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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Antennenanordnung für ein Fahrzeug zum Senden und Empfangen von Funksignalen.
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Eine Antennenanordnung für ein Fahrzeug umfasst üblicherweise eine Antenne, welche eine richtungsabhängige Antennencharakteristik aufweist, um den Empfang und/oder das Senden von Funksignalen in einer bestimmten Richtung zu verbessern. Beispielsweise ist die Antenne der Art ausgebildet, dass eine verminderte Dämpfung und/oder ein erhöhter Gewinn eines von der Antenne ausgesendeten Funksignals in einer horizontalen Ebene und/oder in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs realisiert sein können. Beispielsweise kann eine richtungsabhängige Erhöhung und/oder Reduzierung des Signalgewinns mit Bezug auf einen isotropen Strahler durch konstruktive respektive destruktive Interferenz realisiert sein.
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Die Antennencharakteristik der Antenne kann durch die Geometrie der Antenne bestimmt sein. Dies kann nachteilig sein, da die Antenne mit richtungsabhängiger Antennencharakteristik entsprechend der gewünschten Abstrahlrichtung in dem Fahrzeug angeordnet sein sollte, um die Reichweite eines Sendesignals zu maximieren. Dadurch kann der notwendige Einbauraum der Antenne in dem Fahrzeug nachteilig vergrößert sein und/oder die Antenne als ein hervorstehendes Anbauteil in das Fahrzeug eingebaut sein.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine verbesserte Antennenanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere eine Antennenanordnung mit richtungsabhängiger Antennencharakteristik bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.
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Die vorliegende Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine in eine Oberfläche des Fahrzeugs integrierte Antenne, welche insbesondere eine phasengesteuerte Gruppenantenne (auch als „Phased-Array-Antenne“ bekannt) sein kann, gelöst werden kann, wobei die Orientierung von Antennenelementen der Antenne einen einstellbaren Bereich für eine richtungsabhängige Antennencharakteristik der Antenne bereitstellt.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung eine Antennenanordnung für die Car-to-X-Kommunikation in einem Fahrzeug, mit einem Antennenarray zum Erzeugen eines gerichteten Sendesignals, wobei das Antennenarray eine erste Flächenantenne und eine zweite Flächenantenne aufweist, wobei die erste Flächenantenne und die zweite Flächenantenne jeweils in oder auf einer Oberflächenebene des Fahrzeugs beabstandet zueinander angeordnet sind und einer Antennensteuerung zur Steuerung einer Abstrahlrichtung des gerichteten Sendesignals, wobei die Antennensteuerung ausgebildet ist, die erste Flächenantenne mit einem ersten Sendesignal zu beaufschlagen und die zweite Flächenantenne mit einem zweiten Sendesignal zu beaufschlagen, das sich in einer Phase von dem ersten Sendesignal unterscheidet, um eine Abstrahlrichtung zu erhalten, welche sich von einer Flächennormalen der Oberflächenebene unterscheidet.
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Die Einbaulage der Antennenanordnung, insbesondere bei einem Einbau der Antennenanordnung in ein Fahrzeug kann durch den vorhandenen Bauraum und/oder eine spezifische Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung beschränkt sein. Insbesondere kann die Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung an die Einbaulage der Antennenanordnung gekoppelt sein. Die Antennenanordnung kann beispielsweise eine Richtcharakteristik aufweisen, wobei die von der Antennenanordnung abgestrahlten Sendesignale für unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen der Sendesignale unterschiedlichen Dämpfungen der Antennenanordnung unterliegen können.
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Die erfindungsgemäße Antennenanordnung erreicht durch eine Entkopplung der Einbaulage der Antennenanordnung von der Abstrahlrichtung des gerichteten Sendesignals den Vorteil, dass die Einbaulage der Antennenanordnung der Fahrzeuggeometrie angepasst werden kann und gleichzeitig eine gewünschte Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung, insbesondere in Bezug auf eine richtungsabhängige Dämpfung der Antennenordnung realisiert sein kann.
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Die Antennenanordnung kann insbesondere eine verbesserte Richtcharakteristik aufweisen, um beispielsweise eine höhere Reichweite des gerichteten Sendesignals zu realisieren. Die Reichweite der von der Antennenanordnung ausgesendeten Sendesignale, insbesondere des gerichteten Sendesignals kann indirekt proportional zu dem Abstrahlwinkel der Antennenanordnung sein. Je kleiner der Abstrahlwinkel, desto höher kann die Reichweite sein.
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Die Antennenanordnung kann insbesondere einen ersten Betriebsmodus aufweisen, in welchem die Antennencharakteristik der Antennenanordnung für eine Abstrahlung des Sendesignals über einen möglichst großen ersten Winkelbereich in zumindest einer Ebene optimiert sein kann und/oder einen zweiten Betriebsmodus aufweisen, in welchem die Antennencharakteristik bezüglich der Reichweite optimiert ist und/oder das gerichtete Sendesignal auf einen zweiten Abstrahlwinkelbereich beschränkt sein kann, welcher insbesondere gegenüber dem ersten Winkelbereich kleiner sein kann. Weiterhin kann sich die mittlere Abstrahlrichtung des ersten Winkelbereichs gegenüber dem zweiten Winkelbereich insbesondere in dem Azimut-Winkel unterscheiden. Dadurch kann die Abstrahlrichtung des gerichteten Sendesignals nach oben, nach unten und/oder parallel zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sein.
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Insbesondere können der erste und/oder der zweite Betriebsmodus durch eine unterschiedliche Beaufschlagung der Flächenantennen mit Sendesignalen, welche sich in der Phase unterscheiden, realisiert sein. Hierzu kann die Antennensteuerung ausgebildet sein zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus umzuschalten. Der zweite Betriebsmodus kann insbesondere verwendet werden, um das gerichtete Sendesignal auf einen Empfänger zu richten.
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Die Antennenanordnung kann ausgebildet sein eine Mehrzahl von Nahbereichsfunkfrequenzen abzudecken. Insbesondere kann die Antennensteuerung ausgebildet sein die Flächenantennen mit Sendesignalen unterschiedlicher Frequenz zu beaufschlagen. Das von der Antennenanordnung aussendbare gerichtete Sendesignal kann insbesondere entsprechend dem Car-2-Car-WLAN-Standard 802.11p ausgebildet sein. Ebenso kann das gerichtete Sendesignal ein Mobilfunksignal sein. Dieses Mobilfunksignal kann eine Frequenz aufweisen, welche in einem schmalbandigen Frequenzbereich liegt, wobei der schmalbandige Frequenzbereich insbesondere für eine direkte Kommunikation zwischen zwei Kommunikationsgeräten, beispielsweise zwei Antennenanordnungen, ausgebildet sein kann. Entsprechende Frequenzbereiche können beispielsweise nach dem LTE-D2D und/oder 5G Standard ausgebildet sein.
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Das Antennenarray kann insbesondere eine Gruppenantenne sein, welche ausgebildet sein kann eine Mehrzahl von Sendesignalen mit einer Mehrzahl von verschiedenen Frequenzbereichen gleichzeitig auszusenden.
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Bei einer Beaufschlagung der Flächenantennen mit jeweils einem identischen Sendesignal, welches insbesondere phasensynchron von den Flächenantennen abstrahlbar ist, kann die Abstrahlrichtung im Wesentlichen parallel zu der Flächennormalen realisiert sein.
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In einer Ausführungsform ist das Antennenarray ausgebildet, das gerichtete Sendesignal durch ein zumindest teilweises räumliches Überlagern des von der ersten Flächenantenne abgestrahlten ersten Sendesignals mit dem von der zweiten Flächenantenne abgestrahlten zweiten Sendesignal zu erzeugen.
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Durch das Überlagern der Sendesignale der Flächenantennen kann das gerichtete Sendesignal eine gegenüber den ursprünglichen Sendesignalen der Flächenantennen veränderte Wellenfront aufweisen, wobei insbesondere die Abstrahlrichtung und/oder Abstrahlleistung in Bezug auf die Abstrahlrichtung verändert sein können.
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Gegenüber einer Antennenanordnung mit einer Einzelantenne hat die erfindungsgemäße Antennenanordnung mit dem Antennenarray den Vorteil, dass die Abstrahlcharakteristik insbesondere auf eine und/oder mehrere für einen Empfänger anwendungsrelevante Richtungen reduziert werden kann, um in diesen Richtung eine insbesondere erhöhte Abstrahlleistung zu realisieren.
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In einer Ausführungsform ist die Antennensteuerung ausgebildet, eine Phasenänderung des ersten und des zweiten Sendesignals zu bewirken, um die Abstrahlrichtung zu ändern.
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Mit der Phasenänderung wird die relative räumliche Lage der Wellenfronten der von den Flächenantennen abgestrahlten Sendesignale verändert, sodass sich bei einer Überlagerung der Sendesignale die Signaleigenschaften des resultierenden, gerichteten Sendesignals, insbesondere bezüglich der Abstrahlrichtung und der Abstrahlleistung ändern können.
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In einer Ausführungsform ist die Antennensteuerung ausgebildet, das gerichtete Sendesignal an eine Fahrumgebung, insbesondere an eine Fahrbelagserhöhung, eine Fahrbelagssenke und/oder eine Kurve anzupassen, wobei die Fahrumgebung durch Verknüpfung von topografischen Daten eines Speichers und einer Positionsinformation, insbesondere eines GPS-Signals abgebildet und der Antennenanordnung bereitgestellt ist.
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Insbesondere kann die Antennensteuerung ausgebildet sein, die Abstrahlrichtung zu ändern, um die Abstrahlrichtung auf einen Empfänger zu richten, insbesondere einem Empfänger in einem voraus- oder zurückliegenden Wegabschnitt des Fahrzeugs zu folgen.
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Dem Fahrzeug kann beispielsweise eine Information über den vorausliegenden Wegabschnitt vorliegen, welche der Antennensteuerung bereitgestellt sein kann. Die Antennensteuerung kann ausgebildet sein, diese Information zu verarbeiten, um insbesondere zu erkennen, ob sich das Fahrzeug in einer Senke, auf einer Kuppe und/oder in einer Kurve befindet. Die Antennensteuerung kann daraufhin die Abstrahlrichtung des gerichteten Sendesignals anpassen, um beispielsweise eine Kommunikationsverbindung mit einem vorausfahrenden Fahrzeug aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann die Abstrahlrichtung mit der Flächennormale vor der Anpassung der Abstrahlrichtung einen Winkel von ungefähr 65° mit der Flächennormale der Oberflächenebene einschließen und nach dieser Anpassung einen Winkel von ungefähr 35° mit der Flächennormale der Oberflächenebene einschließen.
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Das Antennenarrays kann insbesondere in, auf oder hinter einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet sein, welche einen Winkel von ungefähr 65° mit der Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug fährt, einschließt. Dadurch kann die Abstrahlrichtung ungefähr parallel zu der Fahrbahn liegen. Eine Änderung der Abstrahlrichtung um ungefähr 30° in Richtung der Flächennormale der Oberflächenebene kann eine gegenüber der Fahrbahn um ungefähr 30° nach oben gerichtete Abstrahlrichtung realisieren.
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In einer Ausführungsform ist die Antennensteuerung ausgebildet, eine Abstrahlleistung des gerichteten Sendesignals in einem Winkelbereich um die Abstrahlrichtung, insbesondere in Bezug auf einen 180° umfassenden Abstrahlbereich auf 5%, 10% oder 15% des Abstrahlbereichs zu beschränken.
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Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass die Reichweite des gerichteten Sendesignals erhöht sein kann. Die Abstrahlleistung, welche dem Antennenarray bereitgestellt sein kann, wird auf einen schmaleren Winkelbereich eingeschränkt, sodass die Leistungsdichte in diesem Winkelbereich entsprechend erhöht sein kann. Dadurch kann ein höherer Signal-Rausch-Abstand realisiert sein, welcher sich mit zunehmender Entfernung von der Antennenanordnung reduzieren kann. Durch die initial höhere Signalamplitude, kann eine Differenzierung des Sendesignals von einem Rauschsignal und/oder anderen Störsignalen vorteilhaft in größerer Entfernung realisiert sein.
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Die Antennensteuerung kann weiterhin ausgebildet sein die Amplitude eines Sendesignals zu steuern und insbesondere die erste und die zweite Flächenantenne jeweils mit einem Sendesignal unterschiedlicher Amplitude zu beaufschlagen. Dadurch kann eine vorteilhafte Abstrahlcharakteristik der Antennensteuerung realisiert sein, da die Nebenkeulenniveaus des gerichteten Sendesignals reduziert sein können.
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In einer Ausführungsform ist die Antennensteuerung ausgebildet, die Abstrahlrichtung in mindestens einer Sendeebene zwischen der Abstrahlrichtung und mindestens einer weiteren Abstrahlrichtung, welche sich von der Abstrahlrichtung unterscheidet, periodisch zu ändern, um im zeitlichen Mittel über die periodischen Änderungen der Abstrahlrichtung einen vergrößerten Abstrahlbereich mit der Abstrahlleistung des gerichteten Sendesignals in der mindestens einen Sendeebene zu realisieren.
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Durch die periodische Umschaltung zwischen schmalen Winkelbereichen der Abstrahlrichtung kann beispielsweise ein Aussenden von Sendesignalen zu unterschiedlichen, weiter entfernten Empfängern realisiert sein, da mit einem reduzierten Abstrahlwinkel vorteilhafterweise eine höhere Abstrahlleistung als mit einem größeren Abstrahlwinkel realisiert werden kann.
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In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Flächenantenne auf einer dielektrischen Schicht, insbesondere hinter einer Glasscheibe oder auf einer Lackschicht, welche eine Oberflächenebene des Fahrzeugs bildet, befestigbar.
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Die dielektrische Schicht kann die Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung beeinflussen, falls das gerichtete Sendesignal durch die dielektrische Schicht hindurch von dem Antennenarray abstrahlbar sein soll. Die Antennensteuerung kann ausgebildet sein die Sendesignale, mit welchen die erste und eine zweite Flächenantenne beaufschlagt werden, anzupassen, um die Wirkung der dielektrischen Schicht auf die Abstrahlung des gerichteten Sendesignals zu berücksichtigen. Insbesondere kann die dielektrische Schicht eine Dämpfung des gerichteten Sendesignals bewirken, wobei durch eine Anpassung der Sendesignale die Wirkung der dielektrischen Schicht auf das gerichtete Sendesignal, reduziert werden kann.
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Durch eine planare Ausbildung des Antennenarrays kann die Antennenanordnung an einer schräg orientierten Scheibe des Fahrzeugs oder an einem nicht gerade ausgerichteten Verkleidungsstück des Fahrzeugs angeordnet sein. Entsprechend einer Einbauposition und/oder Einbaulage der Antennenanordnung in dem Fahrzeug kann eine vordefinierte Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung ausgewählt sein, um insbesondere eine auf das Fahrzeug bezogene horizontal ausgerichtete Abstrahlrichtung zu realisieren.
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Die dielektrische Schicht, kann die Flächenantennen vorteilhafterweise vor äußeren Umwelteinflüssen schützen und insbesondere eine Korrosion der Flächenantennen unterbinden. Um die Abstrahldämpfung des Antennenarrays vorteilhaft zu verringern, kann die Art und/oder die Dicke der dielektrischen Schicht durch angepasste Eigenschaften der Flächenantennen, wie beispielsweise eine veränderte Form, eine angepasste Schichtdicke und/oder eine Verwendung eines anderen Herstellungsmaterials realisiert sein.
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Durch die Einbaulage hinter respektive unter einer dielektrischen Schicht, kann die Antennenanordnung vorteilhafterweise unsichtbar realisiert sein. Insbesondere kann die Antennenanordnung durch eine äußere Betrachtung des Fahrzeugs und/oder von einem Fahrer des Fahrzeugs nicht sichtbar in dem Fahrzeug, insbesondere in oder auf der Oberflächenebene angeordnet sein.
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Weiterhin können die Flächenantennen auch direkt auf der Oberflächenebene des Fahrzeugs angeordnet sein, um die Abstrahldämpfung des Antennenarrays vorteilhaft zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform weist die Antennenanordnung eine Mehrzahl von Flächenantennen auf, welche in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind und die Antennensteuerung ist ausgebildet, jede Flächenantenne der Mehrzahl von Flächenantennen mit einem Sendesignal, welches in der Phase durch die Antennensteuerung verschiebbar ist, zu beaufschlagen.
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Die Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung kann insbesondere durch eine unterschiedliche relative Anordnung der Flächenantennen änderbar sein. Beispielsweise kann durch eine Reihung einer Mehrzahl von Flächenantennen in einer Raumrichtung, insbesondere einer Raumrichtung in der Elevationsebene des Antennenarrays die Abstrahlcharakteristik geändert sein, insbesondere in der Raumrichtung auf einen kleineren Winkelbereich konzentriert sein. Eine Erhöhung der Anzahl der Flächenantennen in der Raumrichtung, beispielsweise von 4 Flächenantennen auf 8 Flächenantennen kann den Abstrahlwinkel, gemessen an der Halbwertsbreite der Abstrahldämpfung, von beispielsweise ungefähr 40° auf ungefähr 20° reduzieren.
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Bei der Veränderung der Abstrahlcharakteristik in der Raumrichtung durch Erhöhung der Anzahl der Flächenantennen kann die Abstrahlcharakteristik in den Raumrichtungen, in welchen die Anzahl der Flächenantennen unverändert ist, insbesondere der Azimut-Ebene des Antennenarrays, ebenso unverändert sein.
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Die Abstrahlcharakteristik in der Azimut-Ebene kann, falls nur eine Flächenantenne in dieser Raumrichtung angeordnet ist, der Abstrahlcharakteristik dieser einen Flächenantenne entsprechen, wobei die Abstrahlcharakteristik mit einer Sinusfunktion angenähert werden kann, um eine vorteilhafte Abstrahlcharakteristik mit einer Halbwertsbreite der Abstrahldämpfung von ungefähr 120° zu erhalten.
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Durch die Umschaltfähigkeit kann die Antennenanordnung auf mögliche Unterschiede in der Umgebungstopographie, insbesondere auf Höhen- und/oder Winkeländerungen einer Fahrbahn reagieren und somit den Einfluss der richtungsabhängigen Dämpfung der Antennenanordnung vorteilhaft minimieren.
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In einer Ausführungsform weist die Antennensteuerung mindestens einen Phasenschieber auf, welcher ausgebildet ist, einen Phasenunterschied zwischen dem ersten Sendesignal und dem zweiten Sendesignal zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform ist der Phasenschieber durch eine elektrische Verzögerungsleitung oder ein elektronisches Element gebildet.
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Eine Verzögerungsleitung kann durch eine verlängerte elektrische Signalleitung und/oder eine elektrische Signalleitung, welche eine geringere Signalgeschwindigkeit realisiert, gebildet sein. Dadurch kann die Laufzeit eines Sendesignals im Vergleich zu einem weiteren Sendesignal, welches die Verzögerungsleitung nicht durchläuft in der Phase verschoben sein. Vorteilhafterweise realisiert der Phasenschieber eine Phasenverschiebung eines Sendesignals zwischen 0 und 2π.
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In einer Ausführungsform ist die Antennensteuerung ausgebildet, den Phasenschieber anzusteuern, um die Phase des ersten Sendesignals zu ändern.
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Der Phasenschieber kann beispielsweise ein aktives oder passives Halbleiterelement sein, welches insbesondere von der Antennensteuerung angesteuert werden kann, um die Phasenlage eines Sendesignals für eine jeweilige Flächenantenne zu verändern.
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In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Flächenantenne auf einer Platine angeordnet, welche in oder auf der Oberflächenebene des Fahrzeugs oder auf der dielektrischen Schicht befestigt ist.
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Auf der Platine kann zusätzlich ein Signalverteilungsnetzwerk angeordnet sein, welches die Flächenantennen mit der Antennensteuerung elektrisch verbinden kann, sodass die Antennensteuerung den Flächenantennen über das Signalverteilungsnetzwerk jeweils ein Sendesignal bereitstellen kann. Unterschiedliche Leitungslängen des Signalverteilungsnetzwerks können eine Abstrahlung des Sendesignals durch die jeweilige Flächenantenne mit relativ zueinander unterschiedlicher Phase realisieren.
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Mit der Anordnung der Flächenantennen auf der Platine kann die Schichtdicke der Flächenantennen vorteilhaft reduziert sein, da die Flächenantennen durch die Platine verstärkt sein können. Dadurch können die Flächenantennen vorteilhafterweise eine erhöhte Festigkeit gegenüber auf die Flächenantennen einwirkenden Biege-, Zug, und/oder Druckkräften aufweisen.
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In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Flächenantenne auf die Oberflächenebene des Fahrzeugs mittels eines Materialablagerungsverfahrens aufgebracht, insbesondere auf die Oberflächenebene des Fahrzeugs aufgedruckt oder aufgedampft.
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Das Antennenarray kann auf einer Vorderseite einer Platine, insbesondere einer Leiterplatte angeordnet sein, wobei ein Verteilnetzwerk von elektrischen Signalleitungen auf einer der Vorderseite abgewandten Rückseite der Platine angeordnet sein kann und jeweils eine elektrische Signalleitung jeweils eine Flächenantenne mit der Antennensteuerung verbinden kann.
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In einer Ausführungsform ist die Oberflächenebene durch eine metallische Fläche, insbesondere eine Karosserie des Fahrzeugs gebildet, wobei die erste und die zweite Flächenantenne von der metallischen Fläche durch eine dielektrische Isolatorschicht isoliert sind.
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Die Isolierung der Flächenantennen kann den Vorteil einer verminderten Wechselwirkung zwischen der metallischen Fläche und den Flächenantennen erreichen, sodass eine Abstrahlung des gerichteten Sendesignals von der metallischen Fläche unbeeinflusst sein kann. Weiterhin ist es möglich, dass die metallische Schicht einen Reflektor für das gerichtete Sendesignal bildet, sodass ein reflektiertes Sendesignal mit dem gerichteten Sendesignal überlagert sein kann. Dies kann genutzt werden, um die Abstrahlleistung des gerichteten Sendesignals zu ändern, insbesondere vorteilhaft zu erhöhen.
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Weiterhin können die Flächenantennen auf oder in einer räumlich gekrümmten Oberflächenebene angeordnet sein. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Flächenantennen einer aerodynamischen Form einer Fahrzeugoberfläche, insbesondere der Oberflächenebene untergeordnet sein können. Eine Krümmung der Oberflächenebene kann einen Abstrahlwinkel des gerichteten Sendesignals ändern, insbesondere vorteilhaft vergrößern.
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In einer Ausführungsform umfasst die Antennenanordnung ein weiteres Antennenarray, wobei das weitere Antennenarray eine dritte Flächenantenne und eine vierte Flächenantenne aufweist, wobei die dritte Flächenantenne und die vierte Flächenantenne jeweils in einer weiteren Oberflächenebene des Fahrzeugs beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die Antennensteuerung ausgebildet ist, die dritte Flächenantenne mit einem dritten Sendesignal zu beaufschlagen und die vierte Flächenantenne mit einem vierten Sendesignal zu beaufschlagen, das sich in einer Phase von dem dritten Flächensignal unterscheidet, um eine weitere Abstrahlrichtung zu erhalten, welche sich von einer Flächennormalen der weiteren Oberflächenebene unterscheidet, wobei das Antennenarray und das weitere Antennenarray ausgebildet sind, das Sendesignal in mindestens einer Sendeebene in alle Richtungen auszusenden.
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Für Antennenanordnungen in Fahrzeugen kann es vorteilhaft sein einen Funksignalbereich in einer Ebene parallel zu einer horizontalen Fahrtebene abzudecken, da weitere Verkehrsteilnehmer oder Straßeninfrastrukturelemente mit hoher Wahrscheinlichkeit mit geringen Winkelabweichungen bezüglich der Fahrtebene angeordnet sein können. Durch die weitere Antennenanordnung wird der Vorteil erreicht, dass mit zwei Antennenarrays eine Sendeebene beispielsweise mit einer ähnlichen Orientierung in Bezug auf die Fahrtebene abgedeckt sein kann.
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Mit dem Antennenarray und dem weiteren Antennenarray kann ein rundstrahlförmiger Signalsendebereich von 360° für ein Sendesignal realisiert sein, sodass für die Abdeckung dieses Signalsendebereichs keine weiteren Antennen notwendig sein können.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Antennenanordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine Antennenanordnung gemäß einer Ausführungsform; und
- 3 eine Antennenanordnung gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Antennenanordnung 100 für die Car-to-X-Kommunikation in einem Fahrzeug, mit einem Antennenarray 101 zum Erzeugen eines gerichteten Sendesignals. Das Antennenarray 101 weist eine erste Flächenantenne 103 und eine zweite Flächenantenne 105 auf, wobei die erste Flächenantenne 103 und die zweite Flächenantenne 105 jeweils in oder auf einer Oberflächenebene 107 des Fahrzeugs beabstandet zueinander angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Antennenanordnung 100 eine Antennensteuerung 109 zur Steuerung einer Abstrahlrichtung 111 des gerichteten Sendesignals. Die Antennensteuerung 109 ist ausgebildet die erste Flächenantenne 103 mit einem ersten Sendesignal zu beaufschlagen und die zweite Flächenantenne 105 mit einem zweiten Sendesignal zu beaufschlagen, das sich in einer Phase von dem ersten Sendesignal unterscheidet, um die Abstrahlrichtung 111 zu erhalten, welche sich von einer Flächennormalen 113 der Oberflächenebene 107 unterscheidet.
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Die Abstrahlrichtung 111 kann mit der Flächennormalen 113 der Oberflächenebene 107 einen Abstrahlwinkel 115 einschließen. Der Abstrahlwinkel 115 kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0° und zu 65° liegen.
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Der Abstand zwischen der ersten Flächenantenne 103 und der zweiten Flächenantenne 105 kann durch die Wellenlänge des gerichteten Sendesignals bestimmt sein. Insbesondere kann der Abstand zwischen der ersten Flächenantenne 103 und der zweiten Flächenantenne 105 ein geradzahliges Vielfaches, ein Viertel oder eine Hälfte der Wellenlänge des gerichteten Sendesignals betragen. Eine elektrisch leitende Fläche der jeweiligen Flächenantenne 103 und 105 kann insbesondere eine Rechteckform aufweisen, wobei eine Kantenlänge der Rechteckform durch die Wellenlänge des gerichteten Sendesignals bestimmt sein kann. Beispielsweise, kann die Kantenlänge ein geradzahliges Vielfaches, ein Viertel oder eine Hälfte der Wellenlänge betragen. Die elektrisch leitende Fläche der jeweiligen Flächenantenne 103 und 105 kann die Abstrahlung eines Sendesignals, mit welchem die Flächenantennen 103, 105 jeweils beaufschlagt sind verbessern.
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In einer Ausführungsform sind in Richtung der Abstrahlrichtung 111 der Antennenanordnung 100 dem Antennenarray 101 ausschließlich dielektrische, insbesondere elektrisch nichtleitende Elemente nachgeschaltet.
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Ein Empfänger des gerichteten Sendesignals kann ein Verkehrsteilnehmer, insbesondere ein Fahrzeug oder ein Verkehrsinfrastrukturelement sein. Der Antennensteuerung 109 können zusätzlich Informationen über den Bewegungszustand des Empfängers und den Bewegungszustand der Antennenanordnung 100, respektive des Fahrzeugs, in welchem die Antennenanordnung 100 angeordnet ist, zugeführt sein. Die Antennensteuerung 109 kann ausgebildet sein, mit diesen Informationen ein Nachführen der Abstrahlrichtung 111 zu realisieren, um eine Funkverbindung, insbesondere mit einem hohen Signal-Rausch-Abstand während einer relativen Bewegung zwischen einem Empfänger und der Antennenanordnung 100 zu realisieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Antennenanordnung 100 für die Car-to-X-Kommunikation in einem Fahrzeug, wobei zusätzlich zu den Merkmalen der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Mehrzahl von möglichen Einbaupositionen 201 dargestellt ist. Eine Anzahl von Einbaupositionen 201 der Mehrzahl von möglichen Einbaupositionen 201 betrifft die Karosserie des Fahrzeugs.
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Insbesondere kann die Oberflächenebene 107 durch eine ebene oder gekrümmte Karosseriefläche des Fahrzeugs gebildet sein. Beispielsweise kann die Oberflächenebene 107 eine Motorhaube, ein Kotflügel, eine Tür, eine A-, B- und/oder C-Säule, ein Dach und/oder eine Stoßstangenverkleidung sein.
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Eine Krümmung der Oberflächenebene 107 kann vorteilhaft für die Überlagerung der Sendesignale, welche von der ersten und der zweiten Flächenantenne 103, 105 aussendbar sind, genutzt werden.
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Die räumliche Orientierung der jeweiligen Karosseriefläche des Fahrzeugs, in welcher die Antennenanordnung 100 angeordnet sein kann, kann den durch die Antennenanordnung 100 einstellbaren Winkelbereich des gerichteten Sendesignals bestimmen.
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Weitere Einbaupositionen 201 können die Scheiben eines Fahrzeugs bilden. Beispielsweise eine Frontscheibe, eine Heckscheibe, eine Seitenscheibe und/oder eine Dachverglasung.
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Die Einbauposition 201 der Antennenanordnung 100 kann unbeschränkt sein und die Antennenanordnung 100 kann prinzipiell an allen Teilen eines Fahrzeugs montiert sein, welche zu einem Teil in die gewünschte Abstrahlrichtung 111 geneigt sind. Die tatsächlich möglichen Einbaupositionen 201 und/oder Einbaulagen können von dem jeweiligen Fahrzeugtyp und/oder dem Anwendungsgebiet der Antennenanordnung 100 abhängen. Für Lastkraftwagen kann der Einbau der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 100 in vertikal angeordneten Karosserieflächen realisiert sein, sodass für einen Normalbetrieb der Antennenanordnung 100, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abstrahlrichtung 111 parallel zu einer Fahrbahn des Lastkraftwagens ausgerichtet ist, ein Elevationswinkel von 0° verwendet werden kann.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Antennenanordnung 100. Die Querschnittsebene verläuft senkrecht zu einer dielektrischen Schicht 305 und parallel zu der Abstrahlrichtung 111. Das Antennenarray 101 weist neben der ersten Flächenantenne 103 und der zweiten Flächenantenne 105 eine dritte Flächenantenne 301 und eine vierte Flächenantenne 303 auf, wobei die Flächenantennen 103, 105, 301, 303 in einer Reihe mit gleichmäßigem Abstand hinter der dielektrischen Schicht 305 angeordnet sind.
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Weiterhin sind die Flächenantennen 103, 105, 301, 303 in der Oberflächenebene 107 und auf einer Platine 307 angeordnet. Die Oberflächenebene 107, die dielektrische Schicht 305 und die Platine 307 sind jeweils parallel zueinander ausgerichtet.
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Die Abstrahlrichtung 111 kann mit der Flächennormalen 113 der Oberflächenebene 107 einen Abstrahlwinkel 115 einschließen. Dieser Abstrahlwinkel 115 kann beispielsweise bis zu 65° betragen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Antennenanordnung
- 101
- Antennenarray
- 103
- Flächenantenne
- 105
- Flächenantenne
- 107
- Oberflächenebene
- 109
- Antennensteuerung
- 111
- Abstrahlrichtung
- 113
- Flächennormale
- 115
- Abstrahlwinkel
- 201
- Einbauposition
- 301
- Flächenantenne
- 303
- Flächenantenne
- 305
- dielektrische Schicht
- 307
- Platine
