DE102007049914B4 - Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welcher eine Radar-Antenne derart hinter einer im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Oberfläche eines zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigten Marken-Emblems am Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, dass die Abstrahlrichtung der Radar-Antenne im Wesentlichen senkrecht durch die Oberfläche des Marken-Emblems zum Rückraum hinter dem Kraftfahrzeug weist und Signale der Radar-Antenne an eine Vorrichtung zur Überwachung der rückwärtigen Fahrzeugumgebung übermittelt werden, wobei die Radar-Antenne als Hornantenne ausgebildet ist und eine Füllung aus dielektrischem Material aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
- Der Entwicklung von Antennen für Kraftfahrzeuge sind sowohl durch den zur Verfügung stehenden Bauraum als auch durch das angestrebte Design des Kraftfahrzeugs enge Rahmenbedingungen gesetzt. Aus der Fahrzeug-Silhouette herausragende Antennen sind insbesondere bei Oberklasse-Fahrzeugen unerwünscht. Eine Integration in die Scheiben des Kraftfahrzeugs ist häufig mit Sichtbehinderungen verbunden.
- Bestimmte Wellentypen sind zudem weder durch vom Kraftfahrzeug abstehende Antennen noch durch Scheibenantennen optimal empfangbar bzw. abstrahlbar.
- Insbesondere für Breitband-Anwendungen und Ultra-Breitband-Anwendungen sind keine zufrieden stehenden Lösungen der baulichen Integration geeigneter Antennen bei gleichzeitiger Richtwirkung bekannt.
- Aus dem Dokument
DE 103 01 173 B4 ist ein eine Sensorabdeckung zur Tarnung eines Radarsensors bekannt, der an einem Fahrzeug angebracht ist. Die Sensorabdeckung kann dabei als Herstellerlogo ausgeführt sein und ist aus einem HF-durchlässigen Material wie z.B. Polycarbonat gefertigt. Die Sensorabdeckung ist angrenzend am Sensor angebracht und verdeckt den Sensor. Dabei sind die signalübertragenden Gebiete34 der Sensorabdeckung senkrecht zur Richtung der Radarsensorsignale ausgerichtet. - Aufgabe der Erfindung ist eine verbesserte Integration einer Breitband-Antenne für den Empfang bzw. die Abstrahlung bestimmter Wellentypen.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Antennenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Erfindungsgemäß ist die bei der Antennenvorrichtung eingesetzte Antenne als Radar-Antenne ausgeführt. Vorzugsweise wird die Radar-Antenne als UltraWideBand-Radar-Antenne betrieben. Dies ermöglicht insbesondere eine effiziente Überwachung der rückwärtigen Fahrzeugumgebung. Eine Form der Überwachung des Fahrzeugrückraums, für welche die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignet ist, ist die Vorhersage eines Heckaufpralls. Die Antennenvorrichtung ist derart ausgebildet, dass empfangene Signale der Radar-Antenne an eine Vorrichtung zur Überwachung der rückwärtigen Fahrzeugumgebung übermittelt werden. Diese Vorrichtung kann insbesondere eine Vorrichtung zur Vorhersage eines Heckaufpralls sein. Von diesem Sonderfall wird im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit ausgegangen. Vorzugsweise erfolgt die Übermittlung leitungsgebunden. Grundsätzlich ist jedoch auch eine drahtlose Übermittlung einhergehend mit den entsprechenden Vorteilen denkbar.
- Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Hornantenne als Radar-Antenne bei der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung. Hornantennen sind besonders geeignet für Breitband-Anwendungen, insbesondere ein so genanntes TEM-Horn (transverse electromagnetic horn).
- Die Radar-Antenne ist erfindungsgemäß derart hinter der im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Oberfläche eines Marken-Emblems am Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet, dass ihre Abstrahlrichtung im Wesentlichen senkrecht durch die Oberfläche des Marken-Emblems zum Rückraum hinter dem Kraftfahrzeug weist. Die Abstrahlrichtung weist somit im Wesentlichen waagrecht zur rückwärtigen Fahrzeugumgebung. Dies ermöglicht eine Radar-Überwachung der rückwärtigen Fahrzeugumgebung auf Basis der geeignet betriebenen Antenne.
- Das Marken-Emblem am Heck eines Kraftfahrzeugs stellt eines der wenigen Bauteile an der Kraftfahrzeugoberfläche dar, die aus elektrisch nicht leitfähigem Material, z.B. aus Kunststoff, gefertigt werden können. Nur elektrisch nicht leitfähige Bauteile sind nämlich sinnvoll und kosteneffizient für die Antennenintegration verwendbar. Zudem ist das Marken-Emblem am Heck eines Kraftfahrzeugs in der Regel ohnehin im Wesentlichen vertikal angeordnet. Im Gegensatz zu anderen Kunststoffteilen am Kraftfahrzeug, die eine nicht als Antenne erkennbare Integration einer Antenne am Kraftfahrzeug - auch ohne das zusätzliche Vorsehen einer von Fahrzeugen der Anmelderin bekannten Finne - zulassen (z.B. Außenspiegel), kann in im Wesentlichen senkrechter Richtung zu einem im Wesentlichen vertikal am Fahrzeugheck angeordneten Marken-Emblem eine effiziente Wellenabstrahlung in Richtung der rückwärtigen Fahrzeugumgebung erfolgen. Auch die typischerweise mittige Anordnung des Marken-Emblems begünstigt eine effiziente Überwachung des Rückraums auf Basis der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung.
- Die Antenne kann hinter dem eigentlichen Marken-Emblem angeordnet sein und gewissermaßen durch das Marken-Emblem hindurch senden bzw. empfangen. Antenne und Marken-Emblem können dann nahezu unabhängig voneinander konzipiert werden.
- Die Antenne kann auch zumindest teilweise in eine Ausnehmung des Marken-Emblems hineinragen. Insbesondere im Falle einer Horn-Antenne, die ihre größten geometrischen Abmessungen in ihrer Abstrahlrichtung besitzt, kann das Marken-Emblem einen Hohlraum aufweisen, in den das Horn der Antenne zumindest teilweise hineinragt. Die Tiefe der Antennenvorrichtung kann auf diese Weise reduziert bzw. gering gehalten werden.
- Das Marken-Emblem kann die Antenne auch teilweise oder vollständig umschließen. Die Antenne oder ein Teil derselben kann hierzu bereits bei der Fertigung des Marken-Emblems in die Spritzgussform - oder bei anderen Herstellungsverfahren das jeweilige Pendant - eingebracht werden, um anschließend vom Kunststoff umschlossen zu werden. Indem die Antenne zumindest teilweise vom Kunststoff des Marken-Emblems umschlossen wird, wird eine feste mechanische Verbindung mit definierter räumlicher Ausrichtung zwischen Antenne und Marken-Emblem geschaffen.
- Die Hornantenne ist in besonderem Maße für den Einsatzzweck geeignet, weil sich mit dieser Antennenform gleichzeitig sowohl eine Richtwirkung gut definieren lässt als auch eine sehr hohe Bandbreite erzielbar ist. Besonders im Falle des TEM-Horns lassen sich auch Pulse praktisch ohne Dispersion abstrahlen.
- Vorzugsweise ist das Marken-Emblem derart in die überwiegend metallische Außenhaut des Fahrzeugs, eingebracht, dass die metallische Außenhaut eine (z.B. im Wesentlichen kreisförmige) Unterbrechung aufweist, die mit dem Kunststoffmaterial des Marken-Emblems gefüllt ist. Die Abstrahlcharakteristik einer Hornantenne ist im Wesentlichen unabhängig von Metallteilen, die sich außerhalb des Horns bzw. deutlich außerhalb dessen gedachter Verlängerung befinden. Ragt das Horn also durch die Unterbrechung der metallischen Außenhaut hindurch, ergibt sich eine weitgehend unverfälschte Abstrahlcharakteristik, welche durch Anpassung der Antennengeometrie konfigurierbar bleibt. Dasselbe gilt, wenn das Horn zwar bereits hinter der Unterbrechung endet (d.h. näher zum Fahrzeuginneren), wenn jedoch die Abmessungen des Horns und die Abmessungen der Unterbrechung derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Querschnitt der gedachten Verlängerung des Horns bis in die Ebene der metallischen Außenhaut komplett innerhalb der Unterbrechung liegt und dies in der Antennenauslegung berücksichtigt wird.
- Die bauliche Integration einer Antenne in ein Marken-Emblem eines Kraftfahrzeugs ist an sich bekannt aus der
WO 96/09941 A1 - Erfindungsgemäß besitzt die als Hornantenne ausgeführte Radar-Antenne eine Füllung aus dielektrischem Material. Ihre Abmessungen, insbesondere ihre Abmessungen in Abstrahlrichtung, können dadurch geringer gehalten werden. Es wird somit insgesamt weniger Bauraum hinter dem Marken-Emblem benötigt.
- Vorzugsweise weist die Hornantenne eine Füllung auf, die eine Dielektrizitätszahl besitzt, die im Wesentlichen derjenigen des Kunststoffs des Marken-Emblems entspricht. Somit werden Reflexionen am Übergang bzw. an der Grenzfläche zwischen Füllung und Marken-Emblem verringert bzw. vermieden.
- Vorzugsweise grenzt die Füllung der Antenne im Wesentlichen spaltfrei unmittelbar an das Marken-Emblem an. Reflexionen an der Grenzfläche zwischen Füllung und Marken-Emblem und Füllung werden so nahezu vollständig vermieden werden und der Bauraum wird optimal ausgenutzt.
- In dem bereits angesprochenen Fall, dass die Antenne zumindest teilweise vom Kunststoff des Marken-Emblems umschlossen wird, kann ein Teil des Kunststoffes des Marken-Emblems zumindest einen Teil der Füllung des Marken-Emblems darstellen.
- Durch das Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen Marken-Emblem und Füllung, z.B. Umspritzen, Anspritzen, Ankleben oder Einrasten, kann eine bauliche Einheit geschaffen werden, die Marken-Emblem und Radar-Antenne umfasst. Planung, Logistik und Montage werden dadurch vereinfacht. Dies gilt auch dann, wenn die Radar-Antenne auf andere Weise zusammen mit dem Marken-Emblem in eine bauliche Einheit integriert ist.
- Vorzugsweise ist zumindest eine Anschlussleitung der Radar-Antenne aus einer solchen baulichen Einheit herausgeführt und/oder mit einem Steckverbinder an der Außenseite der baulichen Einheit verbunden. Die bauliche Einheit kann so bei der Montage leicht angeschlossen werden. Insbesondere kann die Antenne auf diese Weise gespeist werden und mit der Vorrichtung zur Vorhersage des Heckaufpralls verbunden werden.
- Besonders vorteilhaft ist die Erfindung auch deshalb, weil die erfindungsgemäße Art der Unterbringung der Radar-Antenne ohne Weiteres bzw. mit geringen Produktmodifikationen an verschiedenen Fahrzeug-Modellen eines Fahrzeugherstellers umsetzbar ist. Insbesondere eine leicht montierbare bauliche Einheit aus Marken-Emblem und Radar-Antenne kann somit leicht als Gleichteil in verschiedenen Fahrzeug-Modellen verbaut werden.
- Ist die Antenne nicht als Radar-Antenne, sondern als Kommunikationsantenne ausgebildet, so ist in der beschriebenen Konfiguration auch eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation mit einem oder mehreren nachfolgenden Fahrzeugen möglich.
- Die Erfindung betrifft also auch eine Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Kommunikationsantenne derart hinter einer im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Oberfläche eines zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigten Marken-Emblems am Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, dass die Abstrahlrichtung der Kommunikationsantenne im Wesentlichen senkrecht durch die Oberfläche des Marken-Emblems zum Rückraum hinter dem Kraftfahrzeug weist und dass empfangene Signale der Kommunikationsantenne an eine Vorrichtung zur Kommunikation des Fahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug übermittelt werden. Alle oben bzw. nachfolgend beschriebenen bevorzugten konstruktiven Ausführungsformen der Erfindung lassen sich auch auf diese Variante der Erfindung anwenden.
- Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigt
-
1 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer baulichen Einheit, die ein Marken-Emblem und ein Hornantenne umfasst. - Wie bereits eingangs erläutert sind der Entwicklung von Antennen für Kraftfahrzeuge sowohl durch den zur Verfügung stehenden Bauraum als auch durch das angestrebte Design des Kraftfahrzeugs enge Rahmenbedingungen gesetzt. Aus der Fahrzeug-Silhouette herausragende Antennen sind insbesondere bei Oberklasse-Fahrzeugen unerwünscht. Eine Integration in die Scheiben des Kraftfahrzeugs ist häufig mit Sichtbehinderungen verbunden. Bestimmte Wellentypen sind zudem weder durch vom Kraftfahrzeug abstehende Antennen noch durch Scheibenantennen optimal empfangbar bzw. abstrahlbar.
- Diese Randbedingungen fordern kreative Lösungen insbesondere für die Integration von bestimmten Antennentypen.
- Ein geeigneter Ort für eine Antennenintegration für die Frequenzbänder ab etwa 800 MHz (GSM800) ist das an den Fahrzeugen vieler Hersteller zumindest einfach oder gar mehrfach vorhandene Marken-Emblem, sofern dieses im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt ist.
- Die Oberfläche eines Marken-Emblems auf der Motorhaube des Kraftfahrzeugs ist geeignet als Abdeckung, insbesondere im Wesentlichen flache oder leicht zum Fahrzeugäußeren gewölbte Abdeckung, für eine Satellitenradio-Antenne (SDARS) und/oder für eine GPS-Antenne. Solche satellitenbasierten Anwendungen erfordern nämlich eine optimale Abstrahlung in Richtung des Himmels. Eine Antenne für solche Anwendungen ist somit vorteilhaft derart hinter einer im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Oberfläche eines zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigten Marken-Emblems an bzw. nahe der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs anzuordnen, dass die Abstrahlrichtung der Radar-Antenne im Wesentlichen senkrecht durch die Oberfläche des Marken-Emblems in senkrechter Raumrichtung zum Himmel weist. Eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung ist bei Marken-Emblemen, die an bzw. nahe der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs angebracht sind, in der Regel ohnehin gegeben.
- Die oben genannte Nutzung der Oberfläche des Emblems als Abdeckung für die Antenne beinhaltet zumindest zwei Ausführungsfälle. Zum einen beinhaltet sie den Fall, dass die Antenne hinter dem Emblem angeordnet ist und das ganze Emblem eine Abdeckung für die Antenne darstellt. Zum anderen beinhaltet sie den Fall, dass die Antenne zumindest teilweise in das Emblem hineinragt und/oder von diesem umschlossen ist, jedoch nicht über die Oberfläche des Emblems hinausragt.
- Die Oberfläche eines Marken-Emblems am Fahrzeugheck kann insbesondere die Abdeckung nach hinten für eine MIMO-Antenne oder ein Switched-beam-System darstellen. Die in der Regel im Wesentlichen vertikale Ausrichtung eines Marken-Emblems am Fahrzeugheck begünstigt die für typische Anwendungen von solchen Antennen, nämlich terrestrische Anwendungen, erforderliche Abstrahlung im Wesentlichen parallel zur Erdoberfläche.
- Für die bauliche Integration hinter der Oberfläche eines Marken-Emblems, die als ebene oder zum Fahrzeugäußeren gewölbten Abdeckung dient, sind für satellitenbasierte Anwendungen Patch-Antennen aufgrund ihrer geometrischen Grundform besonders geeignet. Insbesondere mit zirkular polarisierten Patch-Antennen lassen sich in satellitenbasierten Anwendungen gute Resultate erzielen. Neben Patch-Antennen sind aber auch andere für satellitenbasierte Anwendungen einsetzbare Antennentypen, nämlich verkürzte Monopole, verkürzte (Kreuz-) Dipole, Cavity-Antennen oder Loop-Antennen, für die Antennenintegration hinter einer solchen ebenen oder leicht nach außen gewölbten Abdeckung geeignet.
- Für terrestrische Dienste sind, angeordnet hinter der Oberfläche eines Marken-Emblems am Heck eines Kraftfahrzeugs, ebenfalls Cavity-Antennen geeignet. Zudem lassen sich auch Inverted-F Antennen und kurze Horn-Antennen vorteilhaft hinter der Oberfläche eines Marken-Emblems am Heck eines Kraftfahrzeugs anbringen.
- Besonders Hornantennen eignen sich auch zum Betrieb als sehr breitbandige Antennen (pulseradiating horn). Die Antenne wird hierbei am strahlenden Ende mit der Oberfläche des Marken-Emblems abgedeckt. In dieser Konfiguration kann die Oberfläche eines Marken-Emblems am Heck eines Kraftfahrzeugs als Abdeckung für die Antenne eines UltraWideBand(UWB)-Radars zur Vorhersage eines Heckaufpralls dienen.
- Eine Seitenschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer baulichen Einheit, die ein Marken-Emblem und ein Hornantenne umfasst, ist in
1 dargestellt. -
1 zeigt ein so genanntes gefülltes TEM-Horn (transverse electromagnetic horn). Dieses ist als Breitbandantenne z.B. für GSM-Anwendungen und UMTS-Anwendungen nutzbar. Die Hornantenne1 , die eine Füllung10 , seitliche Metallflächen11a und11b und eine Speisung12 umfasst, ist dabei weitgehend hinter dem Emblem2 angebracht, ragt jedoch teilweise in eine Ausnehmung20 des Emblems hinein. - Die Füllung
10 ist aus einem Material ausgeführt, das eine ähnliche Dielektrizitätszahl besitzt wie das Material des Emblems2 . Somit entstehen sehr geringe Reflexionen an der Grenzfläche3 zwischen Füllung10 und Emblem2 . Die Füllung10 des Horns verkleinert außerdem die mechanischen Abmessungen des Horns, die erforderlich sind, um auch Frequenzen im Band ab etwa 800MHz abstrahlen zu können. Im ungefüllten Fall wäre bei einer Vakuumwellenlänge von 375mm (=800MHz) ein typisches Marken-Emblem deutlich zu klein, um eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung zu ermöglichen. Im vorliegenden bevorzugten Fall besitzt die Hornantenne etwa die Aperturabmessungen 70x70 Millimeter. Eine Horn-Antenne für 800MHz wäre dabei mit einer Füllung mit einer Dielektrizitätszahl von 8 realisierbar. - Die bauliche Einheit, welche im Wesentlichen gebildet wird durch die Antenne
1 , das Emblem2 und ein Gehäuse6 , aus dem ein Anschluss4 der Antenne herausgeführt ist, ist eingesetzt in eine im Wesentlichen kreisrunde Öffnung im Kofferraumdeckel5 des Kraftfahrzeugs. Die Öffnung besitzt einen Durchmesser von ca. 7,5 cm. Das Emblem2 mit einem Durchmesser von ca. 9 cm verschließt diese Öffnung. In der so entstehenden Unterbrechung der metallischen Außenhaut5 des Fahrzeugs mit einem Durchmesser von 7,5 cm befindet sich ausschließlich dielektrisches Kunststoffmaterial des Marken-Emblems2 . Die Linien13 und14 deuten eine gedachte Verlängerung des Horns bis in die Ebene der metallischen Außenhaut5 an. Der Querschnitt dieser gedachten Verlängerung liegt innerhalb der Öffnung in der Außenhaut5 . Die Antennenanordnung gewährleistet somit einen unverfälschte Abstrahlcharakteristik der Hornantenne. - Die unverfälschte Abstrahlcharakteristik ist von besonderer Bedeutung für die fehlerfreie Funktion einer mit den Antennensignalen versorgten (nicht eigens grafisch dargestellten) Vorrichtung zur Vorhersage eines Heckaufpralls.
- Statt eines Horns mit lediglich zwei Wänden
11a und11b kann die Hornantenne bei anderen Ausführungsformen der Erfindung selbstverständlich auch ein Horn mit vier Wänden besitzen.
Claims (6)
- Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welcher eine Radar-Antenne derart hinter einer im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Oberfläche eines zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigten Marken-Emblems am Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, dass die Abstrahlrichtung der Radar-Antenne im Wesentlichen senkrecht durch die Oberfläche des Marken-Emblems zum Rückraum hinter dem Kraftfahrzeug weist und Signale der Radar-Antenne an eine Vorrichtung zur Überwachung der rückwärtigen Fahrzeugumgebung übermittelt werden, wobei die Radar-Antenne als Hornantenne ausgebildet ist und eine Füllung aus dielektrischem Material aufweist.
- Antennenvorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Radar-Antenne als UltraWideBand-Radar-Antenne betrieben wird. - Antennenvorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hornantenne eine Füllung aufweist, die eine Dielektrizitätszahl besitzt, die im Wesentlichen derjenigen des Kunststoffs des Marken-Emblems entspricht. - Antennenvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Radar-Antenne zusammen mit dem Marken-Emblem in eine bauliche Einheit integriert ist. - Antennenvorrichtung nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anschlussleitung der Radar-Antenne aus der baulichen Einheit herausgeführt ist und/oder mit einem Steckverbinder an der Außenseite der baulichen Einheit verbunden ist. - Antennenvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass Signale der Radar-Antenne an eine Vorrichtung zur Vorhersage eines Heckaufpralls übermittelt werden.
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