Verkehr

ANTENNENENTWICKLUNG FÜR DEN AUTOMOBILBEREICH

In modernen Personen- und Lastkraftwagen wird heutzutage eine große Anzahl von Systemen verbaut, deren Funktion ohne die Verwendung einer geeigneten Antenne nicht gegeben wäre. Diese Systeme dienen der Kommunikation, der Datenübertragung, der Navigation, der Fernerkundung und letztendlich dem Radio- und Fernsehempfang. Das FHR unterstützt seit geraumer Zeit verschiedene deutsche Industrieunternehmen bei der Entwicklung solcher Antennen und der dazugehörenden Hochfrequenzschaltungen.

Antenne für 24 GHz Automotive-Radar.
© Fraunhofer FHR

Antenne für 24 GHz Automotive-Radar.

Strukturintegrierte Antenne mit gerichteter, oberflächennaher Abstrahlung.
© Fraunhofer FHR

Strukturintegrierte Antenne mit gerichteter, oberflächennaher Abstrahlung.

Kompakte GPS-Gruppenantenne zur effizienten Unterdrückung von Störsignalen und Mehr- wegeausbreitungseffekten.
© Fraunhofer FHR

Kompakte GPS-Gruppenantenne zur effizienten Unterdrückung von Störsignalen und Mehr- wegeausbreitungseffekten.

Traditionsgemäß stellen Radaranwendungen für das Fraunhofer FHR den wichtigsten Anwendungsbereich dar. So unterstützen die Wissenschaftler bereits seit vielen Jahren einen großen deutschen Automobilzulieferer bei der Entwicklung immer neuer Generationen von Automotive-Radargeräten, die im ISM-Band bei 24 GHz arbeiten. Diese Geräte sind für eine extrem große Stückzahl konzipiert und müssen dementsprechend kostengünstig in der Herstellung sein, was für den Entwurfsprozess eine besondere Herausforderung darstellt. Hier ist eine große Robustheit gegenüber Herstellungs-, Material- und Montagetoleranzen gefragt. Der millionenfache Einsatz in über vierzig Fahrzeugmodellen spricht für sich.

In der nahen Zukunft werden sich die Wissenschaftler des Instituts aber auch mit Automotive-Radaren bei höheren Frequenzen auseinandersetzen: Die Antennenentwicklung für den Frequenzbereich um 77 GHz hält neue Herausforderungen bereit. Hier sollen neue Materialien und Herstellungstechnologien untersucht werden.

DSRC ist eine Akronym für „Dedicated Short-Range Communication“ und wurde in Europa als Norm für Mauterhebung und Zugangskontrolle implementiert. Zum Zweck der elektronischen Mauterhebung findet der Datenaustausch zwischen Mautstation und im Fahrzeug verbautem Transpondersystem mit Hilfe solcher Antennen statt. Für ein Unternehmen, welches unter anderem Messfahrzeuge zur Kontrolle von Mautsystemen ausstattet, entwickelt das Fraunhofer FHR derzeitig eine DSRC-Antenne, die deutlich kostengünstiger in der Herstellung sein wird, als die typischen Antennen für diesen Anwendungsfall bisher.

Antennen mit sehr großer Bandbreite eignen sich für sog. „Ultra Wide Band“-Anwendungen. UWB ist eine Technologie, um große Datenmengen mit kurzen, breitbandigen Pulsen geringer Leistung über kurze Entfernungen zu übertragen. Diese Technologie eignet sich auch, um z. B. Entfernungen, Positionen, Schichtdicken oder Materialeigenschaften zu vermessen. Im Automotive-Umfeld kommt UWB in Anwendungsbereichen wie der in-car-Kommunikation, der Positionsbestimmung, der Messung von Reifendruck und Reifenprofil oder der passagierabhängigen Einstellung der Mensch-/Maschine-Schnittstelle des Fahrzeugs zum Einsatz. Die Wissenschaftler des Fraunhofer FHR entwickeln die entsprechenden anwendungsspezifischen UWB-Antennen für automobile Zulieferunternehmen unter Berücksichtigung des direkten Antennenumfelds. Hier stellen Platzbedarf, Herstellbarkeit, Kosten und die parasitäre Interaktion mit anderen Komponenten besondere Herausforderungen dar.

Das Erscheinungsbild eines Automobils nimmt bei der Entwicklung eines neuen Modells einen sehr hohen Stellenwert ein und viele Systeme müssen sich entsprechend unterordnen. Dies gilt natürlich auch für sämtliche Antennen. Das Fraunhofer FHR verfügt über umfangreiche Erfahrungen auf dem Gebiet der konformen und strukturintegrierten Antennen. So wurde kürzlich eine komplementäre Yagi-Uda-Antenne entwickelt, die gerichtet mit vertikaler Polarisation entlang einer metallischen Oberfläche abstrahlt. Dabei ist die Antenne formschlüssig in die Oberfläche integriert ohne aus dieser herauszuragen.

Navigationssysteme basierend auf z. B. dem Global Positioning System (GPS) sind mittlerweile Standard im Automotive-Bereich. Mit entsprechenden Antennen beschäftigt sich das Fraunhofer FHR bereits seit vielen Jahren. Hier standen hauptsächlich miniaturisierte Gruppenantennen im Fokus, mit denen sich Störsignale und Mehrwegeausbreitungseffekte wirksam unterdrücken lassen. Die Metamaterialtechnologie hat in diesem Zusammenhang zu diversen innovativen Lösungen geführt.