DE102021128147A1

DE102021128147A1 - Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Radarvorrichtung, Kommunikationsvorrichtung, Assistenzsystem sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102021128147A1
Application number: DE102021128147.4A
Authority: DE
Inventors: Heiko Gustav Kurz; Heiko Schröder; Marc-Michael Meinecke; Niels KOCH
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-05-04
Also published as: WO2023072923A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1) zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung (10), mit zumindest einem ersten Antennenelement (6), welches auf Basis einer Flüssigkristalltechnologie (11) zum Aussenden und/oder Empfangen von der elektromagnetischen Strahlung (10) ausgebildet ist, und mit einer elektronischen Recheneinrichtung (9), welche zum Erzeugen eines Steuersignals für das zumindest erste Antennenelement (6) ausgebildet ist. Die Erfindung sieht vor, dass die Antennenvorrichtung (5) zumindest ein zweites Antennenelement (7) aufweist, welches auf Basis der Flüssigkristalltechnologie (11) zum Aussenden und/oder Empfangen von der elektromagnetischen Strahlung (10) ausgebildet ist, wobei in Abhängigkeit von dem Steuersignal das erste Antennenelement (6) und/oder das zweite Antennenelement (7) zum Aussenden und/oder Empfangen aktiviert sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Kommunikationsvorrichtung (4), eine Radarvorrichtung (3), ein Assistenzsystem (2) sowie ein Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, mit zumindest einem ersten Antennenelement, welches auf Basis einer Flüssigkristalltechnologie zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, und mit einer elektronischen Recheneinrichtung, welche zum Erzeugen eines Steuersignals für das zumindest erste Antennenelement ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Kommunikationsvorrichtung, eine Radarvorrichtung, ein Assistenzsystem sowie ein Verfahren.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Antennenvorrichtungen bekannt, welche zum Empfangen/Senden von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet sind. Beispielsweise können diese Antennenarrays für eine Radarsensorvorrichtung oder eine Kommunikationsvorrichtung vorgesehen sein. Bei diesen Antennenarrays handelt es sich insbesondere um statische Aufbauten, die nicht adaptiv verändert werden können, und diese haben einen hohen Aufwand in der Fertigung und Integration im Kraftfahrzeug. Ferner ist auch ein verdeckter Verbau für große verteilte Antennenvorrichtungen nicht möglich.
Die US 2009/051620 A1 offenbart eine transparente Antenne für ein Display.
Die WO 2018/105170 A1 beschreibt ein transparentes Anzeigesystem sowie eine transparente Anzeigeeinrichtung.
Die US 2002/152606 A1 offenbart eine aufgedruckte Antenne für ein drahtloses mobiles persönliches Endgerät.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antennenvorrichtung, eine Kommunikationsvorrichtung, eine Radarvorrichtung, ein Assistenzsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Antennenvorrichtung zu schaffen, mittels welcher verbessert elektromagnetische Strahlung ausgesendet und/oder empfangen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Antennenvorrichtung, eine Kommunikationsvorrichtung, eine Radarvorrichtung, ein Assistenzsystem sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, mit zumindest einem ersten Antennenelement, welches auf Basis einer Flüssigkristalltechnologie zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, und mit einer elektronischen Recheneinrichtung, welche zum Erzeugen eines Steuersignals für das zumindest erste Antennenelement ausgebildet ist.
Es ist vorgesehen, dass die Antennenvorrichtung zumindest ein zweites Antennenelement aufweist, welches auf Basis der Flüssigkristalltechnologie zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, wobei in Abhängigkeit von dem Steuersignal das erste Antennenelement und/oder das zweite Antennenelement zum Aussenden und/oder Empfangen aktiviert sind.
Insbesondere ist somit eine Antennenvorrichtung vorgeschlagen, welche flexibel konfigurierbar ist und beispielsweise für die Strahlung im sichtbaren Spektralbereich transparent sein kann. Die Antennenvorrichtung kann beispielsweise für eine automobile Radaranwendung eingesetzt werden, die großflächig, adaptiv rekonfigurierbare Antennenstrukturen erfordern, um das Auflösungsvermögen zu verfeinern und verdeckt, insbesondere nicht sichtbar für das menschliche Auge, oder für den sichtbaren Spektralbereich transparent gefertigt und verbaut werden können.
Gemäß dem Stand der Technik können konventionelle Antennenarrays als statische Aufbauten nicht adaptiv verändert werden und haben so einen hohen Aufwand in der Fertigung und Integration im Kraftfahrzeug. Ein verdeckter Verbau für große und verteilte Arrays ist in der Regel daher nicht möglich.
Insbesondere ist somit zur Verbesserung vorgeschlagen, dass sowohl für das erste Antennenelement als auch für das zweite Antennenelement die sogenannte Flüssigkristalltechnologie, welche auch als Liquid Chrystal Display (LCD) bezeichnet werden kann, zur Modulation von elektromagnetischer Strahlung im Millimeter-Wellenbereich genutzt wird. Beispielsweise kann diese eine Strahlung mit 77 Gigahertz, eine Frequenzmodulation, eine Pulsweitenmodulation, eine Amplitudenmodulation sowie eine Phasenmodulation ducrhführen. Das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement können dabei als sogenannte Elementarantenne sowohl als Empfänger als auch als Sender ausgebildet sein. Es erfolgt dann wiederum die Verschaltung von den zumindest zwei Antennenelementen zu der Antennenvorrichtung. Es kann dann möglich sein, dass beispielsweise mittels elektronisch-photonischer Radarchips (EPIC-Chips) die Antennenelemente wiederum elektrisch angebunden sind. Beispielsweise kann das Steuersignal von der elektronischen Recheneinrichtung über die elektronisch-photonischen Radarchips von der elektronischen Recheneinrichtung an die Antennenelemente übertragen werden. Die elektronische Recheneinrichtung kann dann wiederum als zentrale Datenverarbeitungseinrichtung zur Signalverarbeitung ausgebildet sein und sowohl zum Empfangen von Daten und deren Auswertung sowie zur Ansteuerung der Antennenelemente ausgebildet sein. Insbesondere kann die elektromagnetische Strahlung dann wiederum in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgesendet werden. Sollte beispielsweise die elektromagnetische Strahlung als Radarstrahlung ausgesendet werden, so kann damit die Umgebung erfasst werden und beispielsweise die ausgewertete Umgebung in einem sogenannten Umfeldmodell bereitgestellt werden.
Insbesondere durch die frei konfigurierbare Antennenanordnung der zumindest zwei Antennenelemente kann ein einfaches Umschalten zwischen verschiedenen Konfigurationen der Antennenvorrichtung in einem einzelnen Aufbau realisiert werden, sodass beispielsweise sowohl Long-Range-, Mid-Range- oder Short-Range-Kombinationen möglich sind.
Insbesondere löst somit die Erfindung das Problem, dass bei insbesondere einem hochautomatisierten Betrieb eines Kraftfahrzeugs eine Winkelauflösung im 0,1-Grad-Bereich notwendig ist. Die daraus resultierende Antennengröße beläuft sich beispielsweise auf 1,2 Meter. Für solche Antennengrößen stehen unter Umständen keine geeigneten großen Flächen an der Fahrzeugaußenhaut zur Verfügung. Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet, dass die Antennenvorrichtung auf eine große, insbesondere mehr oder weniger ebene, Glasfläche, zum Beispiel auf die Windschutzscheibe, aufgebracht wird. Die Antennenvorrichtung wird dabei mittels der Flüssigkristalltechnologie betrieben. Die Flüssigkristalltechnologie ermöglicht dabei, dass die Antennenvorrichtung beispielsweise im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent sein kann. Somit ist sie für menschliche Augen kaum wahrnehmbar. Der Blick durch die Windschutzscheibe ist also nahezu ungestört möglich. Eine Integration an anderen Verbauorten, wie zum Beispiel dem Stoßfänger oder der Dachkante, ist ebenfalls möglich.
Ferner können die Antennenelemente, die beispielsweise in Patch-Konfiguration ausgeführt werden können, auch durch eine angelegte Spannung, insbesondere analog wie beim LCD-Display, angesteuert werden. Angesteuerte Elemente sind aktive Antennenelemente, die nicht angesteuerten Elemente treten bei der Antenne quasi nicht in Erscheinung. Somit bildet sich die Möglichkeit einer Aktivierung/Deaktivierung einzelner Antennenelemente beispielsweise während der Radarmessung. Das bedeutet, dass die Antennenrichtdiagramme einstellbar sind. Verschiedene Richtdiagramme können nahezu verzögerungsfrei angesteuert werden. Dies ist für die Wahrnehmung der Umgebung des Kraftfahrzeugs von enormer Bedeutung.
Zudem bietet diese Art von Antennenelemente die Möglichkeit der Selbstkalibrierung während des Betriebs. Eventuelle Verzerrungen der Antennenelemente, die sich beispielsweise durch thermische Effekte ergeben können, führen zu einer Verzerrung der wahrgenommenen Szene. Diese Verzerrungen können kompensiert werden. Mithilfe der differenziert ansteuerbaren Antennenelemente können die exakten Positionen der Antennenelemente bestimmt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind zumindest das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement separat voneinander aktivierbar. Beispielsweise kann dies durch die unterschiedliche Ansteuerung der entsprechenden EPIC-Chips, also der elektronisch-photonischen Chips, realisiert werden. Insbesondere können auch unterschiedliche Steuersignale sowohl für das erste Antennenelement als auch für das zweite Antennenelement erzeugt werden. Somit kann die Antennenvorrichtung das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement separat voneinander ansteuern, wodurch beispielsweise unterschiedliche Richtdiagramme erzeugt werden können.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Antennenvorrichtung eine Vielzahl von weiteren Antennenelementen aufweist, wobei die Vielzahl von weiteren Antennenelementen in Abhängigkeit von dem Steuersignal aktivierbar ist. Insbesondere können beispielsweise die Antennenelemente im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sein. Beispielsweise kann die Antennenvorrichtung drei Antennenelemente, vier Antennenelemente, fünf Antennenelemente, sechs Antennenelemente oder mehr als sechs Antennenelemente aufweisen. Die jeweiligen Antennenelemente sind dann insbesondere separat voneinander aktivierbar beziehungsweise deaktivierbar. Somit kann ein vorgegebenes Richtdiagramm erzeugt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform sind zumindest das erste Antennenelement und/oder das zweite Antennenelement im Wesentlichen transparent. Durch die transparente Ausgestaltungsform der Antennenelemente ist es insbesondere ermöglicht, dass beispielsweise die Antennenvorrichtung auch in entsprechenden Scheiben des Kraftfahrzeugs untergebracht werden kann, ohne dabei das Sichtfeld für das menschliche Auge im Wesentlichen zu beeinträchtigen. Insbesondere sind die Antennenelemente zumindest für das menschliche Auge im Wesentlichen transparent ausgebildet. Durch die Flüssigkeitskristalltechnologie ist die transparente Ausgestaltungsform möglich.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Antennenvorrichtung zumindest bereichsweise in einer Scheibe des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Insbesondere die Scheibe bietet eine große Fläche, um eine entsprechende Antennenvorrichtung mit einer Vielzahl von Antennenelementen bereitzustellen. Somit kann eine großflächige Umgebungserfassung realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Antennenvorrichtung zumindest bereichsweise in einer Windschutzscheibe und/oder einer Heckscheibe und/oder einer Seitenscheibe und/oder in einer Dachscheibe ausgebildet. Dadurch ist es ermöglicht, dass unterschiedliche Scheiben des Kraftfahrzeugs verwendet werden können, um die Antennenvorrichtung unterzubringen. Insbesondere durch die im Wesentlichen transparente Ausgestaltungsform kann ein Insasse des Kraftfahrzeugs dennoch durch die entsprechenden Scheiben blicken und die Umgebung wahrnehmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Antennenvorrichtung als Teil einer Radarvorrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder als Teil einer Kommunikationsvorrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Insbesondere kann beispielsweise auf Basis von unterschiedlichen Steuersignalen die Antennenvorrichtung sowohl als Radarvorrichtung als auch als Kommunikationsvorrichtung ausgebildet sein. Beispielsweise kann auf Basis der Kommunikationsvorrichtung eine Kommunikation mit beispielsweise einem Satelliten realisiert werden. Auf Basis der Radarvorrichtung kann insbesondere eine Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden und beispielsweise die Auswertung für einen zumindest teilweise automatisierten Betrieb des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit von einer Aktivierung zumindest des ersten Antennenelements und/oder des zweiten Antennenelements eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik und/oder Empfangscharakteristik eingestellt ist.
Insbesondere kann auf Basis der unterschiedlichen aktivierbaren Antennenelemente eine entsprechende Abstrahlcharakteristik realisiert werden. Beispielsweise kann lediglich das erste Antennenelement zum Senden ausgebildet sein, während das zweite Antennenelement deaktiviert ist. Dadurch wird nur über das erste Antennenelement die elektromagnetische Strahlung ausgesendet. Somit kann ein gerichtetes Aussenden der elektromagnetischen Strahlung realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform sind in Abhängigkeit von dem Steuersignal und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Ausrichtung von Flüssigkristallen in dem zumindest ersten Antennenelement und/oder zweiten Antennenelement eine Abstrahlrichtung zum Senden und/oder eine Empfangsrichtung zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung eingestellt. Insbesondere kann somit ein Beam-Forming realisiert werden. Insbesondere durch die Ausrichtung der Flüssigkeitskristalle kann somit die Abstrahlcharakteristik beeinflusst werden. Sollte beispielsweise die Antennenvorrichtung auf einer geneigten Ebene, beispielsweise einer geneigten Windschutzscheibe, ausgebildet sein, so kann durch die Ausrichtung von Flüssigkeitskristallen innerhalb der Antennenvorrichtung auch bei der geneigten Ebene dennoch eine im Wesentlichen zur Boden parallele Ausstrahlung realisiert werden, da die Flüssigkeitskristalle entsprechend ausgerichtet sind und die Ausstrahlung beziehungsweise das Empfangen lediglich in der vorgegebenen Richtung ermöglicht ist. Somit ist die Antennenvorrichtung auch in beispielsweise schiefen Ebenen einsetzbar, wodurch eine hochflexible Antennenvorrichtung zum Einbau im Kraftfahrzeug bereitgestellt werden kann.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit von einem Verbauort des zumindest ersten Antennenelements und/oder des zweiten Antennenelements die Abstrahlrichtung und/oder Empfangsrichtung vorgegeben ist. Insbesondere ist die Abstrahlrichtung und/oder Empfangsrichtung abhängig von einer Ausrichtung des ersten Antennenelements und/oder des zweiten Antennenelements gegenüber einem Boden, auf welchem sich das Kraftfahrzeug befindet.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit von dem Einsatzzweck der Antennenvorrichtung die Abstrahlrichtung oder Empfangsrichtung vorgegeben ist. Sollte beispielsweise die Antennenvorrichtung für eine Kommunikationsvorrichtung ausgebildet sein, so kann die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung im Wesentlichen parallel zu einer Fahrzeughochachse erfolgen. Sollte beispielsweise der Einsatzzweck der Antennenvorrichtung für eine Radarsensorvorrichtung ausgebildet sein, so kann eine Abstrahlrichtung beziehungsweise eine Empfangsrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kommunikationsvorrichtung mit zumindest einer Antennenvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt.
Ferner betrifft die Erfindung eine Radarvorrichtung mit zumindest einer Antennenvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Assistenzsystem mit zumindest einer Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 12 und/oder mit einer Radarvorrichtung nach Anspruch 13. Insbesondere kann das Assistenzsystem sowohl die Kommunikationsvorrichtung als auch die Radarvorrichtung aufweisen, wobei mittels der Kommunikationsvorrichtung elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge in die Umgebung ausgesendet/empfangen wird und mittels der Radarvorrichtung elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge, welche unterschiedlich zur ersten Wellenlängen ist, in die Umgebung ausgesendet/empfangen wird. Das Assistenzsystem kann dann beispielsweise sowohl zum Kommunizieren als auch zum Erfassen der Umgebung ausgebildet sein. Insbesondere kann das Assistenzsystem beispielsweise für ein zumindest teilweise automatisiert betriebenes Kraftfahrzeug beziehungsweise für ein vollautomatisiert betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antennenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, mit zumindest einem ersten Antennenelement, mittels welchem auf Basis einer Flüssigkristalltechnologie elektromagnetische Strahlung ausgesendet und/oder empfangen wird, und mit einer elektronischen Recheneinrichtung, mittels welcher ein Steuersignal für das zumindest erste Antennenelement erzeugt wird.
Es ist dabei vorgesehen, dass die Antennenvorrichtung zumindest ein zweites Antennenelement aufweist, mittels welchem auf Basis der Flüssigkristalltechnologie elektromagnetische Strahlung ausgesendet und/oder empfangen wird, wobei in Abhängigkeit von dem Steuersignal das erste Antennenelement und/oder das zweite Antennenelement zum Aussenden und/oder Empfangen aktiviert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Antennenvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Kommunikationsvorrichtung, der Radarvorrichtung, des Assistenzsystems sowie des Verfahrens anzusehen. Insbesondere weisen die Antennenvorrichtung, die Kommunikationsvorrichtung, die Radarvorrichtung sowie das Assistenzsystem gegenständliche Merkmale auf, welche zur Durchführung eines Verfahrens notwendig sind.
Die elektronische Recheneinrichtung kann beispielsweise Prozessoren sowie Schaltkreise, insbesondere integrierte Schaltkreise, aufweisen, um ein entsprechendes Verfahren durchführen zu können.
Bei dem Verfahren handelt es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren. Daher betrifft ein weiterer Aspekt ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt durchzuführen. Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft daher auch ein computerlesbares Speichermedium mit dem Computerprogrammprodukt.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Frontansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines Assistenzsystems mit einer Ausführungsform einer Radarvorrichtung und/oder einer Ausführungsform einer Kommunikationsvorrichtung mit einer Ausführungsform einer Antennenvorrichtung;
2 ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements;
3 ein weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements;
4 ein weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements;
5 ein nochmals weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements,
6 ein nochmals weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements;
7 ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Antennenvorrichtung;
8 ein weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Antennenvorrichtung; und
9 eine schematische Seitenansicht gemäß einer Ausführungsform der Antennenvorrichtung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Frontansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Ausführungsform eines Assistenzsystems 2. Das Assistenzsystem 2 kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Radarvorrichtung 3 sowie alternativ oder ergänzend eine Kommunikationsvorrichtung 4 aufweisen. Die Radarvorrichtung 3 sowie die Kommunikationsvorrichtung 4 wiederum weisen jeweils eine Antennenvorrichtung 5 auf.
Die Antennenvorrichtung 5 weist zumindest ein erstes Antennenelement 6 sowie zumindest ein zweites Antennenelement 7 auf. Vorliegend sind sowohl für die Radarvorrichtung 3 als auch für die Kommunikationsvorrichtung 4 weitere Antennenelemente 8 gezeigt.
Die Antennenvorrichtung 5 weist zumindest ferner eine elektronische Recheneinrichtung 9 auf.
Die Antennenvorrichtung 5 ist insbesondere zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung 10 (2) ausgebildet.
Insbesondere ist gezeigt, dass die Antennenvorrichtung 5 zumindest bereichsweise in einer Scheibe des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet ist. Die Antennenvorrichtung 5 ist vorliegend insbesondere als eine Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann die Antennenvorrichtung 5 auch in einer Heckscheibe und/oder in einer Seitenscheibe und/oder in einer Dachscheibe des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet sein.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements 6, 7, 8. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass mittels der Antennenvorrichtung 5 beziehungsweise mittels der Antennenelemente 6, 7, 8 elektromagnetische Strahlung 10 ausgesendet werden kann oder, wie in 3 dargestellt, elektromagnetische Strahlung 10 empfangen werden kann. Das Antennenelement 6, 7, 8 ist insbesondere auf Basis einer Flüssigkeitskristalltechnologie 11 zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung 10 ausgebildet.
Die 2 zeigt somit insbesondere den Aufbau eines Antennenelements 6, 7, 8 auf Basis der Flüssigkeitskristalltechnologie 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der 2 ist insbesondere ein Antennenelement 6, 7, 8 zum Aussenden der elektromagnetischen Strahlung 10 gezeigt. Insbesondere ist somit eine Hochfrequenzantenne 16 im Millimeterspektralbereich gezeigt, welche auf ein Substrat 12 aufgebracht ist und die elektromagnetische Strahlung 10 im Millimeter-Wellenbereich emittiert. Die emittierte Strahlung kann beispielsweise p-polarisiert sein und transmittiert durch einen ersten Polarisator 13 und durch die anschließende Schicht mit der Flüssigkristalltechnologie 11. Liegt zwischen den unteren und den oberen Elektroden 14a, 14b keine Spannung an, wird durch die Ausrichtung der Moleküle der Flüssigkeitskristalle keine Polarisationsdrehung induziert, sodass die Strahlung durch den anschließenden zweiten Polarisator 15 transmittiert und in eine Umgebung 16 abgestrahlt wird. Dies ist insbesondere in der linken Seite der 2 gezeigt. In der rechten Seite der 2 ist gezeigt, dass zwischen den Elektroden 12 eine Spannung anliegt. Durch das elektrische Feld der Elektrodenspannung werden die Flüssigkeitskristalle ausgerichtet und die einfallende p-polarisierte Strahlung erfährt durch die entsprechende Flüssigkeitskristallschicht eine Polarisationsdrehung/- filterung, sodass die von dem Antennenelement 6, 7, 8 emittierte Strahlung durch den zweiten Polarisator 15 absorbiert wird.
Insbesondere ist somit auf der linken Seite der 2 ein aktiviertes Antennenelement 6, 7, 8 gezeigt und auf der rechten Seite der 2 ist ein deaktiviertes Antennenelement 6, 7, 8 gezeigt. Insbesondere ist somit die Hochfrequenzantenne 16 im Millimeter-Spektralbereich auf das Substrat 12 aufgebracht und emittiert Strahlung im Millimeter-Wellenbereich. Die emittierte Strahlung kann beispielsweise p-polarisiert sein und emittiert werden, was auf der linken Seite dargestellt ist. Auf der rechten Seite wird die elektromagnetische Strahlung 10 gefiltert.
3 zeigt ein weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Antennenelemente 6, 7, 8, wie sie bereits in der 2 gezeigt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere das Empfangen von elektromagnetischer Strahlung 10 gezeigt. Auf der linken Seite der 3 befindet sich das Antennenelement 6, 7, 8 in Empfangsbereitschaft, ist also aktiviert, und auf der rechten Seite befindet sich das Antennenelement 6, 7, 8 im deaktivierten Zustand, wodurch keine elektromagnetische Strahlung 10 empfangen wird. In Analogie zur 2 wird durch das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 14a, 14b in der einfallenden p-polarisierten Strahlung eine Polarisationsdrehung indiziert, sodass diese durch den Polarisator, gemäß der rechten Ausbildung, also den ersten Polarisator 13, absorbiert wird und nicht die Hochfrequenzantenne 16 erreicht. Durch zeitliche Schaltung der Spannung können unterschiedliche Polarisationsdrehungen induziert werden, sodass die Polarisation der einfallenden Welle bestimmt werden kann.
4 zeigt ein weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements 6, 7, 8. Insbesondere zeigt die 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel. Durch den Einsatz unterschiedlicher Potentiale der Elektroden 14a, 14b im unteren Substrat 12 kann die obere Elektrode 14a, 14b entfallen. Insbesondere durch das Anliegen einer Spannung zwischen der Elektrode 14a und 14b werden die Flüssigkeitskristallmoleküle ausgerichtet und eine Polarisationsdrehung/-filterung induziert, welche die Sende- und Empfangskanäle ein- und ausschaltet. Insbesondere ist vorliegend auf der linken Seite ein aktives Empfangselement gezeigt und auf der rechten Seite ist ein aktives Sendeelement gezeigt.
5 zeigt ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel in einem Blockschaltbild des Antennenelements 6, 7, 8. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insbesondere mehrere orthogonale zueinander ausgerichtete Schichten von Flüssigkeitskristallen zur polarisationssensitiven Detektion dargestellt. Die Verwendung mehrerer Schichten ermöglicht eine Steigerung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei gleichzeitiger Konstruktion der Polarisationsverhältnisse.
Insbesondere ist somit ein Mehrschicht-LC-Design zur polarisationssensitiven Detektion gezeigt. Zwei orthogonal zueinander ausgerichtete LC-Schichten 17, 18 erlauben durch voneinander unabhängige Beschaltung die einfallende unpolarisierte Strahlung in die Spektralkomponenten zu zerlegen. Der s-polarisierte Anteil der einfallenden Strahlung erfährt nach Durchdringung der ersten LC-Schicht 17 eine Polarisationsdrehung/-filterung, während der p-polarisierte Anteil unverändert bleibt. Somit transmittiert die elektromagnetische Welle durch die zweite LC-Schicht 18 und wird von der Hochfrequenzantenne 16 detektiert. Durch geeignete Schaltung beider Schichten kann auf das Polarisationsverhältnis der unpolarisierten Welle zurückgeschlossen werden. Eine solche Anordnung ermöglicht es, unpolarisierte Strahlung ohne Sensitivitätsverlust zu detektieren.
6 zeigt ein weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines Antennenelements 6, 7, 8. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass durch die Verwendung einer polarisationssensitiven Antenne der zweite Polarisator 15 entfallen kann. Insbesondere kann durch die intrinsische Polarisationssensitivität der Hochfrequenzantenne 16 die zweite Polarisationsschicht eingespart werden.
7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Antennenvorrichtung 5. Insbesondere ist gezeigt, dass eine Vielzahl von Antennenelementen 6, 7, 8 insbesondere nebeneinander ausgebildet sein können. Insbesondere zeigt somit die 7, dass die Antennenelemente 6, 7, 8 in eindimensionaler Richtung, zweidimensionaler Richtung oder auch dreidimensionaler Richtung zur Formung des gesamten Arrays, also zur Formung der Antennenvorrichtung 5 ausgebildet sein können. Die Antennenelemente 6, 7, 8 können dann beispielsweise mit einem sogenannten EPIC-Chip 19 sowohl für das Senden als auch für das Empfangen angesteuert werden. Die Datenübertragung erfolgt insbesondere mittels optischer Faser 20 zwischen dem EPIC-Chip 19 und der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 9. In der 7 ist insbesondere gezeigt, dass die Antennenvorrichtung 5 zum Aussenden von elektromagnetischen Strahlen 10 ausgebildet ist. Insbesondere sind die Antennenelemente 6, 7, 8, insbesondere die Vielzahl von Antennenelementen 6, 7, 8, mit einem entsprechenden Ausgang des EPIK-Chips 19 verbunden. Unterschiedliche Subgruppen der Antennenelemente 6, 7, 8 werden mit unterschiedlichen Ausgängen des EPIC-Chips 19 verbunden. Durch Schaltung der Ausgänge des EPIC-Chips 19 können unterschiedliche Subgruppen ein- und ausgeschaltet werden und somit das Antennendiagramm beziehungsweise eine Abstrahlcharakteristik 21 (8) verändert werden. Somit kann zwischen Long-Range, Mid-Range und Short-Range Kombination der Antennenvorrichtung 5 umgeschaltet werden.
Somit kann insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest das erste Antennenelement 6 und das zweite Antennenelement 7 separat voneinander aktivierbar sind.
Gemäß der 7 werden insbesondere die Steuersignale sowie die gesamte Signalverarbeitung und -auswertung durch die elektronische Recheneinrichtung 9 durchgeführt. Jedes Sende- und/oder Empfangsmodul, also insbesondere die Antennenelemente 6, 7, 8, können dabei mit einem elektrisch-photonisch kointegrierten Chip, dem sogenannten EPIC-Chip 19, ausgebildet sein. Für die Kointegration wird beispielsweise eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet. Dies ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip, was auch als elektronisch-photonische Kointegration bezeichnet wird. Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von Gigahertz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im Terrahertz-Frequenzbereich. Die elektronische Recheneinrichtung 9 erzeugt dabei eine optische Trägerfrequenz. Auf dieser wird das zu übertragende Signal mit beispielsweise einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und per optischer Faser 20 an den EPIC-Chip 19 gesendet. Auf diesem findet eine Frequenzverachtfachung statt, sodass die Strahlung von dem EPIC-Chip 19 in ihrer ursprünglichen Gestalt emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht entsprechend auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der elektronischen Recheneinrichtung 9 prozessiert.
Durch die großflächige Verteilung der EPIC-Chips 19 auf der Fahrzeugoberfläche und der kohärenten Signalprozession der einzelnen Antennenelemente 6, 7, 8 kann das Auflösungsvermögen in dem Bereich von 0,1 Grad verfeinert werden.
8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Antennenvorrichtung 5. Insbesondere sind drei unterschiedliche Antennenvorrichtungen 5 gezeigt beziehungsweise sind die Antennenvorrichtungen 5 in unterschiedlichen Situationen gezeigt. Es ist ferner eine Vielzahl von Antennenelementen 6, 7, 8 gezeigt. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass die entsprechenden Antennenelemente 6, 7, 8 separat voneinander aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden können. Insbesondere ist dadurch ermöglicht, dass in Abhängigkeit von der Aktivierung zumindest des ersten Antennenelements 6 und/oder des zweiten Antennenelements 7 eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik 21 und/oder Empfangscharakteristik eingestellt wird.
9 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht gemäß einer Ausführungsform der Antennenvorrichtung 5. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass die Antennenvorrichtung 5 bezüglich einer Längsachse x des Kraftfahrzeugs 1 und einer Hochachse z, welche insbesondere einer Hochachse des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, verkippt dargestellt ist. Als Beispiel kann vorgesehen sein, dass die Antennenvorrichtung 5 innerhalb einer A-Säule des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet ist. Vorliegend ist insbesondere gezeigt, dass in Abhängigkeit von dem Steuersignal und in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Ausrichtung von Flüssigkeitskristallen im zumindest ersten Antennenelement 6 und/oder zweiten Antennenelement 7 eine Abstrahlrichtung R zum Senden und/oder zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung 10 eingestellt sind. Insbesondere kann in Abhängigkeit vom Verbauort des zumindest ersten Antennenelements 6 und/oder des zweiten Antennenelements 7 die Abstrahlrichtung R und/oder Empfangsrichtung vorgegeben sein. Ferner kann auch in Abhängigkeit von einem Einsatzzweck der Antennenvorrichtung 2 die Abstrahlrichtung R und/oder Empfangsrichtung vorgegeben werden.
Im folgenden Beispiel kann beispielsweise die Antennenvorrichtung 5 als Radarvorrichtung 3 ausgebildet sein. Insbesondere erfolgt somit das Aussenden der elektromagnetischen Strahlung 10 im Wesentlichen parallel zur x-Achse. Beispielsweise sollte die Antennenvorrichtung 5 als Kommunikationsvorrichtung 4 zur Kommunikation mit einem Kommunikationssatelliten ausgebildet sein, so kann die Abstrahlrichtung R im Wesentlichen parallel zur z-Achse erfolgen.
Die in den 1 bis 9 dargestellte Antennenvorrichtung 5 hat insbesondere den Vorteil, dass eine einfache Rekalibrierung der Antennenvorrichtung 5 durch Verschiebung der Antennenelemente 6, 7, 8 auf Basis der Flüssigkeitskristalltechnologie 11 erfolgen kann. Ferner kann ein beliebiges Zusammenschalten der einzelnen Antennenelemente 6, 7, 8 erfolgen. Es kann dadurch die Verringerung der Mehrdeutigkeiten in Abhängigkeit vom Field of View realisiert werden. Ferner kann es zu einer Reduzierung der notwendigen Spannung zur Schaltung der Antennenvorrichtung 5 kommen. Es ist ferner eine frei konfigurierbare Antennenanordnung, das heißt das Umschalten zwischen verschiedenen Konfigurationen, beispielsweise Long-Range, Mid-Range oder Short-Range, an einer einzelnen Antennenvorrichtung 5 ermöglicht. Ferner ist eine Rekonfiguration der Antennenvorrichtung 5 nach Ausfall einzelner Antennenelemente 6, 7, 8 gegeben, sodass die Antennenvorrichtung 5 nicht getauscht werden muss. Es handelt sich ferner um eine kostengünstige Fertigungsmöglichkeit großflächiger Antennenvorrichtungen 5 und eine Verfeinerung des Auflösungsvermögens der Antennenvorrichtung 5. Es kann ferner eine polarisationssensitive Detektion realisiert werden sowie eine serientaugliche Fertigung, da die Flüssigkeitskristalltechnologie 11 bereits im Stand der Technik hinreichend bekannt ist. Ferner ist insbesondere eine Einsparung von Bauraum realisierbar sowie der verdeckte Verbau, da insbesondere die zumindest im Wesentlichen transparente Ausgestaltungsform der Antennenelemente 6, 7, 8 ermöglicht ist.
Ferner kann das Verfahren/Antennenvorrichtung 5 auch auf Lidar-, Kamera- sowie auf weiterer Einsatzmöglichkeiten angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Assistenzsystem
3: Radarvorrichtung
4: Kommunikationsvorrichtung
5: Antennenvorrichtung
6: erstes Antennenelement
7: zweites Antennenelement
8: weiteres Antennenelement
9: elektronische Recheneinrichtung
10: elektromagnetische Strahlung
11: Flüssigkeitskristalltechnologie
12: Substrat
13: erster Polarisator
14a: Elektrode
14b: Elektrode
15: zweiter Polarisator
16: Hochfrequenzantenne
17: erste LC-Schicht
18: zweite LC-Schicht
19: EPIC-Chip
20: optische Faser
21: Abstrahlcharakteristik
R: Abstrahlrichtung
x: Längsachse
z: Hochachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009051620 A1 [0003]
WO 2018/105170 A1 [0004]
US 2002152606 A1 [0005]

Claims

Antennenvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1) zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung (10), mit zumindest einem ersten Antennenelement (6), welches auf Basis einer Flüssigkristalltechnologie (11) zum Aussenden und/oder Empfangen von der elektromagnetischen Strahlung (10) ausgebildet ist, und mit einer elektronischen Recheneinrichtung (9), welche zum Erzeugen eines Steuersignals für das zumindest erste Antennenelement (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung (5) zumindest ein zweites Antennenelement (7) aufweist, welches auf Basis der Flüssigkristalltechnologie (11) zum Aussenden und/oder Empfangen von der elektromagnetischen Strahlung (10) ausgebildet ist, wobei in Abhängigkeit von dem Steuersignal das erste Antennenelement (6) und/oder das zweite Antennenelement (7) zum Aussenden und/oder Empfangen aktiviert sind.
Antennenvorrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Antennenelement (6) und das zweite Antennenelement (7) separat voneinander aktivierbar sind.
Antennenvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung (5) eine Vielzahl von weiteren Antennenelementen (8) aufweist, wobei die Vielzahl von weiteren Antennenelementen (8) in Abhängigkeit von dem Steuersignal aktivierbar sind.
Antennenvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Antennenelement (6) und/oder das zweite Antennenelement (7) im Wesentlichen transparent sind.
Antennenvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung (5) zumindest bereichsweise in einer Scheibe des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildet ist.
Antennenvorrichtung (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung (5) zumindest bereichsweise in einer Windschutzscheibe und/oder in einer Heckscheibe und/oder in einer Seitenscheibe und/oder in einer Dachscheibe ausgebildet ist.
Antennenvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung (5) als Teil einer Radarvorrichtung (3) des Kraftfahrzeugs (1) und/oder als Teil einer Kommunikationsvorrichtung (4) des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildet ist.
Antennenvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer Aktivierung zumindest des ersten Antennenelements (6) und/oder des zweiten Antennenelements (7) eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik (21) und/oder Empfangscharakteristik eingestellt ist.
Antennenvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Steuersignal und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebene Ausrichtung von Flüssigkeitskristallen in dem zumindest ersten Antennenelement (6) und/oder zweiten Antennenelement (7) eine Abstrahlrichtung (R) zum Senden und/oder eine Empfangsrichtung zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung (10) eingestellt sind.
Antennenvorrichtung (5) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Verbauort des zumindest ersten Antennenelements (6) und/oder des zweiten Antennenelements (7) die Abstrahlrichtung (R) und/oder Empfangsrichtung vorgegeben ist.
Antennenvorrichtung (5) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Einsatzzweck der Antennenvorrichtung (2) die Abstrahlrichtung (R) und/oder Empfangsrichtung vorgegeben ist.
Kommunikationsvorrichtung (4) mit zumindest einer Antennenvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Radarvorrichtung (3) mit zumindest einer Antennenvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Assistenzsystem (2) mit zumindest einer Kommunikationsvorrichtung (4) nach Anspruch 12 und/oder mit einer Radarvorrichtung (3) nach Anspruch 13.
Verfahren zum Betreiben einer Antennenvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1) zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung (10), mit zumindest einem ersten Antennenelement (6), mittels welchem auf Basis einer Flüssigkristalltechnologie (11) elektromagnetische Strahlung (10) ausgesendet und/oder empfangen wird, und mit einer elektronischen Recheneinrichtung (9), mittels welcher ein Steuersignal für das zumindest erste Antennenelement (6) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung (5) zumindest ein zweites Antennenelement (7) aufweist, mittels welchem auf Basis der Flüssigkristalltechnologie (11) elektromagnetische Strahlung (10) ausgesendet und/oder empfangen wird, wobei in Abhängigkeit von dem Steuersignal das erste Antennenelement (6) und/oder das zweite Antennenelement (7) zum Aussenden und/oder Empfangen aktiviert werden.