DE10221989A1

DE10221989A1 - Konformes Antennen-Patch-Array für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10221989A1
Application number: DE2002121989
Authority: DE
Inventors: Manfred Holzmann; Wolfgang Schmid
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-12-24

Abstract

Zur Vergrößerung der Antennenfläche und zur Verbesserung der Winkelauflösung werden im Kraftfahrzeug (1) konforme Patch-Antennen eingesetzt. Die einzelnen flächigen Antennenelemente (2) werden unmittelbar auf die Karosserie aufgebracht und nehmen deren gekrümmte Form an. Durch geeignete Ansteuerung (3) der einzelnen gekrümmten Antennenelemente (2) beziehungsweise der gekrümmten Antennenanordnung ergibt sich eine vergrößerte Antennenfläche und die Möglichkeit, die Antenne elektronisch zu schwenken. Eine derartige Kraftfahrzeugantenne ist zum Einsatz für Fahrerassistenzsysteme oder Sicherheitssysteme und insbesondere zur Radarabstands-/Geschwindigkeitsmessung beziehungsweise Umwelterfassung mittels Radar geeignet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugantennensystem mit einer Vielzahl von flächigen Antennenelementen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Antennensysteme für die Umfelderfassung mittels Radar.

Für radarbasierte ACC-Systeme (Adaptive Cruise Control) zur Abstands/Geschwindigkeitsmessung bei Kraftfahrzeugen werden in der Regel Antennen mit relativ kleiner Apertur, d. h. effektiver Antennenfläche, verwendet. Der Grund hierfür liegt darin, dass aufgrund der begrenzten Einbaumöglichkeiten im Frontbereich von Kraftfahrzeugen und den strengen Randbedingungen bezüglich des Designs mit der herkömmlichen Antennentechnik nur Aperturflächen von maximal 15 cm Durchmesser realisierbar sind.

Aufgrund physikalischer Gesetze kann wegen der geringen Antennenfläche nur eine sehr schlechte Winkelauflösung erreicht werden. Zudem ist die Richtcharakteristik aufgrund der Geometrie der Antenne und der Einbaubedingungen festgelegt.

In diesem Zusammenhang ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 30 173 A1 eine Kraftfahrzeug-Karosserie aus Kunststoff mit Antennen bekannt. Eine der Antennen ist als Streifenleiter-Gruppenantenne (Patch- Array) im Dach eines PKW beschrieben. Sie ist für Satelliten-Empfang im GHz-Bereich geeignet. Das dabei erforderliche Massepotential kann mit dem nötigen Abstand in Strahlungsrichtung in Gestalt einer Metallisierung der Dach-Innenverkleidung vorgesehen werden. Es werden grundsätzlich zwei verschiedene Strahlerprinzipien eingesetzt. Zum einen sind auf im Wesentlichen waagrechten Bezirken der Karosserie vor allem Antennen mit Rundumstrahlung für terrestrischen Betrieb und solche mit nach oben gerichteter Keule, z. B. für Satelliten-Empfang, angeordnet. Zum anderen sind an im Wesentlichen senkrechten Bezirken der Karosserie überwiegend Antennen mit Querstrahlung vorgesehen, wobei Quasi-Rundumstrahlung erzielt wird, indem mehrere gleiche Antennen für einen Frequenzbereich allseitig am Fahrzeug angeordnet werden und die Signale summiert oder zu einer Mehrantennen-Anordnung mit Raumdiversität kombiniert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, nicht nur waagrechte oder senkrechte Bereiche einer Kraftfahrzeug-Karosserie als Antenne zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeugantennensystem mit einer Vielzahl von flächigen Antennenelementen, wobei jedes Antennenelement mit der jeweils tragenden Kraftfahrzeugkomponente konform ist und das Kraftfahrzeugantennensystem eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung der Antennenelemente unter Berücksichtigung einer gegenseitigen Kopplung aufweist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Antennenelemente zu einer Gruppenantenne zusammengeschaltet, so dass sich die Aperturfläche deutlich vergrößern lässt.

Bei einer bevorzugten Anwendungsform sind die Antennenelemente am Stoßfänger des Kraftfahrzeugs verteilt. Unter geeigneter Ansteuerung und unter Berücksichtigung von deren Krümmung und gegenseitiger Kopplung kann eine derartig angeordnete Gruppenantenne zur Umfelderfassung verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt die Umfelderfassung über Radar, so dass in dem Kraftfahrzeugantennensystem eine Radar-Sende/Empfangs- Vorrichtung vorzusehen ist.

Um Schwenkungen der Antenne in Neigung und Azimut durchführen zu können, werden die einzelnen Antennenelemente bevorzugt mit individueller Amplitude und Phase durch die Ansteuervorrichtung angesteuert. Eine derartige Ansteuerung ermöglicht auch die gewünschte Form des Antennendiagramms.

Günstigerweise lassen sich die einzelnen Antennenelemente als Metallfolie oder Metallbeschichtung an den Kunststoffflächen eines Stoßfängers anbringen. Die verhältnismäßig starke Krümmung der Stoßfänger lässt sich durch die elektrische Ansteuerung der einzelnen Antennenelemente mittels der Ansteuervorrichtung kompensieren. Aufgrund der geringen Materialstärke der Antennenelemente können sie an jede Karosserieform angepasst, also karosseriekonform ausgestaltet werden. Dabei können sich gekrümmte Antennenelemente als auch eine gekrümmte Anordnung der Antennenelemente ergeben.

Als besonderes Einsatzgebiet karosseriekonformer Gruppenantennen erweisen sich Fahrerassistenzsysteme oder Umfelderfassungssysteme. Somit kann der Fahrer beim Betreiben des Kraftfahrzeugs unterstützt beziehungsweise ein automatisches oder teilautomatisches Steuern des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die in einer Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug schematisch die Anordnung von Antennenelementen andeutet.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Gemäß der in der Figur dargestellten Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1 sind in dessen Frontbereich an der Vorderseite der Motorhaube und am Stoßfänger mehrere Antennenelemente 2 karosseriekonform angebracht. Der Einfachheit halber sind die einzelnen Antennenelemente 2 in der Skizze lediglich als Rechtecke ausgeführt. Die jeweiligen Antennenelemente 2 werden einzeln von einer Ansteuervorrichtung beziehungsweise HF-Verteilung 3 angesteuert.

Zur Ansteuerung der einzelnen Antennenelemente 2 eignet sich insbesondere ein intelligentes Verteilnetzwerk, über das eine Beaufschlagung mit Hochfrequenzsignalen erfolgen kann.

Im Einzelnen erfolgt die Realisierung der Ansteuerung dadurch, dass jedes Antennenelement in dem HF-Verteilnetzwerk mit einem HF-Signal (Ae^j ^ω ^t beaufschlagt wird. Dabei bedeutet "A" die Amplitude und "ωt" die Phase. Die Amplitude und Phase wird vom intelligenten HF-Verteilnetzwerk einzeln für jedes Element abhängig vom gewünschten Antennenschwenkwinkel und der gewünschten Antennendiagrammform unter Berücksichtigung der Kopplung der gekrümmten Antennenelemente untereinander berechnet. Im Zusammenspiel aller Antennenelemente ergibt sich im Fernfeld das gewünschte Antennendiagramm.

Durch Verwendung einer Gruppenantenne beziehungsweise Patch-Antenne, bei der sich die einzelnen Antennenelemente auf einem relativ großen Oberflächenbereich des Kraftfahrzeugs, z. B. des Stoßfängers, konform, d. h. der Oberfläche angepasst, verteilt befinden, kann eine wesentlich größere Antennenaperturfläche erreicht werden. Gegenüber planaren Patch-Antennen, die auf einer ebenen Fläche angeordnet sind und eingangs bereits vorgestellt wurden, besitzen die konformen Patch-Antennen trotz des schwierigeren Abgleichs den ebenfalls bereits genannten Vorteil des elektronischen Schwenkens der Antenne beziehungsweise des Verformens des Antennendiagramms.

Aufgrund der wesentlich größeren Antennenapertur kann durch die konforme Patch-Antenne eine bedeutend höhere Winkelauflösung beziehungsweise Winkelmessgenauigkeit vor allem in azimutaler Richtung erreicht werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Antenne zur Radarabstands-/Geschwindigkeitsmessung beziehungsweise zur Umfelderfassung am Kraftfahrzeug verwendet wird. Die jeweiligen Messgrößen können für Fahrerassistenzsysteme z. B. Einparkhilfe oder Abstandsregelung benutzt werden und für Sicherheitssysteme (z. B. Notbremsfunktions, Pre-Crash- Funktion) im Kraftfahrzeug dienen.

Wegen der Verwendung von hauchdünnen Metallflächen als Antennenelemente besteht die Möglichkeit der design-neutralen Anbringung hinter Kunststoffflächen oder auf der Kunststofffläche hinter der Lackschicht.

In der Figur ist ein konformes Antennennetzwerk im Frontbereich des Kraftfahrzeugs dargestellt. Grundsätzlich kann aber das Antennennetzwerk an jeder beliebigen Position des Kraftfahrzeugs, insbesondere auch im Heckbereich, angeordnet sein. Selbstverständlich können auch mehrere Antennennetzwerke im Kraftfahrzeug untergebracht und gegebenenfalls miteinander verschaltet werden.

Claims

1. Kraftfahrzeugantennensystem mit
einer Vielzahl von flächigen Antennenelementen (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Antennenelement (2) mit der jeweils tragenden Kraftfahrzeugkomponente konform ist und
das Kraftfahrzeugantennensystem eine Ansteuervorrichtung (3) zur Ansteuerung der Antennenelemente (2) unter Berücksichtigung einer gegenseitigen Kopplung aufweist.

2. Kraftfahrzeugantennensystem nach Anspruch 1, wobei die Antennenelemente (2) zu einer Patch-Antenne zusammengeschaltet sind.

3. Kraftfahrzeugantennensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Antennenelemente (2) am vorderen und/oder hinteren Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs verteilt sind.

4. Kraftfahrzeugantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das eine Radar-Sende/Empfangsvorrichtung zum Senden und Empfangen von HF-Signalen aufweist.

5. Kraftfahrzeugantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit der Ansteuervorrichtung (3) die einzelnen Antennenelemente individuell hinsichtlich Amplitude und/oder Phase ansteuerbar sind.

6. Kraftfahrzeugantennensystem nach Anspruch 5, wobei mit der Ansteuervorrichtung (3) die Antennenrichtung der Gesamtheit der Antennenelemente (2) elektronisch schwenkbar ist.

7. Kraftfahrzeugantennensystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei mit der Ansteuervorrichtung (3) das Antennendiagramm der Gesamtheit der Antennenelemente (2) formbar ist.

8. Kraftfahrzeugantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede der Antennenelemente (2) eine Metallfolie oder Metallbeschichtung, die an einer Kunststofffläche des Kraftfahrzeugs anbringbar ist, umfasst.

9. Kraftfahrzeugantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das mit einem Fahrerassistenzsystem oder Sicherheitssystem zusammenschaltbar ist.

10. Kraftfahrzeugantennensystem, wobei die Oberfläche der das Antennenelement und/oder der die Antennenelemente tragenden Kraftfahrzeugkomponente(n) gekrümmt ist/sind.