DE102022131456A1

DE102022131456A1 - Antennenanordnung für ein Radarsystem, Radarsystem, Fahrerassistenzsystem, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems

Info

Publication number: DE102022131456A1
Application number: DE102022131456.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Sturm; Leen Sit; Hamid Afrasiabi Vayghan; Miquel Testar Quer; Kevin Krupinski
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2024-05-29
Also published as: WO2024115347A1

Abstract

Es werden eine Antennenanordnung (30) für ein Radarsystem, insbesondere für ein Radarsystem für ein Fahrzeug, ein Radarsystem, ein Fahrerassistenzsystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems beschrieben. Die Antennenanordnung (30) weist vier Typ1-Antennenelemente (Tx) eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente (Rx) eines zweiten Antennenelementtyps. Einer der Antennenelementtypen sind Sende-Antennenelemente (Tx) und der andere der Antennenelementtypen sind Empfangs-Antennenelemente (Rx). Die Typ1-Antennenelemente (Tx) sind in einer Ebene an den Ecken eines gedachten ebenen Rechtecks (46) angeordnet, wobei sich zwei der Seiten des Rechtecks (46) parallel zu einer gedachten ersten Anordnungsachse (48) erstrecken und Typ1-Antennenelement-Hauptachsen (50) bilden und sich die zwei anderen Seiten des Rechtecks (46) parallel zu einer gedachten zweiten Anordnungsachse (52), welche senkrecht zur ersten Anordnungsachse (48) verläuft, erstrecken und Typ1-Antennenelement-Querachsen (54) bilden. Wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente (Rx) sind auf unterschiedlichen gedachten Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) angeordnet, welche sich parallel beabstandet zueinander und parallel zu einer der Anordnungsachsen (48) erstrecken.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Radarsystem, insbesondere für ein Radarsystem für ein Fahrzeug, welche vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Radarsystem mit wenigstens einer Antennenanordnung, welche vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit wenigstens einem Radarsystem und mit wenigstens einer Antennenanordnung für das wenigstens eine Radarsystem, wobei die wenigstens eine Antennenanordnung vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente sind.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem Radarsystem und mit wenigstens einer Antennenanordnung für das wenigstens eine Radarsystem, wobei die wenigstens eine Antennenanordnung vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente sind.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, insbesondere eines Radarsystems für ein Fahrzeug, mit wenigstens einer Antennenanordnung, welche vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei bei dem Verfahren mit den Antennenelementen eines der Antennenelementtypen Radarsignale gesendet und mit den Antennenelementen des anderen Antennenelementtyps Echosignale, welche von den gesendeten Radarsignalen stammen, empfangen werden.
Stand der Technik
Aus der US 2021/0184367 A1 ist ein Radargerät mit einer Anordnung von Sendeantennen und Empfangsantennen bekannt. Die Anzahl der Sendeantennen ist 4 und die Anzahl der Empfangsantennen ist 4. Die Sendeantennen Tx #1 und Tx #2 bilden eine erste Antennengruppe von Sendeantennen, die in vertikaler Position identisch und in horizontaler Position unterschiedlich sind. Die Sendeantennen Tx #3 und Tx #4 bilden eine zweite Antennengruppe, die in einer Position angeordnet ist, die sich sowohl von der horizontalen als auch von der vertikalen Position, in der sich die erste Antennengruppe befindet, unterscheidet. Die Empfangsantennen Rx #1 bis Rx #3 bilden eine dritte Antennengruppe von Empfangsantennen, die in der vertikalen Position identisch und in der horizontalen Position unterschiedlich sind. Die Empfangsantenne Rx #4 ist eine vierte Antenne, die in einer Position angeordnet ist, die sich sowohl von der horizontalen als auch von der vertikalen Position, in der die dritte Antennengruppe angeordnet ist, unterscheidet. Außerdem ist die vertikale Position der vierten Antenne (Rx #4) eine Position, die von der vertikalen Position der dritten Antennengruppe (Rx #1 bis Rx #3) beabstandet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung, ein Radarsystem, ein Fahrerassistenzsystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen bei Richtungsmessungen mit dem Radarsystem die Auflösung der Richtung in zwei Dimensionen, insbesondere in Azimut und Elevation, vergrö-ßert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der Antennenanordnung dadurch gelöst, dass die Typ1-Antennenelemente in einer Ebene an den Ecken eines gedachten ebenen Rechtecks angeordnet sind, wobei sich zwei der Seiten des Rechtecks parallel zu einer gedachten ersten Anordnungsachse erstrecken und Typ1-Antennenelement-Hauptachsen bilden und sich die zwei anderen Seiten des Rechtecks parallel zu einer gedachten zweiten Anordnungsachse, welche senkrecht zur ersten Anordnungsachse verläuft, erstrecken und Typ1-Antennenelement-Querachsen bilden,
und wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente auf unterschiedlichen gedachten Typ2-Antennenelement-Hauptachsen angeordnet sind, welche sich parallel beabstandet zueinander und parallel zu einer der Anordnungsachsen erstrecken.
Die Antennenanordnung ist vorgesehen für ein Radarsystem. Mit der Antennenanordnung können Radarsignale gesendet und empfangen werden. Die empfangenen Radarsignale können in entsprechende Empfangssignale, insbesondere elektrische Empfangssignal, umgewandelt werden, welche mit entsprechenden Mitteln, insbesondere einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, weiterverarbeitet werden können.
Erfindungsgemäß sind die vier Typ1-Antennenelemente des ersten Antennenelementtyps an den vier Ecken eines Rechtecks angeordnet. Die Seiten des Rechtecks erstrecken sich parallel zu zwei zueinander senkrecht verlaufenden Anordnungsachsen. Die wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente sind auf Typ2-Antennenelement-Hauptachsen angeordnet, welche sich parallel zu einer der Anordnungsachsen erstrecken.
Durch die rechteckige Anordnung der Typ1-Antennenelemente kann beim Betreiben des Radarsystems nach einem MIMO-Verfahren ein virtuelles Antennenarray mit einer im Vergleich zu der Antennenanordnung vergrößerten Apertur in zwei Dimensionen, insbesondere in Azimut und Elevation, realisiert werden. So können in beiden Dimensionen höhere Auflösungen bei Richtungsmessungen erzielt werden. So kann insgesamt die Genauigkeit bei der Ermittlung von Richtungen, in denen sich erfasste Objekte befinden, verbessert werden.
Die Richtungsauflösung, insbesondere die Winkelauflösung, des Radarsystems hängt direkt von der Größe der Apertur des virtuellen Antennenarrays ab. So kann insgesamt mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Antennenelementen in beiden Dimensionen, insbesondere in Azimut und Elevation, eine größere Apertur realisiert werden.
Ein Rechteck im Sinne der Erfindung kann sowohl gleiche als auch unterschiedliche Seitenlängen aufweisen. Demnach kann das Rechteck auch quadratisch sein.
„Parallel“ im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die entsprechenden Achsen auch zusammenfallen können, also die Achsen parallel oder echt parallel sein können.
Die Bezeichnungen „erster“ und „zweite“ bei den Antennenelementtypen dienen lediglich der einfacheren Unterscheidung und bedeutet nicht, dass einer der Antennenelementtypen priorisiert wird. Entsprechend dienen die Zusätze „Typ 1“ und „Typ 2“ lediglich der einfacheren Unterscheidung der zwei Antennenelementtypen. Bei den Typ1-Antennenelementen kann es sich um Sende-Antennenelemente und bei den Typ2-Antennenelementen um Empfangs-Antennenelemente handeln oder umgekehrt.
Auch die Bezeichnungen „Hauptachsen“ und „Querachsen“ dienen lediglich der einfacheren Unterscheidung und bedeuten nicht, dass eine der Achsen, insbesondere die Hauptachse, gegenüber der anderen Achse, insbesondere der Querachse, priorisiert wird. Entsprechend dienen die Zusätze „Typ1“ und „Typ2“ auch hier lediglich der einfacheren Zuordnung der Achsen zu den entsprechenden Antennenelementtypen.
Das Radarsystem kann bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann das Radarsystem bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Luftfahrzeugen, insbesondere Drohnen, und/oder Wasserfahrzeugen verwendet werden. Das Radarsystem kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können.
Das Radarsystem kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs autonom oder teilautonom ausgeführt werden.
Das Radarsystem kann zur Erfassung von stehenden oder bewegten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, Personen, Tieren, Pflanzen, Hindernissen, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräumen, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten eingesetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente auf unterschiedlichen gedachten Typ2-Antennenelement-Querachsen angeordnet sein, welche sich parallel zueinander, beabstandet und senkrecht zu den Typ2-Antennenelement-Hauptachsen erstrecken. Auf diese Weise können die Typ2-Antennenelemente in zwei Dimensionen, nämlich in Richtung der Typ2-Antennenelement-Hauptachsen und in Richtung der Typ2-Antennenelement-Querachsen, jeweils beabstandet sein. Auf diese Weise können in dem virtuellen Antennenarray sogenannte Sparse-Arrays realisiert werden. Es entstehen also Lücken im virtuellen Antennenarray. Dadurch kann ein deutlich größeres virtuelles Antennenarray realisiert werden, welches in zwei Dimensionen, insbesondere in Azimut und Elevation, eine deutlich größere Apertur aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann
die Antennenanordnung wenigstens drei zueinander beabstandete Typ2-Antennenelement-Querachsen und wenigstens drei Typ2-Antennenelemente aufweisen, wobei alle Abstände zwischen den jeweils benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachsen unterschiedlich sind und wenigstens drei der Typ2-Antennenelemente auf unterschiedlichen Typ2-Antennenelement-Querachsen angeordnet sind,
und/oder
die Antennenanordnung wenigstens drei Typ2-Antennenelemente aufweisen, von denen eines der Typ2-Antennenelemente auf einer der Typ2-Antennenelement-Hauptachsen und alle anderen der Typ2-Antennenelemente auf der anderen Typ2-Antennenelement-Hauptachse angeordnet sind, insbesondere kann die Typ2-Antennenelement-Querachse mit dem Typ2-Antennenelement, welches alleine auf der Typ2-Antennenelement-Hauptachse angeordnet ist, nicht zwischen zwei anderen Typ2-Antennenelement-Querachsen liegen,
und/oder
die Antennenanordnung wenigstens vier Typ2-Antennenelemente aufweisen, von denen ein Typ2-Antennenelement auf einer der Typ2-Antennenelement-Hauptachsen und alle anderen Typ2-Antennenelemente auf der anderen Typ2-Antennenelement-Hauptachse angeordnet sind, und ein Abstand einer Typ2-Antennenelement-Querachse, auf der sich das Typ2-Antennenelement befindet, welches alleine auf der entsprechenden Typ2-Antennenelement-Hauptachse angeordnet ist, zu wenigstens einer benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachse kleiner sein als die anderen Abstände zwischen jeweils benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachsen
und/oder
die Antennenanordnung genau vier Typ2-Antennenelemente aufweisen. Auf diese Weise kann insgesamt die Apertur des virtuellen Antennenarrays in Richtung der Typ2-Antennenelement-Hauptachsen vergrößert werden.
Vorteilhafterweise können die Abstände zwischen jeweils benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachsen unterschiedlich sein. Auf diese Weise kann eine bessere Verteilung der virtuellen Antennenelemente in dem virtuellen Antennenarray erreicht werden.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich eines der Typ2-Antennenelemente auf einer der Typ2-Antennenelement-Hauptachsen und alle anderen der Typ2-Antennenelemente können auf der anderen Typ2-Antennenelement-Hauptachse angeordnet sein. Auf diese Weise kann in Kombination mit der rechteckigen Anordnung der Typ1-Antennenelemente eine größere Ausdehnung des virtuellen Antennenarrays erreicht werden.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich eine Typ2-Antennenelement-Querachse mit dem Typ2-Antennenelement, welches alleine auf der Typ2-Antennenelement-Hauptachse angeordnet ist, nicht zwischen zwei anderen Typ2-Antennenelement-Querachsen liegen. Auf diese Weise kann insgesamt eine L-förmige Anordnung der Typ2-Antennenelemente realisiert werden.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich ein Abstand einer Typ2-Antennenelement-Querachse, auf der das Typ2-Antennenelement, welches alleine auf der Typ2-Antennenelement-Hauptachse angeordnet ist, zu wenigstens einer benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachse kleiner sein als die anderen Abstände zwischen jeweils benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachsen. Auf diese Weise kann eine Lücke, welche durch den Versatz des einzelnen Antennenelements, bezogen auf die anderen Antennenelemente, entsteht, kleiner gehalten werden. So kann insgesamt eine gleichmäßigere Verteilung der virtuellen Antennenelemente erreicht werden.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich die Antennenanordnung genau vier Typ2-Antennenelemente aufweisen. Auf diese Weise können von beiden Antennenelementtypen jeweils genau vier Antennenelemente realisiert werden. So kann eine entsprechend große Anzahl von virtuellen Antennenelementen im virtuellen Antennenarray realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können
sich die Typ2-Antennenelement-Achsen, insbesondere die Typ2-Antennenelement-Hauptachsen und die Typ2-Antennenelement-Querachsen, in einer gemeinsamen gedachten Ebene erstrecken
und/oder
sich die Typ2-Antennenelement-Achsen, insbesondere die Typ2-Antennenelement-Hauptachsen und die Typ2-Antennenelement-Querachsen, parallel zu einer Ebene erstrecken, welche durch die Typ1-Antennenelement-Hauptachsen und die Typ1-Antennenelement-Querachsen aufgespannt wird,
und/oder
die Typ1-Antennenelemente und die Typ2-Antennenelemente auf einem gemeinsamen Träger, insbesondere einer gemeinsamen Trägerplatte, angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Antennenanordnung einfacher hergestellt, montiert und ausgerichtet werden.
Vorteilhafterweise können alle Typ2-Antennenelement-Achsen in einer gedachten Ebene verlaufen. Auf diese Weise kann die Antennenanordnung einfacher realisiert und ausgerichtet werden.
Vorteilhafterweise können sich alternativ oder zusätzlich die Typ2-Antennenelement-Achsen parallel zu einer Ebene erstrecken, welche durch die Typ1-Antennenelement-Achsen, insbesondere die Typ1-Antennenelement-Hauptachsen und die Typ2-Antennenelement-Hauptachsen, aufgespannt wird. Auf diese Weise kann die Ausrichtung der Typ1-Antennenelemente und die Anordnung der Typ2-Antennenelemente vereinfacht werden.
Vorteilhafterweise können alternativ oder zusätzlich die Typ1-Antennenelemente und Typ2-Antennenelemente auf einen gemeinsamen Träger angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Antennenanordnung noch einfacher hergestellt werden.
Vorteilhafterweise können die Typ1-Antennenelemente und die Typ2-Antennenelemente auf einer gemeinsamen Trägerplatte, insbesondere einer Leiterplatte, realisiert sein. Auf diese Weise können alle Antennenelemente einfach in einer Ebene realisiert werden. Bei der Verwendung einer Leiterplatte können insbesondere elektrische Verbindungen zu den Antennenelementen einfacher realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Phasenzentren wenigstens eines Teils der Antennenelemente, insbesondere die Phasenzentren aller Antennenelemente, auf den entsprechenden Antennenelement-Achsen, insbesondere den Antennenelement-Hauptachsen und/oder den Antennenelement-Querachsen, angeordnet sein. Auf diese Weise können die Positionen der Antennenelemente abhängig von genauer definiert werden.
Vorteilhafterweise können die Phasenzentrum wenigstens eines Teils der Antennenelemente auf Schnittpunkten von Antennenelement-Hauptachsen mit den Antennenelement-Querachsen liegen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein jeweiliger Abstand zwischen benachbarten Antennenelement-Achsen für denselben Antennenelementtyp, insbesondere ein jeweiliger Abstand zwischen benachbarten Antennenelement-Hauptachsen und/oder ein jeweiliger Abstand zwischen benachbarten Antennenelement-Querachsen für denselben Antennenelementtyp, ein ganzzahliges Vielfaches eines vorgegebenen Basisabstands sein, wobei der Basisabstand der halben Wellenlänge von mit dem Radarsystem gesendeten Radarsignalen entspricht. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Antennenanordnung realisiert werden. Durch die Vorgabe des Basisabstand als halbe Wellenlänge der Radarsignale können Mehrdeutigkeiten und Nebenkeulen (Sidelobes) verringert werden. Ferner können auf der Senderseite eindeutig gerichtete Radarsignale realisiert werden. Außerdem können eindeutige Winkelmessungen durchgeführt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann
eine Ausdehnung eines Sende-Antennenelementfeldes, welches aus den Antennenelementen des Typs Sende-Antennenelement besteht, in Richtung der ersten Anordnungsachse größer sein als eine Ausdehnung eines Empfangs-Antennenelementfeldes, welches aus den Antennenelementen des Typs Empfangs-Antennenelement besteht, in Richtung der ersten Anordnungsachse und eine Ausdehnung des Sende-Antennenelementfeldes in Richtung der zweiten Anordnungsachse größer sein als eine Ausdehnung des Empfangs-Antennenelementfeldes in Richtung der zweiten Anordnungsachse
und/oder
das Rechteck für die Typ1-Antennenelemente unterschiedliche Seitenlängen aufweisen, wobei die längeren Seiten parallel zu der Anordnungsachse verlaufen, zu der auch die Typ2-Antennenelement-Achsen, insbesondere Typ2-Antennenelement-Hauptachsen oder Typ2-Antennenelement-Querachsen, in deren Richtung ein Typ2-Antennenelementfeld, welches aus den Typ2-Antennenelementen besteht, die größte Ausdehnung aufweist, verlaufen.
Vorteilhafterweise kann die Ausdehnung des Sende-Antennenelementfeldes in Richtung beider Anordnungsachsen größer sein als die entsprechende Ausdehnung des Empfangs-Antennenelementfeldes. Auf diese Weise passt das Empfangs-Antennenelementfeld gewissermaßen in das Sende-Antennenelementfeld hinein.
Durch die Anordnung der Typ1-Antennenelemente an den Ecken eines gedachten Rechtecks mit unterschiedlichen Seitenlängen ergibt sich bei der geometrischen Faltung der Positionen der Antennenelemente der zwei Antennenelementtypen, nämlich der Sende-Antennenelemente und der Empfangs-Antennenelemente, ein größeres virtuelles Antennenarray in Richtung der längeren Seite des Rechtecks.
Dadurch, dass das Empfangs-Antennenelementfeld kleiner ist als das Sende-Antennenelementfeld, können Mehrdeutigkeiten und Nebenkeulen (Sidelobes) minimiert werden.
Vorteilhafterweise können das Antennenelementfeld mit den Typ1-Antennenelementen und das Antennenelementfeld mit den Typ2-Antennenelementen jeweils so ausgerichtet sein, dass ihre jeweils größere Ausdehnung in Richtung derselben Anordnungsachse verläuft. Auf diese Weise kann die Ausdehnung des daraus erzeugten virtuellen Arrays in Richtung dieser Anordnungsachse ebenfalls größer sein als in Richtung der anderen Anordnungsachse.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann
die Antennenanordnung für die Verwendung des Radarsystems nach einem MIMO-Verfahren ausgestaltet sein
und/oder
die Typ1-Antennenelemente können jeweils separat angesteuert und/oder
ausgelesen werden und die Typ2-Antennenelemente können jeweils separat angesteuert und/oder ausgelesen werden.
Vorteilhafterweise kann die Antennenanordnung für das Betreiben des Radarsystems nach einem MIMO-Verfahren ausgestaltet sein. Das Radarsystem kann als sogenanntes MIMO-Radarsystem realisiert sein. Bei einem MIMO-Verfahren (Multiple In-/Multiple Out-Verfahren) können mit allen Antennenelementen des Typs Sende-Antennenelemente unterschiedlich codierte Radarsignale ausgesendet werden. Auf diese Weise können die Radarsignale auf der Empfängerseite den mit den Antennenelementen des Typs Empfangs-Antennenelemente empfangenen Echosignalen entsprechend zugeordnet werden. Bei einem reinen MIMO-Verfahren kann so die Apertur des aus der Antennenanordnung realisierten virtuellen Antennenarrays entsprechend vergrößert werden.
Vorteilhafterweise können die Antennenelemente jeweils separat angesteuert und/oder ausgelesen werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der Antennenelemente effizient genutzt werden. Dabei können Sende-Antennenelemente separat angesteuert werden. Empfangs-Antennenelement können separat ausgelesen werden. So kann auch mit einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Antennenelementen ein virtuelles Antennenarray mit einer entsprechend großen Anzahl von virtuellen Antennenelementen realisiert werden.
Ferner wird die Aufgabe bei dem Radarsystem dadurch gelöst, dass das Radarsystem wenigstens eine erfindungsgemäße Antennenanordnung aufweist.
Das Radarsystem umfasst wenigstens eine Antennenanordnung, welche vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps aufweist. Einer der Antennenelementtypen sind Sende-Antennenelemente und der andere der Antennenelementtypen sind Empfangs-Antennenelemente.
Erfindungsgemäß sind die Typ1-Antennenelemente in einer Ebene an den Ecken eines gedachten, ebenen Rechtecks angeordnet. Zwei der Seiten des Rechtecks erstrecken sich parallel zu einer gedachten ersten Anordnungsachse und bilden Typ1-Antennenelement-Hauptachsen. Die zwei anderen Seiten des Rechtecks erstrecken sich parallel zu einer gedachten zweiten Anordnungsachse, welche senkrecht zur ersten Anordnungsachse verläuft, und bilden Typ1-Antennenelement-Querachsen. Wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente sind auf unterschiedlichen, gedachten Typ2-Antennenelement-Hauptachsen angeordnet, welche sich parallel beabstandet zueinander und parallel zu einer der Anordnungsachsen erstrecken.
Vorteilhafterweise kann das Radarsystem Mittel aufweisen, mit welchen das Radarsystem nach einem MIMO-Verfahren betrieben werden kann. Auf diese Weise kann eine Auflösung, insbesondere Winkelauflösung, bei der Bestimmung einer Richtung von erfassten Objekt verbessert werden.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrerassistenzsystem dadurch gelöst, dass das Fahrerassistenzsystem wenigstens eine erfindungsgemäße Antennenanordnung aufweist.
Das Fahrerassistenzsystem umfasst wenigstens ein Radarsystem und wenigstens eine Antennenanordnung für das wenigstens eine Radarsystem, welche vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps aufweist. Einer der Antennenelementtypen sind Sende-Antennenelemente und der andere der Antennenelementtypen sind Empfangs-Antennenelemente.
Erfindungsgemäß sind die Typ1-Antennenelemente in einer Ebene an den Ecken eines gedachten, ebenen Rechtecks angeordnet. Zwei der Seiten des Rechtecks erstrecken sich parallel zu einer gedachten ersten Anordnungsachse und bilden Typ1-Antennenelement-Hauptachsen. Die zwei anderen Seiten des Rechtecks erstrecken sich parallel zu einer gedachten zweiten Anordnungsachse, welche senkrecht zur ersten Anordnungsachse verläuft, und bilden Typ1-Antennenelement-Querachsen. Wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente sind auf unterschiedlichen, gedachten Typ2-Antennenelement-Hauptachsen angeordnet, welche sich parallel beabstandet zueinander und parallel zu einer der Anordnungsachsen erstrecken.
Mit einem Radarsystem kann wenigstens ein Überwachungsbereich in der Umgebung des Fahrzeugs auf Objekte hin überwacht werden.
Mit dem Fahrerassistenzsystem kann das Fahrzeug insbesondere auf Basis der mit dem wenigstens einen Radarsystem gewonnenen Informationen, insbesondere auf Basis von Informationen über mit dem wenigstens einen Radarsystem erfasste Objekte, autonom oder teilautonom betrieben werden.
Erfindungsgemäß weist das Fahrerassistenzsystem wenigstens eine erfindungsgemäße Antennenanordnung auf. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Radarsystem des Fahrerassistenzsystems wenigstens eine erfindungsgemäße Antennenanordnung aufweisen. Da das wenigstens eine Radarsystem Teil des Fahrerassistenzsystems ist, ist somit die erfindungsgemäße Antennenanordnung des wenigstens einen Radarsystems ebenfalls Teil des Fahrerassistenzsystems, also auch eine erfindungsgemäße Antennenanordnung des Fahrerassistenzsystems. In Bezug auf erfindungsgemäße Antennenanordnungen des Fahrzeugs, welches wenigstens ein Fahrerassistenzsystem und/oder wenigstens ein Radarsystem aufweist, gilt dies analog.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug wenigstens eine erfindungsgemäße Antennenanordnung aufweist.
Das Fahrzeug umfasst wenigstens ein Radarsystem und wenigstens eine Antennenanordnung für das wenigstens eine Radarsystem, welche vier Typ1-Antennenelemente eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente eines zweiten Antennenelementtyps. Einer der Antennenelementtypen sind Sende-Antennenelemente und der andere der Antennenelementtypen sind Empfangs-Antennenelemente.
Mit einem Radarsystem kann wenigstens ein Überwachungsbereich in der Umgebung des Fahrzeugs auf Objekte hin überwacht werden.
Erfindungsgemäß sind die Typ1-Antennenelemente in einer Ebene an den Ecken eines gedachten, ebenen Rechtecks angeordnet. Zwei der Seiten des Rechtecks erstrecken sich parallel zu einer gedachten ersten Anordnungsachse und bilden Typ1-Antennenelement-Hauptachsen. Die zwei anderen Seiten des Rechtecks erstrecken sich parallel zu einer gedachten zweiten Anordnungsachse, welche senkrecht zur ersten Anordnungsachse verläuft, und bilden Typ1-Antennenelement-Querachsen. Wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente sind auf unterschiedlichen, gedachten Typ2-Antennenelement-Hauptachsen angeordnet, welche sich parallel beabstandet zueinander und parallel zu einer der Anordnungsachsen erstrecken.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem, insbesondere wenigstens ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem, aufweisen. Mit dem Fahrerassistenzsystem kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Radarsystem, insbesondere wenigstens ein erfindungsgemäßes Radarsystem, mit einem Fahrerassistenzsystem, insbesondere wenigstens einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem, verbunden oder Teil eines solchen sein. Auf diese Weise können mit dem wenigstens einen Radarsystem gewonnene Informationen, insbesondere Informationen über erfasste Objekte, von dem Fahrerassistenzsystem zum autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs verwendet werden.
Schließlich wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass die Radarsignale mit einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung gesendet und die Echosignale mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung empfangen werden.
Erfindungsgemäß werden mit den Antennenelementen eines der Antennenelementtypen, insbesondere den Sende-Antennenelementen, Radarsignale aus einer Ebene von den Ecken eines gedachten ebenen Rechtecks gesendet. Wobei sich zwei der Seiten des Rechtecks parallel zu einer gedachten ersten Anordnungsachse erstrecken und sich die zwei anderen Seiten des Rechtecks parallel zu einer gedachten zweiten Anordnungsachse, welche senkrecht zur ersten Anordnungsachse verläuft, erstrecken. Die Echosignale werden mit wenigstens zwei der Antennenelemente des anderen Antennenelementtyps, insbesondere den Empfangs-Antennenelementen, auf unterschiedlichen gedachten Antennenelement-Hauptachsen empfangen, wobei sich die Antennenelement-Hauptachsen beabstandet zueinander parallel zu einer der Anordnungsachsen erstrecken.
Vorteilhafterweise kann das Radarsystem nach einem MIMO-Verfahren betrieben werden. Auf diese Weise Richtungen von mit dem Radarsystem erfassten Objekten genauer ermittelt werden.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung, dem erfindungsgemäßen Radarsystem, dem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und dem erfindungsgemäßen Verfahren und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch

1 ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem, welches eine Radarsystem aufweist, in der Draufsicht;
2 das Fahrzeug aus der 1 in der Seitenansicht;
3 eine Vorderansicht einer Antennenanordnung des Radarsystems des Fahrzeugs aus den 1 und 2;
4 eine Vorderansicht einer alternativen Antennenanordnung des Radarsystems des Fahrzeugs aus den 1 und 2 und ein daraus realisiertes virtuelles Antennenarray.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in einer Fahrsituation in der Draufsicht gezeigt. 2 zeigt das Fahrzeug 10 in einer Seitenansicht.
Das Fahrzeug 10 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 12. Das Fahrerassistenzsystem 12 weist beispielhaft ein Radarsystem 14 und eine Steuereinrichtung 16 auf.
Das Radarsystem 14 ist beispielhaft an der vorderen Seite des Fahrzeugs 10 angeordnet. Mit dem Radarsystem 14 kann ein Überwachungsbereich 18 vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 20 hin überwacht werden. In den 1 und 2 ist beispielhaft ein Objekt 20 vor dem Fahrzeug 10 angeordnet, welches mit dem Radarsystem 14 erfasst werden kann. Das Radarsystem 14 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10, auch anders ausgerichtet angeordnet sein. Es können auch mehrere Radarsysteme 14 an unterschiedlichen Stellen und mit unterschiedlichen Ausrichtungen vorgesehen sein.
Mit dem Radarsystem 14 können Objektinformationen, beispielsweise Entfernungen D, Richtungen, beispielhaft Azimut O und Elevationswinkel Φ, und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 20 relativ zu dem Fahrzeug 10, ermittelt werden.
Das Radarsystem 14 ist funktional mit der Steuereinrichtung 16 des Fahrassistenzsystems 14 verbunden. Mit dem Radarsystem 14 ermittelte Objektinformationen können so an die Steuereinrichtung 16 übermittelt werden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 12 kann das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.
Der einfacheren Orientierung wegen sind in den 1 bis 4 die entsprechenden Koordinaten eines kartesischen x-y-z-Koordinatensystems angedeutet. Die x-Achse des x-y-z-Koordinatensystems verläuft beispielhaft parallel zur Fahrzeuglängsachse 22 des Fahrzeugs 10. Die y-Achse verläuft parallel zu einer Fahrzeugquerachse 24 des Fahrzeugs 10 und die z-Achse verläuft senkrecht zur x-y-Ebene nach räumlich oben.
Mit dem Radarsystem 14 können Radarsignale 26 in den Überwachungsbereich 18 gesendet werden. An Objekten 20 in Richtung des Radarsystems 14 reflektierte Radarsignale 26 können als Echosignale 28 von dem Radarsystem 14 empfangen werden. Aus den Echosignalen 28 können die entsprechenden Objektinformationen ermittelt werden.
Das Radarsystem 14 umfasst eine Antennenanordnung 30 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 32.
Die Antennenanordnung 30 ist in der 3 in einer Vorderansicht von dem Überwachungsbereich 18 aus betrachtet dargestellt. Die Antennenanordnung 30 umfasst zwei Antennenelementtypen, nämlich Sende-Antennenelemente Tx und Empfangs-Antennenelemente Rx. Mit den Sende-Antennenelemente Tx können Radarsignale 26 gesendet werden. Mit den Empfangs-Antennenelementen Rx können Echosignale 28 empfangen werden.
Die Antennenanordnung 30 weist vier Sende-Antennenelemente Tx und vier Empfangs-Antennenelemente Rx auf. Die Sende-Antennenelemente Tx und die Empfangs-Antennenelemente Rx sind auf einem gemeinsamen Träger in Form einer Trägerplatte 34 angeordnet.
Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 können die Sende-Antennenelemente Tx zur Aussendung von Radarsignalen 26 angesteuert werden. Außerdem können mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 die mit den Empfangs-Antennenelementen Rx empfangenen und zu elektrischen Empfangssignalen umgewandelten Echosignale 28 erfasst und ausgewertet werden. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 können aus den elektrischen Empfangssignalen die entsprechenden Objektinformationen ermittelt und an die Steuereinrichtung 16 übermittelt werden.
Das Radarsystem 14 wird nach einem MIMO (Multiple-In-Multiple-Out)-Verfahren betrieben. Bei dem MIMO-Verfahren werden die Sende-Antennenelemente Tx mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 separat mit Sende-Steuersignalen angesteuert. Mithilfe entsprechender Sende-Steuersignale werden die Radarsignale 26, die mit den einzelnen Sende-Antennenelementen Tx gesendet werden, beispielsweise durch codieren, unterscheidbar gemacht. So können auf der Empfängerseite Signalwege der Radarsignale 26 und der entsprechenden Echosignale 28 den jeweiligen Sende-Antennenelementen Tx zugeordnet werden. Entsprechend werden die Empfangs-Antennenelemente Rx separat ausgelesen. Dabei werden die mit den Antennenelementen Rx aus den Echosignalen 28 umgewandelten elektrischen Empfangssignale entsprechend zugeordnet. Durch das separate Ansteuern beziehungsweise Auslesen können alle Positionen der Sende-Antennenelemente Tx und alle Positionen der Empfangs-Antennenelemente Rx zur Realisierung eines virtuellen Antennenarrays 36 herangezogen werden. In der 4 ist beispielhaft das virtuelle Antennenarray 36 gezeigt, welches mit einer alternativen Antennenanordnung 30 realisiert werden kann, welche ebenfalls in der 4 gezeigt ist. Das in der 4 gezeigte virtuelle Antennenarray 36 kann auch mit der Antennenanordnung 30 aus 3 realisiert werden.
In den 3 und 4 sind die Phasenzentren 38 der Sende-Antennenelemente Tx als schwarz gefüllte Kreise angedeutet. Die Phasenzentren 40 der Empfangs-Antennenelemente Rx sind als schwarz gefüllte Quadrate angedeutet.
In der 3 ein Sende-Antennenelementfeld 42 bestehend aus den vier Sende-Antennenelementen Tx auf der linken Seite separat von einem Empfangs-Antennenelementfeld 44 bestehend aus den vier Empfangs-Antennenelementen Rx rechts dargestellt. Das Sende-Antennenelementfeld 42 und das Empfangs-Antennenelementfeld 44 können auch in anderer Weise zueinander angeordnet sein. Das Sende-Antennenelementfeld 42 und das Empfangs-Antennenelementfeld 44 können sich auch überlappen, wie in der 4 unten gezeigt.
Die Sende-Antennenelemente Tx sind in einer Sendeebene an den Ecken eines gedachten ebenen Rechtecks 46 angeordnet. Das Rechtecks 46 weist unterschiedliche Seitenlängen auf. Die zwei längeren Seiten des Rechtecks 46 erstrecken sich parallel zu einer gedachten, in der 3 horizontal verlaufenden, ersten Anordnungsachse 48 und bilden gedachte Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50. Die zwei anderen, kürzeren Seiten des Rechtecks 46 erstrecken sich parallel zu einer gedachten, in der 3 vertikal verlaufenden, zweiten Anordnungsachse 52 und bilden gedachte Sende-Antennenelement-Querachsen 54. Die zweite Anordnungsachse 52 verläuft senkrecht zur ersten Anordnungsachse 48. Die Sende-Antennenelemente Tx bilden so das rechteckige Sende-Antennenelementfeld 42.
Die Phasenzentren 38 der Sende-Antennenelemente Tx sind auf den Schnittpunkten der Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50 mit den entsprechenden Sende-Antennenelement-Querachsen 54 angeordnet.
Ein jeweiliger Abstand zwischen den benachbarten Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50 beziehungsweise zwischen den benachbarten Sende-Antennenelement-Querachsen 54, also zwischen den jeweils benachbarten Antennenelement-Achsen für denselben Antennenelementtyp, beträgt ein ganzzahliges Vielfaches eines vorgegebenen Basisabstands λ/2. Der Basisabstand λ/2 entspricht der halben Wellenlänge λ/2 von mit dem Radarsystem 14 gesendeten Radarsignalen 26.
Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Abstand 56 zwischen den Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50 dem zehnfachen Basisabstand λ/2, also 5λ. Der Abstand zwischen den Sende-Antennenelement-Querachsen 54 entspricht dem 18 -fachen Basisabstand λ/2, also 9λ.
Die Phasenzentren 40 der vier Empfangs-Antennenelemente Rx sind verteilt auf zwei gedachten Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 und vier gedachten Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62 angeordnet. Dabei sind die Phasenzentren 40 jeweils auf einem Schnittpunkt einer Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60 mit einer Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 angeordnet.
Die Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 erstrecken sich parallel zueinander beabstandet und parallel zu ersten Anordnungsachse 48. Die vier Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62 erstrecken sich parallel zueinander beabstandet, senkrecht zu den Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 und parallel zu der zweiten Anordnungsachse 52.
Die Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 und die Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62 erstrecken sich in einer gedachten Empfangsebene. Die Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 und die Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62, also die Empfangsebene, erstrecken sich außerdem parallel zu einer Ebene, welche durch die Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50 und die Sende-Antennenelement-Querachsen 54 aufgespannt wird. Die Empfangsebene mit den Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 und den Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62 erstreckt sich parallel zu der Sendeebene mit den Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50 und den Sende-Antennenelement-Querachsen 54.
Das Phasenzentrum 40 eines der Empfangs-Antennenelemente Rx ist auf einer der Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60, in der 3 der oberen Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60, angeordnet. Die Phasenzentren 40 der drei anderen Empfangs-Antennenelemente Rx sind jeweils auf der anderen, der unteren, Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60 angeordnet. Die Phasenzentren 40 der vier Empfangs-Antennenelemente Rx sind auf unterschiedlichen Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62 angeordnet.
Die Empfangs-Antennenelement-Querachse 62, auf der sich das Phasenzentrum 40 des Empfangs-Antennenelemente des Rx befindet, welches alleine auf der oberen Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60 angeordnet ist, liegt am linken Rand des Empfangs-Antennenelementfeldes 44, also nicht zwischen zwei anderen der Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62.
Ein jeweiliger Abstand zwischen den benachbarten Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 beziehungsweise zwischen den benachbarten Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62, also zwischen den jeweils benachbarten Antennenelement-Achsen für denselben Antennenelementtyp, beträgt ein ganzzahliges Vielfaches des Basisabstands λ/2. Alle Abstände zwischen den jeweils benachbarten Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62 sind unterschiedlich.
Ein Abstand 64 der Empfangs-Antennenelement-Querachse 62, auf der sich das Phasenzentrum 40 des einzelnen Empfangs-Antennenelements Rx befindet, welches alleine auf der entsprechenden Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60 angeordnet ist, an dem in 3 linken Rand des Empfangs-Antennenelementfeldes 44, zu der benachbarten, der zweiten Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 von links ist kleiner als die anderen Abstände 66 und 68 zwischen jeweils benachbarten anderen Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62.
Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Abstand 70 zwischen den Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 dem zweifachen Basisabstands λ/2, also λ. Der Abstand 64 zwischen der Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 mit dem einzelnen Empfangs-Antennenelement Rx am linken Rand des Empfangsantennenfeldes zu der benachbarten, zweiten Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 entspricht dem einfachen Basisabstand λ/2, also λ/2. Der Abstand 66 zwischen der zweiten Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 und der dritten Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 von links entspricht dem zweifachen Basisabstand λ/2, also λ. Der Abstand 68 zwischen der dritten Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 von links und der vierten Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 von links, also der Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 an dem in 3 rechten Rand des Empfangsantennenfeldes 44, entspricht dem dreifachen Basisabstand λ/2, also 1,5 λ.
Die längeren Seiten des Rechtecks 46 der Sende-Antennenelemente Tx, also die längeren Seiten Sende-Antennenelementfeldes 42, verlaufen parallel zu der Anordnungsachse, zu der auch die Empfangs-Antennenelemente-Achsen, in deren Richtung das Empfangs-Antennenelementfeld 40 die größte Ausdehnung aufweist, verlaufen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50 und die Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60 parallel zueinander und parallel zur ersten Anordnungsachse 48.
Eine Ausdehnung des Sende-Antennenelementfeldes 42 in Richtung der ersten Anordnungsachse 48 ist größer als eine Ausdehnung 72 des Empfangs-Antennenelementfeldes 44 in Richtung der ersten Anordnungsachse 48. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Ausdehnung des Sende-Antennenelementfeldes 42 in Richtung der ersten Anordnungsachse 48 dem Abstand 58 zwischen den Sende-Antennenelement-Querachsen, also dem 18-fachen Basisabstand λ/2, also 9λ. Die Ausdehnung 72 des Empfangs-Antennenelementfeldes 44 in Richtung der ersten Anordnungsachse 48 entspricht der Summe der Abstände 64, 66 und 68 zwischen den Empfangs-Antennenelement-Querachsen 62, also dem sechsfachen Basisabstand λ/2, also 3λ.
Eine Ausdehnung des Sende-Antennenelementfeldes 42 in Richtung der zweiten Anordnungsachse 52 ist größer als eine Ausdehnung des Empfangs-Antennenelementfeldes 44 in Richtung der zweiten Anordnungsachse 52. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Ausdehnung des Sende-Antennenelementfeldes 42 in Richtung der zweiten Anordnungsachse 52 dem Abstand 56 zwischen den Sende-Antennenelement-Hauptachsen 50, also dem zehnfachen Basisabstand λ/2, also 5λ. Die Ausdehnung des Empfangsantennenfeldes 44 in Richtung der zweiten Anordnungsachse 52 entspricht dem Abstand 70 zwischen den Empfangs-Antennenelement-Hauptachsen 60, also dem zweifachen Basisabstand λ/2, also λ.
In der 4 ist die Alternative zur Antennenanordnung 30 aus der 3 und das damit realisierbare virtuelle Antennenarray 36 gezeigt. Zur einfacheren Orientierung ist zusätzlich Koordinatenachsen mit den y-Koordinaten und den z-Koordinaten dargestellt. Die y-Koordinaten und die z-Koordinate sind jeweils in der Wellenlänge λ angegeben. Der Ursprung des Koordinatensystems (0,0) wurde der einfacheren Orientierung wegen in das Phasenzentrum 38 des linken unteren Sende-Antennenelements Tx gelegt.
Die in der 4 gezeigte alternative Antennenanordnung 30 umfasst das Sende-Antennenelementfeld 42 und das Empfangs-Antennenelementfeld 44 aus der 3, wobei die 3 und 4 nicht maßstabsgetreu sind. Im Unterschied zu der Antennenanordnung 30 aus der 3 ist bei der alternativen Antennenanordnung 30 das Empfangs-Antennenelementfeld 44 innerhalb des Sende-Antennenelementfeldes 42 platziert. Dabei fallen die untere Sende-Antennenelement-Hauptachse 50 und die untere Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60 zusammen. Ferner fallen die linke Sende-Antennenelement-Querachse 54 und die linke Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 zusammen. In der 4 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen exemplarisch jeweils lediglich eines der Sende-Antennenelemente Tx mit seinem Phasenzentrum 38 und eines der Empfangs-Antennenelemente Rx mit seinem Phasenzentrum 40 mit einem Bezugszeichen versehen.
Das Empfangs-Antennenelementfeld 44 ist so angeordnet, dass sich das linke untere Sende-Antennenelemente Tx auf dem Schnittpunkt der unteren Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60 mit der linken Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 befindet. Das linke untere Sende-Antennenelemente Tx befindet sich quasi in der Lücke des Empfangs-Antennenelementfeldes 44, welche durch den Versatz des linken Empfangs-Antennenelements Rx nach oben zu der oberen Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60 ergibt. Insgesamt ist die alternative Antennenanordnung 30 aus der 4 platzsparender aufgebaut als die Antennenanordnung 30 aus der 3.
Sowohl mit der Antennenanordnung 30 aus der 3, als auch mit der Antennenanordnung 30 aus der 4 kann das in der 4 dargestellte virtuelle Antennenarray 36 realisiert werden.
Für die alternative Antennenanordnung 30 aus der 4 und entsprechend mit der Antennenanordnung 30 aus 3 wird beim Betrieb des Radarsystems 14 das Antennenarray 36 mit insgesamt 16 virtuellen Antennenelementen Vx erzeugt. Das virtuelle Antennenarray 36 wird durch geometrische Faltung der geometrischen Positionen der Phasenzentren 38 der Sende-Antennenelemente Tx und der Phasenzentren 40 der Empfangs-Antennenelemente Rx der Antennenanordnung 30 beziehungsweise der alternativen Antennenanordnung 30 realisiert. Die virtuellen Antennenelemente Vx wirken als virtuelle Empfangs-Antennenelemente für die Echosignale 28.
In 4 sind die virtuellen Antennenelemente Vx des virtuellen Antennenarrays 36 dargestellt. Die virtuellen Phasenzentren 73 der virtuellen Antennenelemente Vx des virtuellen Antennen-Arrays 70 sind als Weiß gefüllte Dreiecke angedeutet. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind in der 4 exemplarisch lediglich vier der virtuellen Antennenelemente Vx bezeichnet.
Das virtuelle Antennenarray 36 umfasst vier virtuelle Antennenelementfelder 74. Die virtuellen Antennenelementfelder 74 sind identisch aufgebaut, gleich groß und haben die gleiche Orientierung. Jedes der virtuellen Antennenelementfelder 74 umfasst vier virtuelle Antennenelemente Vx. Die vier virtuellen Antennenelemente Vx eines jeden virtuellen Antennenelementfeldes 74 sind entsprechend der vier Empfangs-Antennenelemente Rx der Antennenanordnung 30 angeordnet.
Die virtuellen Antennenelementfelder 74 sind jeweils an den Ecken eines gedachten Rechtecks angeordnet. Die langen Seiten des Rechtecks verlaufen parallel zu der ersten Anordnungsachse 48 und bilden jeweilige virtuelle Hauptachsen 76. Die kurzen Seiten des Rechtecks verlaufen parallel zur zweiten Anordnungsachsen 52 bilden jeweilige virtuelle Querachsen 78.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel fällt die linke virtuelle Querachse 78 mit der linken Sende-Antennenelement-Querachse 54 und der linken Empfangs-Antennenelement-Querachse 62 zusammen. Die untere virtuelle Hauptachse 76 verläuft zwischen der oberen Sende-Antennenelement-Hauptachse 50 und der unteren Sende-Antennenelement-Hauptachse 50 und oberhalb der oberen Empfangs-Antennenelement-Hauptachse 60. Die obere virtuelle Hauptachse 76 verläuft oberhalb der oberen Sende-Antennenelement-Hauptachse 50. Die rechte virtuelle Querachse 78 verläuft rechts von der rechten Sende-Antennenelement-Querachse 54.
Das virtuelle Phasenzentrum 73 des linken virtuellen Antennenelements Vx des virtuellen Antennenelementfeldes 74 links oben liegt auf dem Schnittpunkt der oberen virtuellen Hauptachse 76 und der linken virtuellen Querachse 78.
Die freie Stelle unterhalb des linken virtuellen Antennenelements Vx des virtuellen Antennenelementfeldes 74 links unten liegt auf dem Schnittpunkt der unteren virtuellen Hauptachse 76 und der linken virtuellen Querachse 78.
Die freie Stelle oberhalb des rechten virtuellen Antennenelements Vx des virtuellen Antennenelementfeldes 74 rechts oben liegt auf dem Schnittpunkt der oberen virtuellen Hauptachse 76 und der rechten virtuellen Querachse 78.
Das virtuelle Phasenzentrum 73 des rechten virtuellen Antennenelements Vx des virtuellen Antennenelementfeldes 74 rechts unten liegt auf dem Schnittpunkt der unteren virtuellen Hauptachse 76 und der rechten virtuellen Querachse 78.
Insgesamt liegen also die virtuellen Phasenzentren 73 der am weitesten oben gelegenen virtuellen Antennenelemente Vx des virtuellen Antennenarrays 36 auf der oberen virtuellen Hauptachse 76. Die Phasenzentren 73 der am weitesten unten gelegenen virtuellen Antennenelemente Vx liegen auf der unteren virtuellen Hauptachse 76. Ein Abstand 80 zwischen der oberen virtuellen Hauptachse 76 und der unteren virtuellen Hauptachse 76 gibt also die Apertur des virtuellen Antennenarrays 36 in dieser Richtung, beispielhaft in vertikaler Richtung, an. Der Abstand 80 und damit die beispielhaft vertikale Apertur entspricht dem zwölffachen Basisabstand λ/2, also 6λ. Der Abstand 80 entspricht der Summe der Ausdehnung des Sendeantennenfeldes 42 in vertikaler Richtung, nämlich dem Abstand 56, und der vertikalen Ausdehnung 70 des Empfangs-Antennenelementfeldes 44.
Die virtuellen Phasenzentren 73 der am weitesten links gelegenen virtuellen Antennenelemente Vx des virtuellen Antennenarrays 36 liegen auf der linken virtuellen Querachse 78. Die Phasenzentren 73 der am weitesten rechts gelegenen virtuellen Antennenelemente Vx liegen auf der rechten virtuellen Querachse 78. Ein Abstand 82 zwischen der linken virtuellen Querachse 78 und der rechten virtuellen Querachse 78 gibt demnach die Apertur des virtuellen Antennenarrays 36 in dieser Richtung, beispielhaft in horizontaler Richtung, an. Der Abstand 82 und damit die beispielhaft horizontale Apertur entspricht dem 24-fachen Basisabstand, also 12λ. Der Abstand 82 entspricht der Summe der horizontalen Ausdehnung des Sendeantennenfeldes 42, nämlich dem Abstand 58, und der horizontalen Ausdehnung des Empfangs-Antennenelementfeldes 44, nämlich dem Abstand 72.
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 20210184367 A1 [0006]

Claims

Antennenanordnung (30) für ein Radarsystem (14), insbesondere für ein Radarsystem (14) für ein Fahrzeug (10), welche vier Typ1-Antennenelemente (Tx) eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente (Rx) eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente (Tx) sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente (Rx) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Typ1-Antennenelemente (Tx) in einer Ebene an den Ecken eines gedachten ebenen Rechtecks (46) angeordnet sind, wobei sich zwei der Seiten des Rechtecks (46) parallel zu einer gedachten ersten Anordnungsachse (48) erstrecken und Typ1-Antennenelement-Hauptachsen (50) bilden und sich die zwei anderen Seiten des Rechtecks (46) parallel zu einer gedachten zweiten Anordnungsachse (52), welche senkrecht zur ersten Anordnungsachse (48) verläuft, erstrecken und Typ1-Antennenelement-Querachsen (54) bilden, und wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente (Rx) auf unterschiedlichen gedachten Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) angeordnet sind, welche sich parallel beabstandet zueinander und parallel zu einer der Anordnungsachsen (48) erstrecken.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Typ2-Antennenelemente (Rx) auf unterschiedlichen gedachten Typ2-Antennenelement-Querachsen (62) angeordnet sind, welche sich parallel zueinander, beabstandet und senkrecht zu den Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) erstrecken.
Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung (30) wenigstens drei zueinander beabstandete Typ2-Antennenelement-Querachsen (62) und wenigstens drei Typ2-Antennenelemente (Rx) aufweist, wobei alle Abstände (64, 66, 68) zwischen den jeweils benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachsen (62) unterschiedlich sind und wenigstens drei der Typ2-Antennenelemente (Rx) auf unterschiedlichen Typ2-Antennenelement-Querachsen (62) angeordnet sind, und/oder die Antennenanordnung (30) wenigstens drei Typ2-Antennenelemente (Rx) aufweist, von denen eines der Typ2-Antennenelemente (Rx) auf einer der Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) und alle anderen der Typ2-Antennenelemente (Rx) auf der anderen Typ2-Antennenelement-Hauptachse (60) angeordnet sind, insbesondere die Typ2-Antennenelement-Querachse (62) mit dem Typ2-Antennenelement (Rx), welches alleine auf der Typ2-Antennenelement-Hauptachse (60) angeordnet ist, nicht zwischen zwei anderen Typ2-Antennenelement-Querachsen (62) liegt, und/oder die Antennenanordnung (30) wenigstens vier Typ2-Antennenelemente (Rx) aufweist, von denen ein Typ2-Antennenelement (Rx) auf einer der Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) und alle anderen Typ2-Antennenelemente (Rx) auf der anderen Typ2-Antennenelement-Hauptachse (60) angeordnet sind, und ein Abstand (64) einer Typ2-Antennenelement-Querachse (62), auf der sich das Typ2-Antennenelement (Rx) befindet, welches alleine auf der entsprechenden Typ2-Antennenelement-Hauptachse (60) angeordnet ist, zu wenigstens einer benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachse (62) kleiner ist als die anderen Abstände (66, 68) zwischen jeweils benachbarten Typ2-Antennenelement-Querachsen (62) und/oder die Antennenanordnung (30) genau vier Typ2-Antennenelemente (Rx) aufweist.
Antennenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Typ2-Antennenelement-Achsen, insbesondere die Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) und die Typ2-Antennenelement-Querachsen (62), in einer gemeinsamen gedachten Ebene erstrecken und/oder sich die Typ2-Antennenelement-Achsen, insbesondere die Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) und die Typ2-Antennenelement-Querachsen (62), parallel zu einer Ebene erstrecken, welche durch die Typ1-Antennenelement-Hauptachsen (50) und die Typ1-Antennenelement-Querachsen (54) aufgespannt wird, und/oder die Typ1-Antennenelemente (Tx) und die Typ2-Antennenelemente (Rx) auf einem gemeinsamen Träger (34), insbesondere einer gemeinsamen Trägerplatte, angeordnet sind.
Antennenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenzentren (38, 40) wenigstens eines Teils der Antennenelemente (Rx, Tx), insbesondere die Phasenzentren (38, 40) aller Antennenelemente (Rx, Tx), auf den entsprechenden Antennenelement-Achsen (50, 54, 60, 62), insbesondere den Antennenelement-Hauptachsen (50, 60) und/oder den Antennenelement-Querachsen (54, 62), angeordnet sind.
Antennenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Abstand zwischen benachbarten Antennenelement-Achsen für denselben Antennenelementtyp, insbesondere ein jeweiliger Abstand (56; 70) zwischen benachbarten Antennenelement-Hauptachsen (50; 60) und/oder ein jeweiliger Abstand (58; 64, 66, 68) zwischen benachbarten Antennenelement-Querachsen (54; 62) für denselben Antennenelementtyp, ein ganzzahliges Vielfaches eines vorgegebenen Basisabstands ist, wobei der Basisabstand der halben Wellenlänge von mit dem Radarsystem (14) gesendeten Radarsignalen (26) entspricht.
Antennenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausdehnung (58) eines Sende-Antennenelementfeldes (42), welches aus den Antennenelementen des Typs Sende-Antennenelement (Tx) besteht, in Richtung der ersten Anordnungsachse (48) größer ist als eine Ausdehnung (72) eines Empfangs-Antennenelementfeldes (44), welches aus den Antennenelementen des Typs Empfangs-Antennenelement (Rx) besteht, in Richtung der ersten Anordnungsachse (48) und eine Ausdehnung (54) des Sende-Antennenelementfeldes (42) in Richtung der zweiten Anordnungsachse (52) größer ist als eine Ausdehnung (70) des Empfangs-Antennenelementfeldes (44) in Richtung der zweiten Anordnungsachse (52) und/oder das Rechteck (46) für die Typ1-Antennenelemente (Tx) unterschiedliche Seitenlängen aufweist, wobei die längeren Seiten parallel zu der Anordnungsachse (48) verlaufen, zu der auch die Typ2-Antennenelement (Rx)-Achsen, insbesondere Typ2-Antennenelement-Hauptachsen (60) oder Typ2-Antennenelement-Querachsen (62), in deren Richtung ein Typ2-Antennenelementfeld (44), welches aus den Typ2-Antennenelementen (Rx) besteht, die größte Ausdehnung (72) aufweist, verlaufen.
Antennenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung (30) für die Verwendung des Radarsystems (14) nach einem MIMO-Verfahren ausgestaltet ist und/oder die Typ1-Antennenelemente (Tx) jeweils separat angesteuert und/oder ausgelesen werden können und die Typ2-Antennenelemente (Rx) jeweils separat angesteuert und/oder ausgelesen werden können.
Radarsystem (14) mit wenigstens einer Antennenanordnung (30), welche vier Typ1-Antennenelemente (Tx) eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente (Rx) eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente (Tx) sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente (Rx) sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsystem (14) wenigstens eine Antennenanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Fahrerassistenzsystem (12) mit wenigstens einem Radarsystem (14) und mit wenigstens einer Antennenanordnung (30) für das wenigstens eine Radarsystem (14), wobei die wenigstens eine Antennenanordnung (30) vier Typ1-Antennenelemente (Tx) eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente (Rx) eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente (Tx) sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente (Rx) sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (12) wenigstens eine Antennenanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Fahrzeug (10) mit wenigstens einem Radarsystem (14) und mit wenigstens einer Antennenanordnung (30) für das wenigstens eine Radarsystem (14), wobei die wenigstens eine Antennenanordnung (30) vier Typ1-Antennenelemente (Tx) eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente (Rx) eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei einer der Antennenelementtypen Sende-Antennenelemente (Tx) sind und der andere der Antennenelementtypen Empfangs-Antennenelemente (Rx) sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) wenigstens eine Antennenanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (14), insbesondere eines Radarsystems (14) für ein Fahrzeug (10), mit wenigstens einer Antennenanordnung (30), welche vier Typ1-Antennenelemente (Tx) eines ersten Antennenelementtyps und wenigstens zwei Typ2-Antennenelemente (Rx) eines zweiten Antennenelementtyps aufweist, wobei bei dem Verfahren mit den Antennenelementen (Tx) eines der Antennenelementtypen Radarsignale (26) gesendet und mit den Antennenelementen (Rx) des anderen Antennenelementtyps Echosignale (28), welche von den gesendeten Radarsignalen (26) stammen, empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsignale (26) mit einer Antennenanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gesendet und die Echosignale (28) mit der Antennenanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 empfangen werden.