EP3729559A1 - Vorrichtung zum aussenden und empfangen elektromagnetischer strahlung - Google Patents

Vorrichtung zum aussenden und empfangen elektromagnetischer strahlung

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EP3729559A1
EP3729559A1 EP18786286.7A EP18786286A EP3729559A1 EP 3729559 A1 EP3729559 A1 EP 3729559A1 EP 18786286 A EP18786286 A EP 18786286A EP 3729559 A1 EP3729559 A1 EP 3729559A1
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EP
European Patent Office
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antennas
antenna
group
receiving
polarization
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18786286.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schoor
Marcel Mayer
Klaus Baur
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3729559A1 publication Critical patent/EP3729559A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
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    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9327—Sensor installation details
    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a device for emitting
  • Receive different antennas are used, and this is a first antenna or a first group of antennas used for transmitting in a first polarization form, a second antenna or a second group of antennas is used for transmitting in a second polarization form and a third antenna or a third Group of antennas is used for receiving the reflected electromagnetic radiation emitted by the first antenna or the first group of antennas and the second antenna or the second group of antennas.
  • the device disclosed in the context of the invention can advantageously be attached to a
  • Motor vehicle be mounted and used for object detection in the context of a distance and speed control or collision avoidance and thereby in the propagation of the two differently polarized electromagnetic waves over different propagation paths obtained from the different reception levels polarimetric information for road condition detection, in particular for determining the
  • the device is designed with a transmitting device, by means of which electromagnetic waves can be emitted with a first polarization, so that by an optical interaction with the measuring point electromagnetic waves in a second and / or third polarization can be generated. Furthermore, the device has a first detector device for detecting a first radiation power at the measurement point of generated electromagnetic waves having the second polarization, which is based on a first measurement signal based on the detected first radiation power. Furthermore, a second
  • Detector device for detecting a second radiation power at the measuring point generated electromagnetic waves provided with the third polarization, which is different from the second polarization and is provided for generating a second measuring signal based on the detected second radiant power. Characteristics of the measuring point can be determined by comparing the first measuring signal with the second measuring signal.
  • the core of the present invention is to provide a system, in particular for microwaves or millimeter waves, are emitted and received with the received signals in different polarization forms and a level comparison of the received signals can be separated from each other and thus, for example, a road condition detection, in particular a detection of the weather condition of Road surface perform.
  • the system for emitting and receiving electromagnetic radiation is designed as a bistatic sensor, in which separate antennas or separate antenna groups are provided for transmitting and receiving the electromagnetic radiation.
  • first polarization form and the second polarization form are substantially orthogonal polarizations. It can be provided that the first and the second polarization form are respectively linear / vertical and linear / horizontal polarized or right-handed circular and left-handed circularly polarized or linear / diagonal and
  • orthogonality is also the subject of this development, but the invention is not limited thereto.
  • the third antenna or the third group of antennas to have both the first polarization form and the second one
  • the receiving antenna or the receiving antennas is designed such that it can receive both mutually substantially orthogonal signals by means of a single antenna.
  • the first antenna or the first group of antennas consists of horizontally polarized transmitting individual columns or double columns consists.
  • a single column is a supply line that has a
  • Supply line opens into branching stubs
  • Stub lines in their length and width are designed so that they can emit electromagnetic signal.
  • a vertical orientation of the feed line on the circuit board wherein the normal vector of the circuit board is oriented in the transmitting and receiving directions, there is a wide field of view of about +/- 60 ° and a low gain in the main beam direction compared to the second antenna or the second group of antennas. Due to the small aperture of the antenna thus creates a wide, but not very far reaching detection field.
  • the first antenna or the first group of antennas in the form of double columns increases both the radiated power and the aperture of the antenna, so that thus the detection range depending on
  • the third antenna or the third group of antennas consists of a combination of horizontally polarized receiving individual columns or double columns according to the first antenna or the first group of antennas and vertically polarized receiving multi-column arrays of patch antennas according to the second antenna or the second group of antennas.
  • multi-column array of patch antennas In this type of embodiment of the second antenna or the second group of antennas are connected to the
  • Supply line connected in parallel, branching supply lines, namely for each antenna column, a line coupled, these Supply lines continue geometrically parallel to each other while each supplying a series of patch antennas, which are connected to each other in series.
  • a vertical alignment of the feed lines of the multiple columns of antenna arrays results due to the larger aperture of this antenna, a narrower viewing area of about +/- 20 ° and a higher gain in the main beam direction compared to the first antenna or the first group of antennas. This creates a coverage area that is narrower, but more far-reaching.
  • the transmission signals of the first antenna or the first group of antennas and the transmission signals of the second antenna or the second group of antennas detect different distance ranges. Furthermore, in combination or alternatively, it may be provided that the transmission signals of the first antenna or the first group of antennas and the transmission signals of the second antenna or the second group of
  • Antennas have different opening angles of the detection area.
  • the first antenna or the first group of antennas which consists of horizontally polarized transmitting individual columns or double columns, has a near distance range and a large aperture angle of the detection range and the second antenna or the second group of antennas, the consists of one or more vertically polarized transmitting multi-column array of patch antennas, a wide range of distance and a small opening angle of the
  • the third antenna or the third group of antennas from the reception levels of the received signals of the two
  • orthogonal polarization forms the polarimetric information of the
  • reflective object is determined. It may be particularly advantageous that in determining the reception level of the received signals of the two substantially orthogonal polarization forms the different
  • Group factors of each participating transmit and receive antennas and the different gain factors of the antennas are taken into account. Due to the different apertures and thus different ranges and aperture angles, the reception levels of the two electromagnetic signals with different polarization shapes are not directly comparable with each other. If, however, these receive levels are weighted with the respective gain and group factors, then the receive levels are comparable with one another and the reflectivity of the individual polarization forms, possibly on different receive paths, can be evaluated.
  • the device is mounted in a motor vehicle, in particular on the motor vehicle front and an object detection in the context of a distance and speed control or a
  • inventive system in addition to the polarimetric measurement and a distance control or trigger emergency braking to avoid collision.
  • the polarimetric information obtained from the different reception levels for road condition detection, in particular for determining the weather-dependent road condition is used. This can for example be done so that the reflectivity
  • Figure 1 is a schematic representation of the operation of a
  • FIG. 2 shows an antenna design as a single column, which is advantageously used as the first antenna
  • FIG. 3 shows an embodiment of the first antenna or of the first group of antennas as a double column
  • Figure 4 shows an embodiment of the second antenna or the second group of
  • Figure 5 shows an embodiment of the third antenna or third group of
  • Antennas consisting of a combination of a single antenna column and a multi-column array of patch antennas
  • FIG. 6 shows an embodiment of the third antenna or the third group of FIG
  • Antennas consisting of a combination of an antenna double column with a multi-column array of patch antennas
  • FIG. 7 shows an exemplary arrangement of the three antennas or three groups of antennas on a printed circuit board
  • Figure 9 is a graph showing the reception levels of the different
  • Figure 1 shows a schematic representation of the operation of a transmitting and receiving system according to the invention. To recognize is one
  • Radar sensor 1 which is shown on the left hand side and a detected object 2, which is shown schematically as a circle in the right half of the figure.
  • Radar sensor 1 also has a first antenna or a first group of antennas 3, by means of which a first transmission signal Txl is emitted.
  • the radar sensor 1 has a second antenna or a second group of antennas 4, by means of which a second transmission signal Tx2 is emitted.
  • the first antenna or first group of antennas 3 emits, by way of example, a horizontally polarized transmission signal 6 in the direction of the object 2 to be detected.
  • the second antenna or second group of antennas emits a vertically polarized transmit signal 7, which is also shown as Tx2.
  • the two transmission signals Txl and Tx2 6,7 which have mutually substantially orthogonally polarized polarization forms, are reflected on the detected object 2 and as received signals 8, a horizontally polarized received signal and the received signal 9, which is designed as a vertically polarized received signal from the receive third antenna or third group of antennas 5 of the radar sensor 1.
  • the third antenna or third group of antennas 5 of the radar sensor 1 is designed to receive the reflected transmission signals Tx1 and Tx2 as the reception signal Rx.
  • the received signals 8, 9 may also have different propagation paths between the detected object 2 and the radar sensor 1.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the first antenna or the first group of antennas 3 for transmitting the first transmission signal Txl, having a first polarization form.
  • the individual column shown is executed several times, so that it is in several single-column antennas, a group antenna, for example, to increase the aperture of the device is executed. Therefore, only the first antenna 3 will be described below as a single antenna, however, the statements also apply to the embodiment that this single-column antenna is executed several times and is used as a group antenna.
  • the transmission signal Txl is supplied, which is supplied via an exemplary vertically aligned feed line of the antenna.
  • the circuit board on which the antenna 3 is applied aligned parallel to the drawing surface and has a transmitting and receiving device orthogonal to the drawing plane.
  • stubs are arranged, which act as transmitting elements. The length of these stubs, the width of the stubs and the
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the first antenna or of the first group of antennas 3 in the form of a double-column antenna.
  • the single-column antenna 3 described in FIG. 2 is implemented double-side by side, the two antenna columns being aligned parallel to each other, so that the two feed lines 10 run parallel to one another.
  • Both Einzelspalten- the double-column antennas are powered by the same transmission signal Txl and send it simultaneously
  • Double-column antenna according to Figure 3 to obtain an antenna with larger Range and narrower transmission lobe.
  • Double-column antenna depends on the respective transmission power, the application of the device and the propagation conditions and can be carried out by the skilled person readily.
  • the transmission signals emitted by the single-column antenna 3 according to FIG. 2 and the double-column antenna according to FIG. 3 are horizontally polarized electromagnetic signals whose polarization plane lies parallel to the alignment of the transmission elements 11 and thus orthogonal to the alignment of the feed line 10.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the second antenna or the second group of antennas 4 as a vertically polarized transmitting, multi-column array of patch antennas.
  • a feed line 12 via which a second transmission signal Tx2 is supplied.
  • the feed line 12 branches into a distribution line 13, to which a plurality of columns 14 are connected.
  • the columns 14, which together form an array of patch antennas are aligned parallel to one another.
  • Each column consists of a sequence of rectangular antenna patches 15 serially connected to each other by the series feed elements 16.
  • each antenna column 14 has the same number of antenna patches 15 and the same lengths of series feed elements 16 between the patch antennas 15.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the third antenna or third group of antennas 5 for receiving the received signals Rx of both polarization forms.
  • the illustrated embodiment of this third antenna or third group of antennas 5 consists of a multi-column array of patch antennas, in which a column of patch antennas, preferably in the middle of Antenna, was omitted. Instead, a single-column antenna according to the embodiment of the first antenna or first group of antennas 3 has been inserted at this omitted location.
  • a single-column antenna according to the embodiment of the first antenna or first group of antennas 3 has been inserted at this omitted location.
  • Antenna structure the single-column antenna 3 shown, which consists of a
  • This horizontally polarized receiving antenna structure is surrounded on the left and right sides by the columns of the vertically polarized receiving multi-column array of patch antennas consisting of a plurality of antenna columns 14 and consisting of patch antennas arranged in series. All antenna structures are connected to each other by means of a distribution line 13, shown at the bottom of Figure 5 and connected via a receiving line 17 with an evaluation circuit, so that the received signal Rx is passed to the receiving circuit via the receiving line 17.
  • the individual gaps 3 shown centrally in this antenna structure can optionally also be mounted on the left edge of the antenna structure, on the right edge of the antenna structure or on both sides of the antenna structure.
  • FIG. 6 shows a modification of the receiving antenna presented in FIG.
  • a structure consisting of a double slit according to FIG. 3 is inserted in the middle.
  • This double-column structure according to FIG. 3 consists of two
  • Single-column antennas 3 which in turn each consist of a feed line 10 and the horizontally polarized receiving transmitting elements 11, the so-called stubs.
  • serially connected patch antenna columns 14 which function as vertically polarized receiving multi-column patch antennas, are arranged. Also in this
  • the embodiment of the receiving antenna shown in Figure 6 can be varied flexibly, for example, by the two individual columns 3 are respectively applied to the left and the right edge of the patch antenna structure or, for example, single-column antennas. 3 alternately with antenna columns 14, consisting of arrays of patch antennas, combined with each other.
  • FIG. 7 shows, by way of example, a transmitting and receiving circuit which may be contained in the radar sensor 1.
  • a high-frequency circuit board 18 is shown, on which a transmitting and receiving circuit 19 is applied.
  • This transmitting and receiving circuit 19 can be embodied, for example, as an MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) and is capable of generating both the transmission signals Tx1, Tx2 and also evaluating the reception signals Rx. To this transmitting and receiving circuit 19 are the MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) and the MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) and the MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) and the transmission signals Tx1, Tx2 and also evaluating the reception signals Rx.
  • MMIC Monitoring Microwave Integrated Circuit
  • the two first antennas 3 or the group of first antennas 3 for transmitting the transmission signal Txl are connected via the two supply lines 20.
  • These first antennas 3 or first group of antennas 3 are the horizontally polarized transmitting individual columns 3.
  • transmission signals Tx2 are transmitted from the transmitting and receiving circuit 19 via the supply lines 21 to the second antennas 4 and the second group of antennas 4, send out the vertically polarized transmission signals.
  • These second antennas 4 and this second group of antennas 4 are designed as a multi-column array of patch antennas. In the case that one wishes to detect azimuthal angles of the detected object 2 with the radar sensor 1, it is advisable to arrange the mutually associated first antennas 3, second antennas 4 or third antennas 5 horizontally next to one another, so that one can use the
  • Phase differences of the individual antennas of each group of antennas can determine the azimuth angle of the detected object 2.
  • the receiving antennas 5 are shown, which form the third antennas 5 and the third group of antennas 5.
  • These third antennas 5 or third group of antennas 5 consist of several, in the example shown in FIG. 4, combined receiving antennas, which are each composed of a single column 3 and left and right sides thereof arranged multi-column arrays of patch antennas 14. This illustrated antenna structure of the overall system is of course also by means of the alternative embodiments shown with
  • Double-column antennas instead of single-column antennas or others, the Skilled in common variants of the known embodiments,
  • a horizontally polarized transmission signal Tx1 can also be emitted via the supply lines 20 and a vertically polarized transmission signal Tx2 can be emitted via the supply lines 21.
  • both vertically and horizontally polarized received signals Rx can be received simultaneously or, in the case of alternate transmission, at any one time
  • FIG. 8 shows an exemplary application of this system, in which a vehicle 23 is equipped by means of a radar sensor 1 on the vehicle front.
  • This vehicle 23 follows a preceding vehicle 24 on the roadway 25.
  • the radar sensor 1 can perform, for example, a distance and cruise control (ACC) or monitor emergency braking functionality and trigger any emergency braking that may be necessary. Due to the inventive design of the radar sensor 1 is capable of the nature of the surface of the roadway 25, in particular the
  • transmission signals 26 are emitted by the radar sensor 1 in the direction of the preceding vehicle 24, the detected object 2.
  • the transmission signal 26 in this case consists of both horizontally polarized as from vertically polarized transmission signals, which are sent according to a common multiplex method such as time division multiplex.
  • the transmitted signals reflected at the preceding vehicle 24 are reflected back as received signals 27, 28 to the radar sensor 1. It is possible that received signals are reflected back as direct received signals 27 to the sensor 1. Furthermore, it is also possible that the am
  • Receive signal 28 via the reflection point 29 are received by the sensor 1. Due to the reflection 29 on the road, it is possible that certain Polarization components of the indirectly received signal 28 are absorbed or reflected in directions other than the sensor 1.
  • the reflectivity of the roadway surface in particular the different reflectivity of signal components, can be determined
  • ve Kunststoffenen polarizations are evaluated, which can be closed in particular on the weather condition of the road surface at the reflection point 29 can be determined.
  • FIG. 9 a diagram of the received signals for the different weather conditions is shown wet and dry. On the abscissa, a distance axis 31 is shown, which is the distance of the
  • the noise signal ratio SNR is the reception level of
  • solid lines 35, 36 plot the response level over dry road distances, line 35 being vertical polarization on the dry road surface and line 36 being horizontal polarization on dry road.
  • the vertically polarized received signals in this case represent the direct received signal 27 and the weaker received signal 36, the horizontally polarized, indirect received signal 28.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Aussenden (6, 7) und Empfangen (8, 9) elektromagnetischer Strahlung, wobei zum Aussenden und Empfangen unterschiedliche Antennen (3, 4, 5) verwendet werden, und hierfür eine erste Antenne (3) oder eine erste Gruppe von Antennen (3) zum Senden in einer ersten Polarisationsform (6) verwendet wird, eine zweite Antenne (4) oder eine zweite Gruppe von Antennen (4) zum Senden in einer zweiten Polarisationsform (7) verwendet wird und eine dritte Antenne (5) oder eine dritte Gruppe von Antennen (5) zum Empfangen der reflektierten elektromagnetischen Strahlung verwendet wird, die von der ersten Antenne (3) oder der ersten Gruppe von Antennen (3) sowie der zweiten Antenne (4) oder der zweiten Gruppe von Antennen (4) ausgesendet wurde. Die im Rahmen der Erfindung offenbarte Vorrichtung (1) kann vorteilhaft an einem Kraftfahrzeug (23), befestigt sein und zur Objektdetektion (24) im Rahmen einer Abstands- und Geschwindigkeitsregelung oder einer Kollisionsvermeidung eingesetzt werden und dabei bei der Ausbreitung der beiden unterschiedlich polarisierten elektromagnetischen Wellen (6, 7) über unterschiedliche Ausbreitungswege (28, 29) die aus den unterschiedlichen Empfangspegeln gewonnene polarimetrische Information zur Strassenzustandserkennung (29), insbesondere zur Ermittlung des witterungsabhängigen Strassenzustands (29), verwendet werden.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zum Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aussenden und
Empfangen elektromagnetischer Strahlung, wobei zum Aussenden und
Empfangen unterschiedliche Antennen verwendet werden, und hierfür eine erste Antenne oder eine erste Gruppe von Antennen zum Senden in einer ersten Polarisationsform verwendet wird, eine zweite Antenne oder eine zweite Gruppe von Antennen zum Senden in einer zweiten Polarisationsform verwendet wird und eine dritte Antenne oder eine dritte Gruppe von Antennen zum Empfangen der reflektierten elektromagnetischen Strahlung verwendet wird, die von der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen sowie der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen ausgesendet wurde. Die im Rahmen der Erfindung offenbarte Vorrichtung kann vorteilhaft an einem
Kraftfahrzeug befestigt sein und zur Objektdetektion im Rahmen einer Abstands und Geschwindigkeitsregelung oder einer Kollisionsvermeidung eingesetzt werden und dabei bei der Ausbreitung der beiden unterschiedlich polarisierten elektromagnetischen Wellen über unterschiedliche Ausbreitungswege die aus den unterschiedlichen Empfangspegeln gewonnene polarimetrische Information zur Straßenzustandserkennung, insbesondere zur Ermittlung des
witterungsabhängigen Straßenzustands, verwendet werden. Stand der Technik
Aus der DE 10 2015 200 027 Al ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Messpunkts bekannt. Die Vorrichtung ist ausgebildet mit einer Sendeeinrichtung, mittels welcher elektromagnetische Wellen mit einer ersten Polarisation aussendbar sind, so dass durch eine optische Wechselwirkung mit dem Messpunkt elektromagnetische Wellen in einer zweiten und/oder mit einer dritten Polarisation erzeugbar sind. Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste Detektoreinrichtung zum Detektieren einer ersten Strahlungsleistung an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der zweiten Polarisation auf, die ein erstes Messsignal basierend auf der detektierten ersten Strahlungsleistung basiert. Weiterhin ist eine zweite
Detektoreinrichtung zum Detektieren einer zweiten Strahlungsleistung an dem Messpunkt erzeugter elektromagnetischer Wellen mit der dritten Polarisation vorgesehen, welche von der zweiten Polarisation verschieden ist und zum Erzeugen eines zweiten Messsignals basierend auf der detektierten zweiten Strahlungsleistung vorgesehen ist. Durch den Vergleich des ersten Messsignals mit dem zweiten Messsignal können Eigenschaften des Messpunkts bestimmt werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, ein System, insbesondere für Mikrowellen oder Millimeterwellen anzugeben, mit dem Empfangssignale in unterschiedlichen Polarisationsformen ausgesandt und empfangen werden und über einen Pegelvergleich der Empfangssignale voneinander getrennt werden können und damit beispielsweise eine Straßenzustandserkennung, insbesondere eine Erkennung des Witterungszustands der Straßenoberfläche durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei ist vorgesehen, dass das System zum Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung als bistatischer Sensor ausgebildet ist, bei dem zum Senden und zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung jeweils getrennte Antennen bzw. getrennte Antennengruppen vorgesehen sind.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die erste Polarisationsform und die zweite Polarisationsform im Wesentlichen orthogonale Polarisationen sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Polarisationsform jeweils linear/vertikal und linear/horizontal polarisiert sind oder rechtsdrehend zirkular und linksdrehend zirkular polarisiert sind oder linear/diagonal und
linear/antidiagonal polarisiert sind oder andere Formen, zueinander orthogonale Polarisationen aufweisen. Dabei ist unter dem Begriff der orthogonalen
Polarisation zu verstehen, dass die beiden Polarisationsrichtungen voneinander linear unabhängig sind. Weiterhin ist es Gegenstand dieser Weiterbildung, dass die beiden Polarisationsformen lediglich im Wesentlichen zueinander orthogonal sind, da eine 100 %ige Orthogonalität der beiden Polarisationsformen in der Realität nur schwer zu erreichen ist. Die Erfindung funktioniert in der Realität auch nur bei annähernder Orthogonalität, so dass die exakte, reine
Orthogonalität zwar auch Gegenstand dieser Weiterbildung ist, jedoch die Erfindung darauf nicht beschränkt ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die dritte Antenne oder die dritte Gruppe von Antennen sowohl die erste Polarisationsform, als auch die zweite
Polarisationsform empfangen kann. Nachdem mittels der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen elektromagnetische Signale ausgesandt werden, werden mit der dritten Antenne oder der dritten Gruppe von Antennen die
elektromagnetischen Signale empfangen. Dabei ist die Empfangsantenne oder sind die Empfangsantennen so ausgebildet, dass diese beide zueinander im Wesentlichen orthogonalen Signale mittels einer einzigen Antenne empfangen kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erste Antenne oder die erste Gruppe von Antennen aus horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten oder Doppelspalten besteht. Eine Einzelspalte ist dabei eine Zuleitung, die über eine
Versorgungsleitung in abzweigende Stichleitungen mündet, wobei die
Stichleitungen in ihrer Länge und Breite so ausgebildet sind, dass diese dass elektromagnetische Signal abstrahlen können. Bei einer vertikalen Ausrichtung der Speiseleitung auf der Leiterplatte, wobei der Normalenvektor der Leiterplatte in Sende- und Empfangsrichtung orientiert ist, ergibt sich ein breiter Sichtbereich von etwa +/- 60° sowie ein geringer Gewinn in Hauptstrahlrichtung im Vergleich zur zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen. Aufgrund der geringen Apertur der Antenne entsteht somit ein breites, jedoch nicht sehr weit reichendes Erfassungsfeld.
Bei der Ausführung der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen in Form von Doppelspalten erhöht sich sowohl die abgestrahlte Leistung als auch die Apertur der Antenne, so dass damit der Erfassungsbereich je nach
Anwendungsfall auch weitreichender und schmaler als in der Ausführungsform mit Einzelspalten ausgestaltet werden kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die dritte Antenne oder die dritte Gruppe von Antennen aus einer Kombination horizontal polarisiert empfangender Einzelspalten oder Doppelspalten gemäß der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und vertikal polarisiert empfangender mehrspaltiger Arrays von Patch-Antennen gemäß der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen besteht. Hierdurch ist es möglich, dass die Empfangsantenne oder die Gruppe von Empfangsantennen die Sendesignale beider Sendeantennen oder beider Gruppen von Sendeantennen empfangen kann und hierfür kein doppelter Platzbedarf auf der Platine erforderlich ist sowie beide Polarisationsformen im gleichen Empfangskanal ausgewertet werden können, so dass auch nicht mehrere parallel ausgeführten Empfangskanäle notwendig sind.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die zweite Antenne oder die zweite Gruppe von Antennen aus einem oder mehreren vertikal polarisiert sendenden
mehrspaltigem Array von Patch-Antennen besteht. Bei dieser Art der Ausführung der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen sind an die
Speiseleitung parallel geschaltete, abzweigende Versorgungsleitungen , nämlich für jede Antennenspalte eine Leitung, angekoppelt, wobei diese Versorgungsleitungen geometrisch zueinander parallel weiterverlaufen und dabei jeweils eine Reihe von Patch-Antennen, die zueinander in Serie geschaltet sind, versorgen. Bei einer vertikalen Ausrichtung der Speiseleitungen der mehreren Spalten von Antennen-Arrays ergibt sich aufgrund der größeren Apertur dieser Antenne ein schmalerer Sichtbereich von etwa +/- 20° und ein höherer Gewinn in Hauptstrahlrichtung im Vergleich zur ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen. Es entsteht hierfür ein Erfassungsbereich der schmaler, jedoch weitreichender ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Sendesignale der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und die Sendesignale der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen unterschiedliche Entfernungsbereiche erfassen. Weiterhin kann in Kombination oder alternativ hierzu vorgesehen sein, dass die Sendesignale der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen und die Sendesignale der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von
Antennen unterschiedliche Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung, dass die erste Antenne oder die erste Gruppe von Antennen, die aus horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten oder Doppelspalten besteht, einen nahen Entfernungsbereich und einen großen Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs aufweist und die zweite Antenne oder die zweite Gruppe von Antennen, die aus einem oder mehreren vertikal polarisiert sendenden mehrspaltigem Array von Patch-Antennen besteht, einen weiten Entfernungsbereich und einen kleinen Öffnungswinkel des
Erfassungsbereichs aufweist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die dritte Antenne oder die dritte Gruppe von Antennen aus den Empfangspegeln der Empfangssignale der beiden
orthogonalen Polarisationsformen die polarimetrische Information des
reflektierenden Objekts bestimmt wird. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, dass bei der Bestimmung der Empfangspegel der Empfangssignale der beiden im Wesentlichen orthogonalen Polarisationsformen die unterschiedlichen
Gruppenfaktoren der jeweils beteiligten Sende- und Empfangsantennen sowie die unterschiedlichen Gewinnfaktoren der Antennen berücksichtigt werden. Durch die unterschiedlichen Aperturen und damit unterschiedlichen Reichweiten und Öffnungswinkeln sind die Empfangspegel der beiden elektromagnetischen Signale mit unterschiedlichen Polarisationsformen nicht direkt miteinander vergleichbar. Werden diese Empfangspegel jedoch mit den jeweiligen Gewinn- und Gruppenfaktoren gewichtet, so sind die Empfangspegel miteinander vergleichbar und es kann die Reflektivität der einzelnen Polarisationsformen, gegebenenfalls auf unterschiedlichen Empfangswegen, ausgewertet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere an der Kraftfahrzeugfront befestigt ist und eine Objektdetektion im Rahmen einer Abstands- und Geschwindigkeitsregelung oder einer
Kollisionsvermeidungs- Funktion durchführt. Da die Empfangssignale neben der polarimetrischen Messung auch eine Auswertung der Signallaufzeit und eines Dopplereffekts eines detektierten Objektes ermöglicht, kann das
erfindungsgemäße System neben der polarimetrischen Messung auch eine Abstandsregelung oder eine Auslösung einer Notbremsung zur Vermeidung einer Kollision durchführen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass bei der Ausbreitung der beiden unterschiedlich polarisierten elektromagnetischen Wellen über unterschiedliche Ausbreitungswege, die aus den unterschiedlichen Empfangspegeln gewonnene polarimetrische Information zur Straßenzustandserkennung, insbesondere zur Ermittlung des witterungsabhängigen Straßenzustands verwendet wird. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass das Reflexionsvermögen
unterschiedlicher Ausbreitungswege analysiert wird und damit die Rauigkeit der Asphaltoberfläche der befahrenen Straße, das Vorhandensein von Schlaglöchern in der Fahrbahnoberfläche, Bodenwellen in der Fahrbahn oder ein
Witterungszustand der Fahrbahnoberfläche erkannt wird und dabei insbesondere ermittelt wird, ob die Straßenoberfläche trocken, nass, schneebedeckt oder vereist ist. Vorteilhafterweise kann dem Messergebnis direkt ein m- Faktor zugeordnet werden, um die Griffigkeit der Reifen auf der momentan befahrenen Fahrbahnoberfläche zu beschreiben. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer
Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines
erfindungsgemäßen Sende- und Empfangssystems,
Figur 2 eine Antennenausführung als Einzelspalte, die vorteilhafterweise als erste Antenne verwendet wird,
Figur 3 eine Ausführungsform der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen als Doppelspalte,
Figur 4 eine Ausführung der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von
Antennen als mehrspaltiges Array von Patch-Antennen,
Figur 5 eine Ausführungsform der dritten Antenne oder dritten Gruppe von
Antennen, die aus einer Kombination aus einer Antenneneinzelspalte und einem mehrspaltigen Array von Patch-Antennen besteht,
Figur 6 einer Ausführung der dritten Antenne oder der dritten Gruppe von
Antennen, bestehend aus einer Kombination einer Antennendoppelspalte mit einem mehrspaltigen Array von Patch-Antennen,
Figur 7 eine beispielhafte Anordnung der drei Antennen bzw. drei Gruppen von Antennen auf einer Leiterplatte,
Figur 8 eine beispielhafte Fahrsituation mit Mehrwegeempfang und
polarimetrische Auswertung der Empfangssignale und Figur 9 ein Schaubild, das die Empfangspegel der unterschiedlichen
Polarisationsformen abhängig vom Witterungszustand der
Fahrbahnoberfläche darstellt.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Sende- und Empfangssystems. Zu erkennen ist ein
Radarsensor 1, der linkerhand dargestellt ist sowie ein detektiertes Objekt 2, das schematisch als Kreis in der rechten Hälfte der Figur dargestellt ist. Der
Radarsensor 1 weist weiterhin eine erste Antenne oder eine erste Gruppe von Antennen 3 auf, mittels der ein erstes Sendesignal Txl ausgesandt wird.
Weiterhin weist der Radarsensor 1 eine zweite Antenne oder eine zweite Gruppe von Antennen 4 auf, mittels der ein zweites Sendesignal Tx2 ausgesandt wird. Dabei sendet die erste Antenne oder erste Gruppe von Antennen 3 beispielhaft ein horizontal polarisiertes Sendesignal 6 in Richtung des zu detektierenden Objekts 2 aus. Die zweite Antenne oder zweite Gruppe von Antennen sendet ein vertikal polarisiertes Sendesignal 7 aus, das auch als Tx2 dargestellt ist. Die beiden Sendesignale Txl und Tx2 6,7, die zueinander im Wesentlichen orthogonal polarisierte Polarisationsformen aufweisen, werden am detektierten Objekt 2 reflektiert und als Empfangssignale 8, das ein horizontal polarisiertes Empfangssignal sowie das Empfangssignal 9, das als vertikal polarisiertes Empfangssignal ausgeführt ist, von der dritten Antenne oder dritten Gruppe von Antennen 5 des Radarsensors 1 empfangen. Die dritte Antenne oder dritte Gruppe von Antennen 5 des Radarsensors 1 ist zum Empfangen der reflektierten Sendesignale Txl und Tx2 als Empfangssignal Rx ausgeführt. Dabei können die Empfangssignale 8, 9 auch unterschiedliche Ausbreitungswege zwischen dem detektierten Objekt 2 und dem Radarsensor 1 aufweisen. Aus der Analyse des Empfangspegels der beiden Empfangssignale 8, 9 im Radarsensor 1 ist es weiterhin möglich, eine polarimetrische Auswertung durchzuführen und damit Eigenschaften des Materials des Reflexionspunkts zu bestimmen und damit beispielsweise den Straßenzustand, insbesondere den Witterungszustand der Fahrbahnoberfläche zu ermitteln und für Fahrfunktionen eines Fahrzeugs zu nutzen.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen 3 zum Senden des ersten Sendesignals Txl, aufweisend eine erste Polarisationsform, gezeigt. Bei der Verwendung einer ersten Gruppe von Antennen 3 ist die dargestellte Einzelspalte mehrfach ausgeführt, sodass diese in mehreren Einzelspaltenantennen eine Gruppenantenne, beispielsweise zur Erhöhung der Apertur der Vorrichtung, ausgeführt ist. Es wird daher im Weiteren lediglich die erste Antenne 3 als Einzelantenne beschrieben, jedoch gelten die Ausführungen auch für die Ausführungsform, dass diese Einzelspaltenantenne mehrfach ausgeführt ist und als Gruppenantenne verwendet wird. Am unteren Ende der Abbildung wird das Sendesignal Txl zugeführt, das über eine beispielhaft vertikal ausgerichtete Speiseleitung der Antenne zugeführt wird. Dabei ist die Leiterplatte, auf der die Antenne 3 aufgebracht ist, parallel zur Zeichenoberfläche ausgerichtet und weist eine Sende- und Empfangseinrichtung orthogonal zur Zeichenebene auf. An dieser vertikal ausgerichteten Speiseleitung sind Stichleitungen, sogenannte Stubs, angeordnet, die als Sendeelemente wirken. Dabei ist die Länge dieser Stubs, die Breite der Stubs sowie die
Abstände der Anschlusspunkte der einzelnen Stubs 11 an der Speiseleitung 10 von der Dimensionierung der Antenneneigenschaften und dem verwendeten Sendesignal, insbesondere der Sendefrequenz, abhängig zu dimensionieren und zu gestalten.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführung der ersten Antenne oder der ersten Gruppe von Antennen 3 in Form einer Doppelspalten-Antenne dargestellt. Dabei ist die in Figur 2 beschriebene Einzelspalten-Antenne 3 doppelt nebeneinander ausgeführt, wobei die beiden Antennenspalten nebeneinander parallel ausgerichtet sind, so dass die beiden Speiseleitungen 10 zueinander parallel verlaufen. Beide Einzelspalten- der Doppelspaltenantennen werden mittels des gleichen Sendesignals Txl versorgt und senden damit gleichzeitig
elektromagnetische Strahlung aus. Durch die Vergrößerung der Apertur durch Verdoppelung der Einzelspaltenantenne aus Figur 2 in eine
Doppelspaltenantenne gemäß Figur 3 erhält man eine Antenne mit größerer Reichweite und schmalerer Sendekeule. Die Auswahl der ersten Antenne bzw. der ersten Gruppe von Antennen 3 als Einzelspaltenantenne oder
Doppelspaltenantenne ist von der jeweiligen Sendeleistung, der Anwendung der Vorrichtung sowie der Ausbreitungsbedingungen abhängig und kann durch den Fachmann ohne Weiteres durchgeführt werden.
Die von der Einzelspaltenantenne 3 nach Figur 2 bzw. der Doppelspaltenantenne nach Figur 3 abgestrahlten Sendesignale sind dabei horizontal polarisierte elektromagnetische Signale, deren Polarisationsebene parallel zur Ausrichtung der Sendeelemente 11 und damit orthogonal zur Ausrichtung der Speiseleitung 10 liegt.
In Figur 4 ist eine Ausführungsform der zweiten Antenne oder der zweiten Gruppe von Antennen 4 als ein vertikal polarisiert sendendes, mehrspaltiges Array von Patch-Antennen dargestellt. Zu erkennen ist am unteren Ende der Figur 4 eine Speiseleitung 12, über die ein zweites Sendesignal Tx2 zugeführt wird. Die Speiseleitung 12 verzweigt in eine Verteilleitung 13, an der mehrere Spalten 14 angeschlossen sind. Dabei sind die Spalten 14, die gemeinsam ein Array an Patch-Antennen bilden, zueinander parallel ausgerichtet. Jede Spalte besteht aus einer Abfolge von rechtwinkligen Antennenpatches 15, die durch die Serienspeisungselemente 16 miteinander seriell verbunden sind. Dabei weist jede Antennenspalte 14 die gleiche Anzahl an Antennenpatches 15 auf sowie die gleichen Längen an Serienspeisungselementen 16 zwischen den Patch- Antennen 15. Das Sendesignal Tx2, das über die Verteilleitung 13 auf alle Antennenspalten 14 der Array-Antenne 4 verteilt wird, wird durch die
Antennenpatches 15 abgestrahlt, wobei die abgestrahlten, elektromagnetischen Signale Tx2 vertikal polarisierte Signale sind, deren Polarisationsebene parallel zur Ausrichtung der Antennenspalten 14 ausgerichtet sind.
In Figur 5 ist eine Ausführungsform der dritten Antenne bzw. dritten Gruppe von Antennen 5 zum Empfang der Empfangssignale Rx beider Polarisationsformen dargestellt. So besteht die dargestellte Ausführungsform dieser dritten Antenne bzw. dritten Gruppe von Antennen 5 aus einem mehrspaltigen Array von Patch- Antennen, bei dem eine Spalte an Patch-Antennen, vorzugsweise in der Mitte der Antenne, ausgelassen wurde. Stattdessen wurde an dieser ausgelassenen Stelle eine Einzelspaltenantenne gemäß der Ausführung der ersten Antenne oder ersten Gruppe von Antennen 3 eingefügt. So ist in Figur 5 mittig in der
Antennenstruktur die Einzelspaltenantenne 3 dargestellt, die aus einer
Speiseleitung 10 mit daran abzweigenden Sendeelementen 11, den Stubs, besteht. Diese horizontal polarisiert empfangende Antennenstruktur ist links- und rechtsseits von den Spalten des vertikal polarisiert empfangenden mehrspaltigem Arrays von Patch-Antennen umgeben, das aus mehreren Antennenspalten 14 besteht und aus seriell angeordneten Patch-Antennen besteht. Sämtliche Antennenstrukturen werden mittels einer Verteilleitung 13, dargestellt am unteren Ende der Figur 5 miteinander verbunden und über eine Empfangsleitung 17 mit einer Auswerteschaltung verbunden, so dass über die Empfangsleitung 17 das Empfangssignal Rx an die Empfangsschaltung weitergegeben wird. Die mittig in dieser Antennenstruktur dargestellte Einzelspalte 3 kann wahlweise auch am linken Rand der Antennenstruktur, am rechten Rand der Antennenstruktur oder beiderseits der Antennenstruktur angebracht sein.
In Figur 6 ist eine Abwandlung der in Figur 5 vorgestellten Empfangsantenne dargestellt. So ist, wie zu Figur 5 bereits beschrieben, in der Variante der Figur 6 mittig eine Struktur, bestehend aus einer Doppelspalte gemäß Figur 3, eingefügt. Diese Doppelspaltenstruktur gemäß Figur 3 besteht aus zwei
Einzelspaltenantennen 3, die wiederum jeweils aus einer Speiseleitung 10 und den horizontal polarisiert empfangenden Sendeelementen 11, den sogenannten Stubs, besteht. Beiderseits dieser Doppelspaltenstruktur sind wiederum seriell verbundene Patch-Antennenspalten 14, die als vertikal polarisiert empfangende, mehrspaltige Patch-Antennen funktionieren, angeordnet. Auch in diesem
Ausführungsbeispiel werden sämtliche Antennenspalten 3, 14 über eine
Verbindungsleitung 13 bzw. Verteilleitung 13 zu einer Empfangsleitung 17 zusammengeführt, über die das Empfangssignal Rx einer Auswerteschaltung 19 zugeführt werden kann. Auch das in Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel der Empfangsantenne kann flexibel variiert werden, beispielsweise indem die beiden Einzelspalten 3 jeweils am linken sowie am rechten Rand der Patch- Antennenstruktur aufgebracht sind oder beispielsweise Einzelspaltenantennen 3 abwechselnd mit Antennenspalten 14, bestehend aus Arrays von Patch- Antennen, miteinander kombiniert werden.
In Figur 7 ist beispielhaft eine Sende- und Empfangsschaltung dargestellt, die im Radarsensor 1 enthalten sein kann. Dabei ist eine Hochfrequenzleiterplatte 18 dargestellt, auf der eine Sende- und Empfangsschaltung 19 aufgebracht ist.
Diese Sende- und Empfangsschaltung 19 kann beispielsweise als MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) ausgeführt sein und ist in der Lage sowohl die Sendesignale Txl, Tx2 zu erzeugen, als auch Empfangssignale Rx auszuwerten. An diese Sende- und Empfangsschaltung 19 sind die
vorgesehenen Antennenstrukturen angeschlossen. So werden über die beiden Zuleitungen 20 die beiden ersten Antennen 3 bzw. die Gruppe von ersten Antennen 3 zum Senden des Sendesignals Txl verbunden. Diese ersten Antennen 3 bzw. erste Gruppe von Antennen 3 sind dabei die horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten 3. Weiterhin werden von der Sende- und Empfangsschaltung 19 über die Zuleitungen 21 Sendesignale Tx2 an die zweiten Antennen 4 bzw. die zweite Gruppe von Antennen 4 geleitet, die vertikal polarisierte Sendesignale aussenden. Diese zweiten Antennen 4 bzw. diese zweite Gruppe von Antennen 4 sind als mehrspaltiges Array von Patch-Antennen ausgeführt. Im Fall, dass man mit dem Radarsensor 1 azimutale Winkel des erkannten Objekts 2 detektieren möchte, empfiehlt es sich, die zueinander gehörenden ersten Antennen 3, zweiten Antennen 4 oder dritten Antennen 5 jeweils horizontal nebeneinander anzuordnen, so dass man über die
Phasenunterschiede der Einzelantennen einer jeden Gruppe von Antennen den Azimutwinkel des erkannten Objekts 2 ermitteln kann. Im oberen Teil der Hochfrequenz-Leiterplatte 18 sind die Empfangsantennen 5 dargestellt, die die dritten Antennen 5 bzw. die dritte Gruppe von Antennen 5 bilden. Diese dritten Antennen 5 bzw. dritte Gruppe von Antennen 5 bestehen aus mehreren, im dargestellten Beispiel aus 4, kombinierten Empfangsantennen, die jeweils aus einer Einzelspalte 3 und aus links- sowie rechtsseits davon angeordneten mehrspaltigen Arrays von Patch-Antennen 14, zusammengesetzt sind. Diese dargestellte Antennenstruktur des Gesamtsystems ist selbstverständlich auch mittels der alternativ dargestellten Ausführungsformen mit
Doppelspaltenantennen anstatt der Einzelspaltenantennen oder anderer, dem Fachmann geläufiger Varianten der bekannten Ausführungsformen,
abwandelbar.
So kann mit dem System nach Figur 7 über die Zuleitungen 20 auch ein horizontal polarisiertes Sendesignal Txl abgestrahlt werden sowie über die Zuleitungen 21 ein vertikal polarisiertes Sendesignal Tx2 abgestrahlt werden. Mittels der Empfangsantennen 5 und der Zuleitungen 22 können sowohl vertikal als auch horizontal polarisierte Empfangssignale Rx gleichzeitig empfangen werden bzw. beim abwechselnden Senden zu jedem Zeitpunkt das
entsprechende Empfangssignal Rx empfangen werden, so dass eine doppelte Ausführung der Empfangskanäle nicht notwendig ist.
In Figur 8 ist eine beispielhafte Anwendung dieses Systems dargestellt, bei dem ein Fahrzeug 23 mittels eines Radarsensors 1 an der Fahrzeugfront ausgestattet ist. Dieses Fahrzeug 23 folgt einem vorausfahrenden Fahrzeug 24 auf der Fahrbahn 25. Dabei kann der Radarsensor 1 beispielhaft eine Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (ACC) durchführen oder eine Notbremsfunktionalität überwachen und eine gegebenenfalls notwendige Notbremsung auslösen. Durch die erfindungsgemäße Ausführung ist der Radarsensor 1 in der Lage, die Beschaffenheit der Oberfläche der Fahrbahn 25, insbesondere die
Witterungsbedingungen der Fahrbahn 25 zu ermitteln. Hierzu werden durch den Radarsensor 1 Sendesignale 26 in Richtung des vorausfahrenden Fahrzeugs 24, dem erkannten Objekt 2, ausgestrahlt. Das Sendesignal 26 besteht hierbei sowohl aus horizontal polarisierten wie aus vertikal polarisierten Sendesignalen, die entsprechend in einem gängigen Multiplexverfahren wie beispielsweise Zeitmultiplex gesendet werden.
Die am vorausfahrenden Fahrzeug 24 reflektierten Sendesignale werden als Empfangssignale 27, 28 zum Radarsensor 1 zurückgestrahlt. Dabei ist es möglich, dass Empfangssignale als direkte Empfangssignale 27 zum Sensor 1 zurückgestrahlt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass die am
vorausfahrenden Fahrzeug 24 reflektierten Empfangssignale in Richtung der Fahrbahnoberfläche 25 zurückgestrahlt werden und an einem Reflexionspunkt 29 auf der Fahrbahnoberfläche reflektiert werden und somit als indirektes
Empfangssignal 28 über den Reflexionspunkt 29 durch den Sensor 1 empfangen werden. Durch die Reflexion 29 auf der Fahrbahn ist es möglich, dass bestimmte Polarisationsanteile des indirekt empfangenen Signals 28 absorbiert oder in andere Richtungen als dem Sensor 1 reflektiert werden. Durch die Auswertung der beiden Empfangspegel des direkten Empfangssignals 27 und des indirekten Empfangssignals 28 kann damit die Reflektivität der Fahrbahnoberfläche, insbesondere die unterschiedliche Reflektivität von Signalanteilen mit
veschiedenen Polarisationen ausgewertet werden, womit insbesondere auf den Witterungszustand der Fahrbahnoberfläche am Reflexionspunkt 29 geschlossen werden ermittelt werden kann.
So ist in Figur 9 beispielhaft ein Diagramm der Empfangssignale zu den unterschiedlichen Witterungszuständen nass und trocken dargestellt. Auf der Abszisse ist eine Abstandsachse 31 dargestellt, die den Abstand des
vorausfahrenden Fahrzeugs 24 zum eigenen Fahrzeug 23 angibt. Auf der Ordinate 30 ist das Rauschsignalverhältnis SNR der Empfangspegel der
Empfangssignale 27, 28 aufgetragen. Durch die dargestellten Kurven kann zwischen dem trockenen und dem nassen Fall der Fahrbahnoberfläche 25 unterschieden werden. So ist durch die durchgezogenen Linien 35, 36 der Verlauf der Empfangspegel über die Abstände für eine trockene Straße aufgetragen, wobei die Linie 35 die vertikale Polarisation auf der trockenen Fahrbahnoberfläche sowie die Linie 36 die horizontale Polarisation auf trockener Straße darstellt. Die vertikal polarisierten Empfangssignale repräsentieren hierbei das direkte Empfangssignal 27 und das schwächere Empfangssignal 36 das horizontal polarisierte, indirekte Empfangssignal 28. Fährt man von trockener Fahrbahn auf einen nassen Fahrbahnabschnitt, so ändert sich nicht die
Entfernung der Empfangspegel, jedoch deren Intensitäten. So wird der
Empfangspegel des vertikal polarisierten, direkten Empfangssignals 27 auf nasser Fahrbahn vom Kurvenverlauf 35 zum Kurvenverlauf 33 angehoben und das indirekte, horizontal polarisierte Empfangssignal 28 vom Verlauf 36 abgeschwächt, so dass sich der Verlauf der gestrichelten Linie 34 ergibt. Durch die Veränderung der Intensitäten der beiden Empfangspegel kann hierbei auf eine nasse Fahrbahn geschlossen werden, da sich das Verhalten der Kurven zueinander und die Position der destruktiven Interferenz zwischen den beiden Polarisationen unterscheidet.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Aussenden und Empfangen elektromagnetischer
Strahlung, wobei zum Aussenden und Empfangen unterschiedliche
Antennen (3, 4, 5) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Antenne (3) oder eine erste Gruppe von Antennen (3) zum Senden in einer ersten Polarisationsform (6) verwendet wird,
eine zweite Antenne (4) oder eine zweite Gruppe von Antennen (4) zum Senden in einer zweiten Polarisationsform (7) verwendet wird und eine dritte Antenne (5) oder eine dritte Gruppe von Antennen (5) zum Empfangen der reflektierten elektromagnetischen Strahlung (8, 9) verwendet wird, die von der ersten Antenne (3) oder der ersten Gruppe von Antennen
(3) sowie der zweiten Antenne (4) oder der zweiten Gruppe von Antennen
(4) ausgesendet wurde.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Polarisationsform (6) und die zweite Polarisationsform (7) im Wesentlichen zueinander orthogonale Polarisationen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die dritte Antenne (5) oder die dritte Gruppe von Antennen (5) sowohl die erste Polarisationsform (6) als auch die zweite Polarisationsform (7) empfangen kann.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Antenne (3) oder die erste Gruppe von Antennen (3) aus horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten (11) oder Doppelspalten (Fig.2) besteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antenne (4) oder die zweite Gruppe von Antennen (4) aus einem oder mehreren vertikal polarisiert sendenden mehrspaltigem Array (14) von Patchantennen (15) besteht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die dritte Antenne (5) oder die dritte Gruppe von Antennen (5) aus einer Kombination horizontal polarisiert empfangender Einzelspalten (11) oder Doppelspalten (??)gemäß der ersten Antenne (3) oder der ersten Gruppe von Antennen (3) und vertikal polarisiert
empfangender mehrspaltiger Array (14) von Patchantennen (15) gemäß der zweiten Antenne (4) oder der zweiten Gruppe von Antennen (4) besteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sendesignale (6, 26) der ersten Antenne (3) oder der ersten Gruppe von Antennen (3) und die Sendesignale (7) der zweiten Antenne (4) oder der zweiten Gruppe von Antennen (4) unterschiedliche Entfernungsbereiche erfassen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sendesignale (6) der ersten Antenne (3) oder der ersten Gruppe von Antennen (3) und die Sendesignale (7) der zweiten Antenne (4) oder der zweiten Gruppe von Antennen (4) unterschiedliche Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs (FoV) aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Antenne (3) oder die erste Gruppe von Antennen (3), die aus horizontal polarisiert sendenden Einzelspalten (11) oder Doppelspalten (Fig.2) besteht, einen nahen Entfernungsbereich und einen großen Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs aufweist und die zweite Antenne (4) oder die zweite Gruppe von Antennen (4), die aus einem oder mehreren vertikal polarisiert sendenden mehrspaltigem Array (14) von Patchantennen (15) besteht, einen weiten Entfernungsbereich und einen kleinen Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Antenne (5) oder die dritte Gruppe von Antennen (5) aus den Empfangspegeln der Empfangssignale (8, 9, 27, 28) der beiden orthogonalen Polarisationsformen (6, 7) die polarimetrische Information des reflektierenden Objekts (24, 25, 29) bestimmt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Bestimmung der Empfangspegel der Empfangssignale (8, 9, 27, 28) der beiden im Wesentlichen orthogonalen Polarisationsformen (6, 7) die unterschiedliche Gruppenfaktoren der jeweils beteiligten Sende- und Empfangsantennen (3, 4, 5) sowie die unterschiedlichen Gewinnfaktoren der Antennen (3, 4, 5) berücksichtigt werden.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an einem Kraftfahrzeug (23), insbesondere an der Kraftfahrzeugfront, befestigt ist und eine
Objektdetektion (24) im Rahmen einer Abstands- und
Geschwindigkeitsregelung oder einer Kollisionsvermeidung durchführt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Ausbreitung der beiden unterschiedlich polarisierten elektromagnetischen Wellen (6, 7) über unterschiedliche Ausbreitungswege (28, 29) die aus den unterschiedlichen Empfangspegeln gewonnene polarimetrische Information zur Strassenzustandserkennung (29), insbesondere zur Ermittlung des witterungsabhängigen Strassenzustands (29), verwendet wird.
EP18786286.7A 2017-12-20 2018-10-11 Vorrichtung zum aussenden und empfangen elektromagnetischer strahlung Withdrawn EP3729559A1 (de)

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DE102017223471.7A DE102017223471A1 (de) 2017-12-20 2017-12-20 Vorrichtung zum Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung
PCT/EP2018/077703 WO2019120672A1 (de) 2017-12-20 2018-10-11 Vorrichtung zum aussenden und empfangen elektromagnetischer strahlung

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US (1) US11579243B2 (de)
EP (1) EP3729559A1 (de)
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KR (1) KR102554214B1 (de)
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