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Die Erfindung betrifft eine Radarantennenanordnung für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Fertigung einer Radarantennenanordnung.
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Zur Umfelderfassung eines Kraftfahrzeugs kommen verschiedene Techniken zum Einsatz. Diese Techniken umfassen beispielsweise eine optische Erfassung der Umgebung über Kameras, eine Erfassung mittels LIDAR-Systemen oder eine Erfassung mittels Radarsensorik. Vorteilhaft an der Radarsensorik ist die Tatsache, dass diese im Gegensatz zu LIDAR- oder Kamerasystemen nicht durch schlechte Sichtverhältnisse beeinflusst werden. So ist auch bei Dunkelheit oder Nebel eine genaue Erfassung der Umgebung durch Radarsensoren möglich.
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Um eine hohe Auflösung zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, Radarantennenanordnungen bereitzustellen, welche eine Vielzahl von Radareinheiten aufweisen. Zudem ist es zur Erreichung der erforderlichen Winkelgenauigkeit notwendig, eine bestimmte Fläche für die Radarantennenanordnung zur Verfügung zu stellen. Radarantennenanordnungen ermöglichen eine Umgebungserfassung über eine Bestimmung der Phasenlage eines Signals, welches von den jeweiligen Radarantenneneinheiten empfangen wird. Dabei ergeben sich zwei hauptsächliche Probleme. Das erste Problem besteht in der Synchronisation der einzelnen Radarantenneneinheiten. Da die Bestimmung des Einfallswinkels eines Signals über die Phasenlage bestimmt wird, ist es erforderlich, dass ein Zeitpunkt eines Signalempfangs mit einer notwendigen Genauigkeit bestimmt wird. Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Anordnung der einzelnen Radarantenneneinheiten untereinander. So ist es erforderlich, die genaue Position der einzelnen Radarantenneneinheiten untereinander zu bestimmen. Als geeignete Fläche für eine Radarantennenanordnung bietet sich eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs an, weil diese eine erforderliche Fläche bereitstellt und eine starre Anordnung der einzelnen Radarantenneneinheiten ermöglicht.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 246 607 B4 einen elektrochromen Radarsensor. Der elektrochrome Radarsensor umfasst eine elektrochrome Schichtanordnung. Dabei ist in einer Durchlassrichtung einer von einem beobachteten Objekt ausgehenden elektromagnetischen Welle eine Radarsensoranordnung vorgesehen.
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Die
FR 2 235 502 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung oder Emission verschiedener elektromagnetischer Wellen, welche im Radiorundfunk, dem Fernsehrundfunk oder für Radar verwendet werden. Es ist vorgesehen, einen Streifen oder ein Pulver aus leitfähigem Material in eine Masse zu integrieren, die auf eine Oberfläche aufgetragen oder geklebt wird.
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Die
US 5 682 168 A offenbart eine versteckte Fahrzeugantenne. Dabei ist es vorgesehen, ein oder mehrere Antennenelemente unter einer verkleideten Abdeckung über einem Dachträger eines Fahrzeugs oder hinter einem Frontgitter des Fahrzeugs bereitzustellen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Bereitstellung von Radarantenneneinheiten in einer Fensterscheibe eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird eine Radarantennenanordnung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die Radarantennenanordnung weist eine Verbundfensterscheibe und zumindest eine Radareinrichtung auf, welche zum Senden und/oder Empfangen von Radarstrahlen eingerichtet ist. Die zumindest eine Radareinrichtung weist eine jeweilige Antenneneinheit und eine jeweilige Verstärkereinheit auf. Die Verstärkereinheit ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Treibersignal für die Antenneneinheit bereitzustellen, und/oder ein elektrisches Echosignal von der Antenneneinheit zu empfangen. Die Antenneneinheit der Antenneneinrichtung ist in der Verbundfensterscheibe des Fahrzeugs angeordnet. Die Verstärkereinheit ist an einer Oberfläche der Verbundfensterscheibe angeordnet. Die Antenneneinheit und die Verstärkereinheit sind räumlich voneinander getrennt und über ein in der Verbundfensterscheibe angeordnetes Verbindungselement elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Mit anderen Worten weist die Radarantennenanordnung die Verbundfensterscheibe auf, wobei es sich bei der Verbundfensterscheibe beispielsweise um eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs handeln kann. Die Verbundfensterscheibe kann mehrere Schichten aufweisen, welche aneinander befestigt sind. Die Antenneneinheit der Radareinrichtung ist dabei innerhalb der Verbundfensterscheibe angeordnet. Sie ist also beispielsweise zwischen zwei Schichten der Verbundfensterscheibe angeordnet oder in einer Schicht integriert sein. Auf einer Außenseite der Verbundfensterscheibe ist die Verstärkereinheit der Radareinrichtung angeordnet. Die Verstärkereinheit und die Antenneneinheit sind räumlich voneinander getrennt, sodass sie sich nicht berühren. Die Verstärkereinheit ist dazu eingerichtet, das elektrische Treibersignal, welches durch die Antenneneinheit versandt werden soll, bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist die Verstärkereinheit mit der Antenneneinheit über das Verbindungselement elektrisch leitend miteinander verbunden. Das Verbindungselement ist auch dazu eingerichtet, ein von der Antenneneinheit empfangenes elektrisches Echosignal an die Verstärkereinheit zu übermitteln.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Anordnung einer Radarantennenanordnung in einer Verbundfensterscheibe ermöglicht wird.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbundfensterscheibe zumindest zwei Glasschichten aufweist, wobei die Antenneneinheit zwischen den Glasschichten angeordnet ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Verbundfensterscheibe um eine Mehrlagenanordnung, welche die zumindest zwei Glasschichten aufweist. Die Glasschichten sind aneinander angeordnet, wobei sich die zumindest eine Antenneneinheit zwischen den Glasschichten befindet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Glasschichten mittels eines Kunstharzes miteinander verbunden sind, wobei die Antenneneinheit in dem Kunstharz, welches zwischen den zwei Glasschichten angeordnet ist, eingearbeitet ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement in einer Bohrung in der Verbundfensterscheibe angeordnet ist. Mit anderen Worten weist die Verbundfensterscheibe eine Bohrung auf, welche durch zumindest eine Schicht der Verbundfensterscheibe verläuft. In dieser Bohrung ist das Verbindungselement zur elektrischen Kontaktierung der Verstärkereinheit mit der Antenneneinheit angeordnet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Bohrungen von der Oberfläche der Verbundfensterscheibe bis zu dem Antennenelement verlaufen und mit einem elektrisch leitenden Material aufgefüllt sind.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement senkrecht zu der Antenneneinheit angeordnet ist. Mit anderen Worten verläuft das Verbindungselement parallel zu einer Normalen einer Fläche der Antenneneinheit. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch das Verbindungselement keine Strahlung ausgestrahlt wird, welche die durch die Antenneneinheit bereitgestellte Strahlung beeinflusst. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Antenneneinheit eine Stabantenne oder eine Patchantenne aufweist, welche innerhalb einer Ebene der Verbundscheibe angeordnet ist. Das Verbindungselement kann normal zu dieser Antenneneinheit angeordnet sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbundfensterscheibe zumindest eine Folienschicht aufweist, wobei die Antenneneinheit auf die Folienschicht aufgedruckt ist. Mit anderen Worten ist die Antenneneinheit auf einer Folienschicht der Verbundfensterscheibe bereitgestellt. Die Form der Antenneneinheit kann mittels einer Auftragung von elektrisch leitenden Material auf die Folienschicht mittels eines Druckverfahrens bereitgestellt sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass komplexe Strukturen der Antenneneinheit über ein verbreitetes und einfaches Verfahren bereitgestellt werden können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Folienschicht aus einem Polymer besteht, wobei die Antenneneinheit mittels eines Tintenstrahldruck oder Siebdruckverfahrens aufgetragen wurde.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine der Glasschichten mit der Antenneneinheit beschichtet ist. Mit anderen Worten ist die Antenneneinheit direkt auf einer Glasschicht aufgetragen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzliche Schicht bereitgestellt werden muss. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Antennenelement mittels eines Zerstäubungs- oder eines Verdampfungsverfahrens auf die Glasschicht aufgetragen wurde. Zur Bereitstellung einer vorbestimmten Struktur der Antenneneinheit kann eine Maske während des Beschichtungsverfahrens auf der Verbundfensterscheibe aufgelegt sein oder ein nachträgliches Ätzen zum Abtragen einer aufgetragenen Schicht erfolgen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbundfensterscheibe zumindest einen optischen Leiter aufweist, wobei der zumindest eine optische Leiter mittels eines optischen Koppelungselements mit der Verstärkereinheit verbunden ist. Mit anderen Worten umfasst die Verbundfensterscheibe ein Volumen, welches zum optischen Leiten von Lichtsignalen eingerichtet ist. An der Verstärkereinheit befindet sich das optische Koppelungselement, welches zumindest einen Teil des Lichts eines Lichtsignals, welches durch den optischen Leiter geführt wird in die Verstärkereinheit spiegelt. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzliche Befestigung eines optischen Leiters außerhalb der Verbundfensterscheibe erforderlich ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass entlang einer Richtung der Verbundfensterscheibe ein bestimmtes Material eingearbeitet ist, welches sich von dem Material einer Glasschicht unterscheidet. Aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindices kann Licht entlang des optischen Leiters geführt werden. Damit ein Teil des geleiteten Lichtes der Verstärkereinheit zugeführt werden kann, kann an dem optischen Leiter ein optisches Koppelungselement angeordnet sein, welches einen Teil des Lichtes in die Verstärkereinheit führt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine der Glasschichten Leiterbahnen aufweist, welche die Verstärkereinheit elektrisch kontaktieren. Mit anderen Worten weist die Glasschicht Bahnen aus einem elektrisch leitfähigen Material auf, welche mit der Verstärkereinheit elektrisch leitend verbunden sind, um diese mit Strom zu versorgen. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine Kontaktierung der Verstärkereinheit über die Verbundscheibe ermöglicht wird.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Fahrzeug mit der Radarantennenanordnung. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Fertigung einer Radarantennenanordnung für ein Fahrzeug. Die zu fertigende Radarantennenanordnung weist eine Verbundfensterscheibe und zumindest eine Radareinrichtung, eingerichtet zum Senden und/oder Empfangen von Radarstrahlen auf, wobei die zumindest eine Radareinrichtung eine jeweilige Antenneneinheit und eine jeweilige Verstärkereinheit aufweist. Die Verstärkereinheit ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Treibersignal für die Antenneneinheit bereitzustellen, und/oder ein elektrisches Echosignal von der Antenneneinheit zu empfangen. In dem Verfahren ist es vorgesehen, dass die Antenneneinheit und ein Verbindungselement in der Verbundfensterscheibe angeordnet werden. Die Verstärkereinheit wird an einer Oberfläche der Verbundfensterscheibe angeordnet. In dem Verfahren werden die Antenneneinheit und die Verstärkereinheit über das in der Verbundfensterscheibe angeordnete Verbindungselement elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Mit anderen Worten umfasst die Radarantennenanordnung die zumindest eine Radareinrichtung, wobei die Antenneneinheit der Radareinrichtung während des Verfahrens derart angeordnet wird, dass sich diese in der Verbundfensterscheibe befindet. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Antenneneinheit auf einer ersten Glasschicht angeordnet wird, welche mit einer zweiten Glasschicht bedeckt wird. Dadurch kann sich die Antenneneinheit zwischen den zwei Glasschichten befinden, sodass diese somit innerhalb der Verbundfensterscheibe angeordnet ist. Damit die Antenneneinheit elektrisch mit der Verstärkereinheit verbunden werden kann, ist es vorgesehen, das Verbindungselement während des Verfahrens in der Verbundfensterscheibe anzuordnen. Dies kann beispielsweise über ein Bohren eines Loches in eine der Glasschichten mit einem anschließenden Anordnen des Verbindungselements in dem Loch erfolgen. In einem letzten Schritt kann die Verstärkereinheit auf der Verbundfensterscheibe angeordnet und über das Verbindungselement mit der Antenneneinheit werden. Die Verstärkereinheit kann beispielsweise zu diesem Zweck an das Verbindungselement gelötet werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radarantennenanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine Radarantennenanordnung für ein Fahrzeug;
- 2 zeigt eine Radarantennenanordnung in einer Verbundfensterscheibe; und
- 3 zeigt eine weitere Radarantennenanordnung in einer Verbundfensterscheibe.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Radarantennenanordnung für ein Fahrzeug. Die Radarantennenanordnung 1 kann eine Verbundfensterscheibe 2 umfassen. Die Verbundfensterscheibe 2 kann beispielsweise eine erste Glasschicht 3 und eine zweite Glasschicht 4 aufweisen. Zwischen der ersten Glasschicht 3 und der zweiten Glasschicht 4 kann eine Antenneneinheit 5 angeordnet sein, welche zum Abstrahlen und/oder Empfangen von Radarstrahlen 6 eingerichtet sein kann. Die Antenneneinheit 5 kann beispielsweise aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder einem anderen elektrisch leitendem Material bestehen. Die Antenneneinheit 5 kann beispielsweise mittels eines Verdampfungsverfahrens oder eines Zerstäubungsverfahrens auf die erste Glasschicht 3 aufgetragen sein. Die Antenneneinheit 5 kann eine vorbestimmte Geometrie aufweisen, und beispielsweise als Patchantenne oder Stabantenne eingerichtet sein. Zur Bereitstellung der Geometrie kann die Antenneneinheit 5 mittels einer Maske aufgetragen sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Glasschicht 3 vollständig mit einem Material beschichtet wurde und zum Erhalt der Antenneneinheit 5 überflüssige Bereiche mittels Ätzverfahren oder Zerstäubungsverfahren abgetragen wurden.
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Die zweite Glasschicht 4 kann mittels eines Kunstharzes 7, auf der ersten Glasschicht 3 angeordnet sein. Um die Antenneneinheit 5 mit einem elektrischen Treibersignal 8 versorgen zu können, oder ein durch die Antenneneinheit 5 empfangenes elektrisches Echosignal 9 weiterleiten zu können, kann es vorgesehen sein, dass in der zweiten Glasschicht eine Bohrung 10 bereitgestellt ist, welche mittels eines Bohrers oder eines Lasers gefertigt wurde. In der Bohrung 10 kann ein Verbindungselement 11 angeordnet sein, welches durch einen Eintrag eines elektrisch leitenden Materials in die Bohrung 10 gefertigt sein kann. Über das Verbindungselement 11 kann die Antenneneinheit 5 elektrisch leitend mit einer Verstärkereinheit 12 verbunden sein und zusammen die Radareinrichtung 13 bilden. Die Verstärkereinheit 12 kann auf einer Oberfläche der zweiten Glasschicht 4 angeordnet sein. Die Verstärkereinheit 12 kann dazu eingerichtet sein, optische Treibersignale 14 zu empfangen, diese in das elektrische Treibersignal 8 umzuwandeln und über das Verbindungselement 11 der Antenneneinheit 5 zuzuführen. Die Verstärkereinheit 12 kann auch dazu eingerichtet sein, ein elektrisches Echosignal 9 über die Verbindungseinheit 11 zu empfangen und in ein optisches Echosignal 15 zu konvertieren.
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Über ein optisches Koppelungselement 16 kann die Verstärkereinheit 12 mit einem optischen Lichtleiter 17 verbunden sein. Das optische Koppelungselement 16 kann dazu eingerichtet sein, eine Einkopplung eines optischen Treibersignal 14 aus dem optischen Lichtleiter 17 in die Verstärkereinheit 12 zu ermöglichen oder eine Kopplung des optischen Echosignals 15 aus der Verstärkereinheit 12 in den optischen Lichtleiter 17. Der optische Lichtleiter 17 kann beispielsweise aus Glasfaser bestehen und an der zweiten Glasschicht 4 angeordnet sein. Bei dem optischen Koppelungselement 16 kann es sich beispielsweise um Gitterkoppler, Stoßkoppler oder adiabatische Koppler handeln. In der zweiten Glasschicht 4 können metallische Leiterbahnen 18 angeordnet sein, um die Verstärkereinheit 12 mit elektrischen Strom zu versorgen oder um Wärme von der Verstärkereinheit 12 abzuführen.
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2 zeigt eine Radarantennenanordnung in einer Verbundfensterscheibe. Die Radarantennenanordnung 1 umfasst mehrere Radareinrichtungen 13, welche eine jeweilige Antenneneinheit 5 und eine jeweilige Verstärkereinheit 12 aufweisen, welche voneinander beabstandet angeordnet sind und durch ein jeweiliges Verbindungselement 11 miteinander verbunden sind. Es kann vorgesehen sein, dass die Antenneneinheiten 5 auf einer Folie mittels eines Druckverfahrens aufgetragen wurden. Die Folie 19 kann auf die erste Glasschicht 3 geklebt sein. Auf der Folie 19 selbst kann die zweite Glasschicht 4 angeordnet sein. An einer Oberfläche der zweiten Glasschicht 4 können jeweiligen Verstärkereinheiten 12 angeordnet sein.
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3 zeigt eine Radarantennenanordnung in einer Verbundfensterscheibe. Die Antenneneinheiten 5 können beispielsweise als Stabantennen eingerichtet sein. Die Verbindungseinheiten 11 können die Antenneneinheiten 5 mit den jeweiligen Verstärkereinheiten 12 elektrisch leitend verbinden, wobei die Verbindungseinheiten 11 normal zur Verbundfensterscheibe 2 angeordnet sein können. Hierdurch wird vermieden, dass Anteile abgestrahlter elektromagnetischer Felder der Verbindungseinheiten 11 die elektromagnetischen Felder der Antenneneinheiten 5 beeinflussen. Die Verstärkereinheiten 12 können über die optischen Lichtleiter 17 optisch angebunden sein. Die Antennenanordnung 1 kann beispielsweise in einem Fahrzeug 20 angeordnet sein, wobei es sich bei dem Fahrzeug 20 beispielsweise um einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln kann. Die Verbundfensterscheibe 2 kann beispielsweise eine Front- oder Heckscheibe des Fahrzeugs 20 sein.
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Die neuartige Radarantennenanordnung 1 nutzt photonisch integrierte Verstärkereinheiten 12 (sogenannte Radarchips) um ein großes Radararray aufzuspannen. Die Verstärkereinheiten 12 können hinter der Windschutzscheibe angeordnet sein. Hierbei sind Verstärkereinheiten 12 und Antenneneinheiten 5 getrennt, so dass nur die Antenneneinheiten 5 in der Frontscheibe integriert sind. Die Hochfrequenzverbindung (das Verbindungselement 11) zwischen der Verstärkereinheit 12 und der jeweiligen Antenneneinheit 5 wird dabei durch eine Bohrung (mechanisch oder per Laser) hergestellt, welche mit einem leitenden Material gefüllt wird.
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Durch die direkte Integration der Antenneneinheiten 5 in die Verbundfensterscheibe 2 kann ein hochpräzise angeordnetes Antennenarray gefertigt werden, welches räumliche Ausdehnungen von über einem Meter erlaubt und somit Winkelseparierbarkeiten von 0,1° und darunter ermöglicht.
Die Integration der Antenneneinheiten 5 kann dabei beispielsweise durch folgende Verfahren erfolgen:
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Eine Ausführungsform kann eine Vorfertigung und Einsetzen der der Antenneneinheiten 5 in eine Mehrschichtanordnung (Sandwich-Struktur) aus Glasschichten 3, 4 der Verbundfensterscheibe 2 vorsehen. Anschließend können die einzelnen Glasschichten 3,4 der Verbundfensterscheibe 2 zusammengeführt werden, wodurch gleichzeitig die Antenneneinheiten 5 in ihrer Position fixiert werden. Die Antenneneinheiten 5 können dafür vorgefertigt werden und in die Verbundfensterscheibe 2 zwischen Glasschichten 3, 4 eingesetzt werden.
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Eine weitere Ausführungsform kann eine Metallbedampfung einer Scheibenseite der ersten Glasschicht 3 und einen anschließenden Materialabtrag zum Erhalt der Antenneneinheiten 5 mit vorbestimmten Antennengeometrien (durch Laser, Sputtern, Ätzen, o.ä.) vorsehen. In die Verbundfensterscheibe 2 können metallische Leiterbahnen 18 integriert zur elektrischen Kontaktierung der Verstärkereinheiten 12. Alternativ kann auch an der Stelle, an der die Verstärkereinheit 12 sitzt, die oberste Glasschicht 4 weggeätzt werden, so dass die Verstärkereinheit 12 per Flipchip mit einer strukturierten metallisierten Fläche verbunden wird. Die Leiterbahnen 18 lassen sich auch zur Kühlung der Verstärkereinheiten 12 einsetzen.
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Eine Ausführung sieht einen Druck der Antenneneinheiten 5 auf Folie und eine Integration in die Verbundfensterscheibe 2 vor. Die einzelnen Verstärkereinheiten 12 werden hierbei durch eine optische Faser synchronisiert. Diese dient auch zur Signalübertragung der auszusendenden (Tx) und der empfangenen (Rx) Radarsignale auf optischen Frequenzen. Alternativ zu einzelnen Glasfaserleitungen können in der oben beschriebenen Ausführung auch Wellenleiter direkt in das Glas (PLC) eingebracht werden. Diese leiten die in den optischen Frequenzbereich konvertierten Tx- und Rx-Radarsignale zu den einzelnen Verstärkereinheiten 12. Die optische Kontaktierung der Verstärkereinheiten 12 zu dem Wellenleiter könnte mittels Gitterkopplern, Stoßkopplung oder adiabatischen Kopplern stattfinden. Dadurch könnte es eine einzelne optische Koppelstelle in der Frontscheibe geben, welche alle Signale der Radarchips verteilt.
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Für das automatische Fahren ist eine möglichst sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Dabei wird das Umfeld mit Hilfe von Sensoren, wie Radar, Lidar und Kamera erfasst.
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Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360°-3D-Erfassung der Umwelt, so dass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden. Insbesondere dem Lidar kommt in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zugute, da dieser Sensortyp präzise in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Sensoren kostenintensiv und in ihrem Aufbau aufwändig. Insbesondere die 360°-3D-Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Sensoren verbaut. Allerdings sind auch die kleineren Sensortypen noch in ihren räumlichen Abmessungen im Bereich 10×10×10 cm3, und erlauben bisher keine nicht sichtbare Verbauposition.
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Weiterhin müssen die von jedem Sensor individuell gesammelten Daten einzeln prozessiert und / oder fusioniert werden. Dabei ist insbesondere die genaue Zeitstempelung für die Echtzeitprozessierung wichtig, was die Datenerfassung und Klassifikation zusätzlich aufwändig gestaltet.
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Im Bereich der passiven Sicherheitssysteme, sowie für das automatische Fahren in Stufe vier und fünf ist die Unterscheidbarkeit der Verkehrsteilnehmer sowohl für den Schutz der Insassen als auch der Verkehrsteilnehmer von besonderer Bedeutung. Dazu ist die sichere Umfeldwahrnehmung unabdinglich. Um diese zu garantieren, muss das Umfeld mit möglichst hoher Auflösung in allen drei Raumdimensionen Wahrgenommen werden. Moderne Kamera- und LIDAR-Systeme sind in der Lage diese Umfeldwahrnehmung zu gewährleisten, werden jedoch in ihrer Qualität beeinflusst oder versagen gänzlich bei schlechten Sichtverhältnissen wie Nebel, Schnee oder in der Dunkelheit. Radarsensoren hingegen unterliegen nicht diesen Limitierungen, müssen allerdings zur 3D-Bildgebung mit hoher Auflösung in einer Array-Anordnung mit einer Vielzahl verschiedener Sensoren angeordnet werden. Darüber hinaus müssen diese bezüglich ihrer Sende- und Empfangszeit synchronisiert werden, was technisch äußerst herausfordernd ist. Daher ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Radarsensoren so klein, einfach, flexibel, fehlertolerant, robust und preiswert wie möglich sind. Zu diesem Zweck muss so wenig Elektronik wie möglich auf dem Radarsensor selbst verbaut sein, und die digitale Datenverarbeitung dezentral innerhalb einer zentralen Steuerungseinheit geschehen.
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Konventionelle in Radarsysteme in Serienproduktion weisen eine Winkelseparierbarkeit in Azimut von 10° bis 4° auf. Die Winkelseparierbarkeit in Elevation ist i. d. R. sogar geringer, so dass bildgebende Verfahren für Radardaten nicht verwendet werden können. Die Winkelseparierbarkeit von aktuellen LiDAR-Systemen ist im Bereich von 0,1°, was mit aktuellen Radarsystemen nicht erreicht werden kann.
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Aktuelle Radarsensoren, die im Auto verbaut werden haben meist Abmessungen von 10x10 cm. Die damit erzielte maximale Winkelauflösung beträgt ca. 2° und erlaubt lediglich eine 2D-Umfeldwahrnehmung. Die aktuellen Radarsensoren haben für Fahrzeuge zu große räumliche Abmessungen bei kleiner Apertur aus welcher ein zu geringes Auflösungsvermögen resultiert. Dieses lässt keine hinreichende Umfeldwahrnehmung für autonomes Fahren zu. Der Verbau mehrerer Sensoren bedingt deren zeitliche Synchronisation, welche technisch herausfordernd und kostenintensiv ist. Nanoradare haben Abmessungen im Bereich von 5x5 cm und können durch ihre kompakte Bauweise leichter in das Fahrzeug integriert werden. Nanoradare weisen die gleichen Nachteile auf. Darüber hinaus ist die Reichweite der Nanoradare derzeit auf ca. 45m limitiert, was insbesondere für innerstädtische Szenarien zu gering ist. Das Auflösungsvermögen kann mittels des synthetischen Aperturverfahrens (engl.: „Synthetic Aperture Radar“, SAR) bis in den cm-Bereich erhöht werden. Das SAR-Verfahren ist nur senkrecht zur Fahrtrichtung möglich. Eine Voraussicht in oder entgegen der Fahrtrichtung ist mit diesem Verfahren nicht möglich. Außerdem ist die nach der Messung notwendige Datenprozessierung sehr rechenintensiv.
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Der Verbau vieler elektronischer Komponenten innerhalb der Sensoren erhöht deren räumliche Abmessungen und Kosten, sodass die Verwendung mehrerer Sensoren nicht umsetzbar ist. Darüber hinaus ist die zeitliche Synchronisation der Sensoren technisch herausfordernd. Soll die Apertur durch Verteilung der Antennen und anschließende dezentrale digitale Datenverarbeitung innerhalb einer zentralen Steuerungseinheit geschehen, ist jedoch die elektrische Übertragung des Sende- und Empfangssignals problematisch, da die Verluste mehrere dB betragen würde.
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Weiterhin ist es erforderlich, mehre einzelne Sensoren zu verwenden. Große räumliche Abmessungen der Sensoren erlauben keinen verdeckten Verbau an einem Fahrzeug, sodass diese sichtbar bleiben. Durch die Verwendung mehrere einzelner Sensoren ist ein relativ hoher Aufwand für Synchronisation der einzelnen Sensoren notwendig. Die Datenfusion ist zudem aufwändig und fehleranfällig, da keine zentrale Datenerfassung erfolgt, sondern jeder einzelne Sensor die Daten selbst erfasst und weiterleitet. Daraus resultieren hohe Kosten.
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Die erfindungsgemäße Antennenanordnung weist dagegen eine Vielzahl an Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik auf. Insgesamt ist es kostengünstiger als bekannte Lösungen. Die Anordnung der Radareinrichtung in einer Verbundfensterscheibe erlaubt eine hohe Präzision in der Fertigung, weil die Verbundfensterscheibe im Vergleich zu Blech relativ starr ist. Eine einfache Integration der Antennenanordnung in das Fahrzeug wird ermöglicht, Die Fertigung erfolgt unter Verwendung etablierter Technologien, die in Massenproduktion verfügbar und weit entwickelt sind. Ein einfacher Aufbau wird ermöglicht. Eine Reduktion der Anzahl von Einzelsensoren kann erfolgen, wodurch die Kalibrierung vereinfacht werden kann. Ein verdeckter Verbau wird möglich. Die große Fläche der Anordnung erlaubt eine für Radar extrem hohe Winkelseparierbarkeit von <= 0,1°
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Bereitstellung von Radarantenneneinheiten in einer Fensterscheibe eines Fahrzeugs ermöglicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radarantennenanordnung
- 2
- Verbundfensterscheibe
- 3
- erste Glasschicht
- 4
- zweite Glasschicht
- 5
- Antenneneinheit
- 6
- Radarstrahlen
- 7
- Kunstharz
- 8
- Elektrisches Treibersignal
- 9
- Elektrisches Echosignal
- 10
- Bohrung
- 11
- Verbindungseinheit
- 12
- Verstärkereinheit
- 13
- Radareinrichtung
- 14
- Optisches Treibersignal
- 15
- Optisches Echosignal
- 16
- Koppelungselement
- 17
- Lichtleiter
- 18
- Leiterbahnen
- 19
- Folie
- 20
- Fahrzeug