel ist festgelegt durch die gegenseitige Anordnung von Strahlungsquelle und Linse.FIG. 1 shows the basic structure of an antenna according to the invention. The planoconvex lens L fastened in the antenna housing G is fed via a radiation source S, for example a rectangular waveguide whose opening in the focal plane F of Lens is illuminated. In this case, the radiation leaving it shows parallel, Phase fronts Ph running perpendicular to the direction of propagation. The angle is determined by the mutual arrangement of the radiation source and lens.
Eine andere einfachere Anordnung kann beispielsweise die Anordnung der Strahlungsquelle in der Verlängerung der Linsenachse A und zur Erzeugung der gewünschten Abstrahlung eine entsprechende Schrägstellung der gesamten Anordnung vorsehen. Bei der in FIG. 1 skizzierten Anordnung kann an anderer Stelle der Brennebene eine weitere Strahlungsquelle angebracht werden, welche dann entsprechend eine Abstrahlung in anderer Richtung bewirkt. Der Pfeil bei der Strahlungsquelle S soll die Anregung einer speziellen Schwingungsform, beispielsweise einer 1110 Welle, im Hohlleiter symbolisieren. Die Richtung des elektrischen Vektors, gleichzusetzen mit der Polarisation der Strahlung, wird durch die Linse nicht verändert, was durch den Vektor E im parallelen Strahlenbündel dargestellt sein soll.Another, simpler arrangement can, for example, be the arrangement the radiation source in the extension of the Lens axis A and a corresponding inclination of the to generate the desired radiation provide for the entire arrangement. In the case of the FIG. 1 arrangement outlined can be applied to others Place another radiation source at the focal plane, which then accordingly causes radiation in the other direction. The arrow by the radiation source S should be the excitation of a special waveform, for example a 1110 Wave, symbolize in the waveguide. The direction of the electrical vector, equate with the polarization of the radiation, what is not changed by the lens the vector E should be shown in the parallel bundle of rays.
FIG. 2A und 2B zeigt im Vergleich die Anordnung einer rotationssymmetrischen Linse (2A) und eines Linsensystems aus zwei Zylinderlinsen Z1 und Z2 (2B) in Verbindung mit einem speisenden Rechteckhohlleiter. Der Hohlleiter ist dabei in der Achse der Linse bzw. des Linsensystems angeordnet. Die Blickrichtung liegt in Richtung der Linsenachse.FIG. 2A and 2B show in comparison the arrangement of a rotationally symmetrical one Lens (2A) and a lens system consisting of two cylindrical lenses Z1 and Z2 (2B) in connection with a feeding rectangular waveguide. The waveguide is in the axis of the Lens or the lens system arranged. The direction of view is in the direction of the Lens axis.
Anordnungen der der Erfindung zugrunde liegenden Art sind häufig auch vorgesehen zum Informationsaustausch mit im von der fahrzeugseitigen Antenne ausgeleuchteten Bereich angebrachten Radar-Antwortgeräten. Für diesen Fall ist es günstig, auch für dieses Antwortgerät mindestens eine Antenne, die aus einer bündelnden Linse und einer in der Brennebene dieser Linse angeordneten annähernd punktförmigen Strahlungsquelle aufgebaut ist, vorzusehen, da diese Antenne einen im Vergleich zu ihrer Baugröße guten Gewinn aufweist.Arrangements of the type on which the invention is based are also frequently used intended for the exchange of information with the illuminated by the vehicle antenna Area mounted radar transponders. In that case, it's cheap, too for this transponder at least one antenna consisting of a focusing lens and an approximately point-shaped radiation source arranged in the focal plane of this lens is constructed to be provided, as this antenna has a compared to its size has good profit.
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Claims (8)
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| DE19792951021 DE2951021A1 (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Vehicle natural speed detector - has aerial formed by collector lens with punctiform feed radiation source in focal plane |
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| DE19792951021 DE2951021A1 (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Vehicle natural speed detector - has aerial formed by collector lens with punctiform feed radiation source in focal plane |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2951021A1 true DE2951021A1 (en) | 1981-07-16 |
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ID=6088858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE19792951021 Pending DE2951021A1 (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Vehicle natural speed detector - has aerial formed by collector lens with punctiform feed radiation source in focal plane |
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|---|---|
| DE (1) | DE2951021A1 (en) |
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1979
- 1979-12-19 DE DE19792951021 patent/DE2951021A1/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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