DE102020201025A1

DE102020201025A1 - Antenna arrangement for a radar sensor

Info

Publication number: DE102020201025A1
Application number: DE102020201025.0A
Authority: DE
Inventors: Mouhammad Alhumaidi
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenanordnung (10) für einen Radarsensor, mit: mehreren Empfangsantennen (RX1-RX4) und mehreren Sendeantennen (TX1-TX3), die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, wobei ein Großteil der Sendeantennen (GT) bezüglich einer ersten Achse (x) an unterschiedlichen Positionen und bezüglich einer orthogonal zu der ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (y) an derselben Position angeordnet sind; ein Anteil der Empfangsantennen (AE) bezüglich der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen und bezüglich der zweiten Achse an derselben Position angeordnet sind, wobei der Anteil der Empfangsantennen mindestens die Hälfte der Empfangsantennen umfasst; mindestens eine versetzte Sendeantenne (VT) der mehreren Sendeantennen an einer anderen Position bezüglich der zweiten Achse als der Großteil der Sendeantennen angeordnet ist, wobei die andere Position bezüglich der zweiten Achse einen geringeren Abstand zu der Position des Großteils der Empfangsantennen aufweist als der Großteil der Sendeantennen; und mindestens zwei versetzte Empfangsantennen (VE) der mehreren Empfangsantennen an anderen Positionen bezüglich der zweiten Achse als der Anteil der Empfangsantennen angeordnet sind, wobei die anderen Positionen bezüglich der zweiten Achse einen geringeren Abstand zu der Position des Großteils der Sendeantennen aufweisen als der Anteil der Empfangsantennen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Radarsensor.The present invention relates to an antenna arrangement (10) for a radar sensor, having: several receiving antennas (RX1-RX4) and several transmitting antennas (TX1-TX3), which are arranged on a circuit board, with a majority of the transmitting antennas (GT) with respect to a first axis (x) are arranged at different positions and at the same position with respect to a second axis (y) extending orthogonally to the first axis; a proportion of the receiving antennas (AE) are arranged at different positions with respect to the first axis and at the same position with respect to the second axis, the proportion of the receiving antennas comprising at least half of the receiving antennas; at least one offset transmission antenna (VT) of the plurality of transmission antennas is arranged at a different position with respect to the second axis than the majority of the transmission antennas, the other position with respect to the second axis being at a smaller distance from the position of the majority of the reception antennas than the majority of the transmission antennas ; and at least two offset receiving antennas (VE) of the plurality of receiving antennas are arranged at different positions with respect to the second axis than the portion of the receiving antennas, the other positions with respect to the second axis being at a smaller distance from the position of the majority of the transmitting antennas than the portion of the receiving antennas . The present invention also relates to a radar sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für einen Radarsensor sowie einen Radarsensor.The present invention relates to an antenna arrangement for a radar sensor and a radar sensor.

Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.Modern vehicles (cars, vans, trucks, motorcycles, etc.) have a large number of sensors that provide the driver with information and control individual functions of the vehicle in a partially or fully automated manner. The surroundings of the vehicle and other road users are recorded via sensors. Based on the recorded data, a model of the vehicle environment can be generated and changes in this vehicle environment can be reacted to.

Ein wichtiges Sensorprinzip ist dabei die Radartechnik. Die meisten heutzutage im Fahrzeugbereich eingesetzten Radarsensoren arbeiten als Multipuls-Radarsensoren (auch als Chirp Sequence-Radarsensoren bezeichnet), bei denen in kurzen Abständen mehrere frequenzmodulierte Pulse ausgesendet werden. Die Radarsensoren umfassen typischerweise mehrere Sende- und Empfangsantennen (Antennenarray), die ein Array virtueller Empfangskanäle des Radarsensors (RX/TX-Antennenpaare bzw. virtuelles Empfangsarray) bilden. In jedem virtuellen Empfangskanal erfolgt ein Heruntermischen in das Basisband, eine Filterung und anschließend eine Digitalisierung des so erhaltenen Basisbandsignals. Durch eine Vorverarbeitung der Basisbandsignale für jeden Empfangskanal kann eine Detektion und Lokalisierung eines Ziels, also eines Objekts in einem Sichtfeld des Radarsensors erfolgen.Radar technology is an important sensor principle. Most of the radar sensors used today in the vehicle sector work as multi-pulse radar sensors (also referred to as chirp sequence radar sensors), in which several frequency-modulated pulses are emitted at short intervals. The radar sensors typically include several transmitting and receiving antennas (antenna array), which form an array of virtual receiving channels of the radar sensor (RX / TX antenna pairs or virtual receiving array). In each virtual reception channel, the baseband signal is downmixed, filtered and then the baseband signal obtained in this way is digitized. By preprocessing the baseband signals for each receiving channel, a target, that is to say an object, can be detected and localized in a field of view of the radar sensor.

In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2014 219 113 A1 eine MIMO-Radarvorrichtung zum entkoppelten Bestimmen eines Elevationswinkels und eines Azimutwinkels eines Objekts sowie ein Verfahren zum Betreiben einer MIMO-Radarvorrichtung. Die MIMO-Radarvorrichtung umfasst: ein Antennenarray mit mehreren Sendeantennen, deren Phasenzentren entlang einer ersten Koordinatenrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind, und mehreren Empfangsantennen, deren Phasenzentren entlang der ersten Koordinatenrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Das jeweilige Phasenzentrum zumindest einer der Sendeantennen ist von den jeweiligen Phasenzentren der übrigen Sendeantennen um einen Versatzwert entlang einer zweiten Koordinatenrichtung beabstandet. Das jeweilige Phasenzentrum zumindest einer der Empfangsantennen ist von den jeweiligen Phasenzentren der übrigen Sendeantennen um den Versatzwert entlang der zweiten Koordinatenrichtung beabstandet.In this context, describes the DE 10 2014 219 113 A1 a MIMO radar device for decoupled determination of an elevation angle and an azimuth angle of an object and a method for operating a MIMO radar device. The MIMO radar device comprises: an antenna array having a plurality of transmission antennas, the phase centers of which are arranged at a distance from one another along a first coordinate direction, and a plurality of reception antennas, the phase centers of which are arranged at a distance from one another along the first coordinate direction. The respective phase center of at least one of the transmitting antennas is spaced from the respective phase centers of the remaining transmitting antennas by an offset value along a second coordinate direction. The respective phase center of at least one of the receiving antennas is spaced from the respective phase centers of the remaining transmitting antennas by the offset value along the second coordinate direction.

Nachteilig an bisherigen Ansätzen ist, dass die Antennenanordnung oft einen vergleichsweise großen Raum beansprucht, um ein ausreichend großes virtuelles Empfangsarray zu bilden. Es soll eine ausreichende Marge zur Auflösung von Winkelmehrdeutigkeiten erreicht werden. Zudem soll eine Gesamtgröße des Radarsensors möglichst klein und damit möglichst kostengünstig fertigbar sein.A disadvantage of previous approaches is that the antenna arrangement often takes up a comparatively large space in order to form a sufficiently large virtual receiving array. A sufficient margin for resolving angular ambiguities should be achieved. In addition, an overall size of the radar sensor should be as small as possible and thus be able to be manufactured as cheaply as possible.

Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Antennenanordnung für einen Radarsensor, mit:

mehreren Empfangsantennen und mehreren Sendeantennen, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, wobei
ein Großteil der Sendeantennen bezüglich einer ersten Achse (x) an unterschiedlichen Positionen und bezüglich einer orthogonal zu der ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (y) an derselben Position angeordnet sind;
ein Anteil der Empfangsantennen bezüglich der ersten Achse an unterschiedlichen Positionen und bezüglich der zweiten Achse an derselben Position angeordnet sind, wobei der Anteil der Empfangsantennen mindestens die Hälfte der Empfangsantennen umfasst;
mindestens eine versetzte Sendeantenne der mehreren Sendeantennen an einer anderen Position bezüglich der zweiten Achse als der Großteil der Sendeantennen angeordnet ist, wobei die andere Position bezüglich der zweiten Achse einen geringeren Abstand zu der Position des Großteils der Empfangsantennen aufweist als der Großteil der Sendeantennen; und
mindestens zwei versetzte Empfangsantennen der mehreren Empfangsantennen an anderen Positionen bezüglich der zweiten Achse als der Anteil der Empfangsantennen angeordnet sind, wobei die anderen Positionen bezüglich der zweiten Achse einen geringeren Abstand zu der Position des Großteils der Sendeantennen aufweisen als der Anteil der Empfangsantennen.

To achieve this object, the present invention relates in a first aspect to an antenna arrangement for a radar sensor, with:

a plurality of receiving antennas and a plurality of transmitting antennas which are arranged on a circuit board, wherein
A majority of the transmitting antennas are arranged at different positions with respect to a first axis (x) and at the same position with respect to a second axis (y) extending orthogonally to the first axis;
a proportion of the receiving antennas are arranged at different positions with respect to the first axis and at the same position with respect to the second axis, the proportion of the receiving antennas comprising at least half of the receiving antennas;
at least one offset transmission antenna of the plurality of transmission antennas is arranged at a different position with respect to the second axis than the majority of the transmission antennas, the other position with respect to the second axis being a smaller distance from the position of the majority of the reception antennas than the majority of the transmission antennas; and
at least two offset receiving antennas of the plurality of receiving antennas are arranged at different positions with respect to the second axis than the portion of the receiving antennas, the other positions with respect to the second axis being at a smaller distance from the position of the majority of the transmitting antennas than the portion of the receiving antennas.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Radarsensor mit einer Antennenanordnung wie zuvor beschrieben. Der Radarsensor ist vorzugsweise zur Verwendung in einem Fahrzeug in einer Einbauposition ausgebildet, in der die erste Achse parallel zu einer Fahrzeugquerachse ausgerichtet ist und die zweite Achse parallel zu einer Fahrzeughochachse ausgerichtet ist.In a further aspect, the present invention relates to a radar sensor with an antenna arrangement as described above. The radar sensor is preferably designed for use in a vehicle in an installation position in which the first axis is aligned parallel to a vehicle transverse axis and the second axis is aligned parallel to a vehicle vertical axis.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorgenannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann der Radarsensor entsprechend der für die Antennenanordnung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention. In particular, the radar sensor can according to the Antenna arrangement can be implemented in the embodiments described in the dependent claims.

Die Antennenanordnung ist insbesondere für den Betrieb als MIMO-Radarsystem geeignet, Multiple Input Multiple Output Radar. Der Radarsensor kann insbesondere als mobiles System zum Einbauen in ein Fahrzeug ausgebildet sein. Ein mobiles System ist dabei insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass es sich während des Betriebs fortbewegt bzw. fortbewegen kann. Radarsensoren, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, müssen insbesondere besonders kompakt ausgebildet sein und hohen Anforderungen bezüglich der Echtzeiterfassung von Objekten genügen.The antenna arrangement is particularly suitable for operation as a MIMO radar system, multiple input multiple output radar. The radar sensor can in particular be designed as a mobile system for installation in a vehicle. A mobile system is particularly characterized in that it moves or can move during operation. Radar sensors that are installed in a vehicle must, in particular, be designed to be particularly compact and meet high requirements with regard to real-time detection of objects.

Die Antennenanordnung ist dabei als zweidimensionale Antennenanordnung (Antennenarray) ausgebildet, die mehrere Empfangsantennen und mehrere Sendeantennen umfasst. Jede der Antennen weist ein Phasenzentrum auf. Die Sendeantennen und die Empfangsantennen sind vorzugsweise als Patchantennen ausgebildet. Alle Antennen liegen auf einer gemeinsamen Leiterplatte. Es ist vorgesehen, dass ein Großteil der Sendeantennen und ein Anteil der Empfangsantennen jeweils bezüglich der zweiten Achse an derselben Position angeordnet sind. Mindestens eine Sendeantenne ist gegenüber dem Großteil der Sendeantennen in Richtung der Empfangsantennen versetzt angeordnet. Mindestens zwei Empfangsantennen sind gegenüber dem Anteil der Empfangsantennen in Richtung der Sendeantennen versetzt angeordnet.The antenna arrangement is designed as a two-dimensional antenna arrangement (antenna array) which comprises several receiving antennas and several transmitting antennas. Each of the antennas has a phase center. The transmitting antennas and the receiving antennas are preferably designed as patch antennas. All antennas are on a common circuit board. It is provided that a large part of the transmitting antennas and a portion of the receiving antennas are each arranged in the same position with respect to the second axis. At least one transmitting antenna is arranged offset in relation to the majority of the transmitting antennas in the direction of the receiving antennas. At least two receiving antennas are offset from the portion of the receiving antennas in the direction of the transmitting antennas.

Die Anordnung bietet im Vergleich zu bisherigen Ansätzen insbesondere den Vorteil, dass der Abstand zwischen zwei Sendeantennen (insbesondere der Abstand zwischen deren Phasenzentren) so groß gewählt werden kann, dass eine Verarbeitungseinheit mit entsprechendem Abschirmelement auf derselben Leiterplatte platziert werden kann. Durch diese Platzierung bei einer derartigen Antenne mit drei Elevationsstufen kann die Gesamtgröße der Leiterplatte kleiner gewählt werden und somit ein kosteneffizientes Design umgesetzt werden. Zudem weisen die virtuellen Kanäle des virtuellen Antennenarrays der Antennenanordnung nach der MIMO-Verarbeitung eine große Abstandsdiversität auf, was zu einer hohen Robustheit bei der Winkelmehrdeutigkeitslösung durch die resultierende große Marge im Beamformerspektrum führt. Die Anordnung ermöglicht eine Auswertung in drei Elevationsstufen. Hierdurch wird eine Trennung von Radarzielen von ihren Spiegelungen auf der Straße bzw. in der Fahrzeugebene ermöglicht. Es ergibt sich eine präzise und zuverlässige Zieleerfassung über einen vergleichsweise großen Azimutwinkelbereich. Mehrdeutigkeiten in Azimut- und Elevationsrichtung sind durch die Anordnung der Antennen auflösbar.Compared to previous approaches, the arrangement offers the particular advantage that the distance between two transmitting antennas (in particular the distance between their phase centers) can be selected so large that a processing unit with a corresponding shielding element can be placed on the same circuit board. This placement in an antenna of this type with three elevation levels allows the overall size of the circuit board to be selected to be smaller and thus a cost-effective design to be implemented. In addition, the virtual channels of the virtual antenna array of the antenna arrangement have a large distance diversity after MIMO processing, which leads to a high degree of robustness in the angular ambiguity solution due to the resulting large margin in the beamformer spectrum. The arrangement enables an evaluation in three elevation levels. This enables the separation of radar targets from their reflections on the road or in the vehicle plane. The result is precise and reliable target acquisition over a comparatively large azimuth angle range. Ambiguities in the azimuth and elevation directions can be resolved by the arrangement of the antennas.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Abstände zwischen den Empfangsantennen des Anteils der Empfangsantennen bezüglich der ersten Achse jeweils identisch. Vorzugsweise betragen die Abstände ein ganzzahliges Vielfaches von 3 λ, besonders bevorzugt genau 3 λ. Insbesondere kann sich die Wellenlänge λ hierbei auf eine Frequenz von ca. 77 GHz beziehen, wie sie im Automotive-Radarbereich verwendet wird. Durch die Wahl eines jeweils identischen Abstands ergibt sich ein vorteilhaftes virtuelles Empfangsarray mit ausreichend großer Abstandsdiversität.In a preferred embodiment, the distances between the receiving antennas of the portion of the receiving antennas are identical with respect to the first axis. The distances are preferably an integral multiple of 3λ, particularly preferably exactly 3λ. In particular, the wavelength λ can relate to a frequency of approximately 77 GHz, as used in the automotive radar area. Choosing an identical distance in each case results in an advantageous virtual reception array with sufficiently large distance diversity.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die mindestens zwei versetzten Empfangsantennen an identischen Positionen bezüglich der zweiten Achse angeordnet. Um ein regelmäßiges virtuelles Empfangsarray zu erzeugen, ist es vorteilhaft, wenn beide versetzte Empfangsantennen an identischen Positionen angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine Regelmäßigkeit, die eine zuverlässige Auswertung von Reflexionen ermöglicht. Die Datenverarbeitung wird vereinfacht.In a preferred embodiment, the at least two offset receiving antennas are arranged at identical positions with respect to the second axis. In order to generate a regular virtual reception array, it is advantageous if both offset reception antennas are arranged at identical positions. This results in a regularity that enables reflections to be reliably evaluated. Data processing is simplified.

In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt ein Abstand zwischen den mindestens zwei versetzten Empfangsantennen bezüglich der ersten Achse kein ganzzahliges Vielfaches von λ und vorzugsweise 1,13 λ. Durch die Wahl eines Abstands, der kein ganzzahliges Vielfaches von λ beträgt, kann eine effiziente Datenauswertung bei der Erkennung von Mehrdeutigkeiten erreicht werden. Es ergibt sich eine effiziente Berechenbarkeit.In a preferred embodiment, a distance between the at least two offset receiving antennas with respect to the first axis is not an integral multiple of λ and preferably 1.13 λ. By choosing a distance that is not an integral multiple of λ, efficient data evaluation can be achieved in the detection of ambiguities. There is an efficient predictability.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Abstände zwischen den Sendeantennen des Großteils der Sendeantennen bezüglich der ersten Achse jeweils identisch und betragen vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches von 3 λ, besonders bevorzugt genau 9 λ. Die resultierenden virtuellen Kanäle haben damit vorteilhafte Abstände zum Erkennen von Hindernissen im Fahrzeugbereich.In a preferred embodiment, the distances between the transmission antennas of the majority of the transmission antennas are identical with respect to the first axis and are preferably an integral multiple of 3λ, particularly preferably exactly 9λ. The resulting virtual channels thus have advantageous distances for recognizing obstacles in the vehicle area.

In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt ein Abstand zwischen der mindestens einen versetzten Sendeantenne und dem Großteil der Sendeantennen bezüglich der zweiten Achse und/oder ein Abstand zwischen der mindestens einen versetzten Empfangsantenne und dem Anteil der Empfangsantennen bezüglich der zweiten Achse 1,5 λ. Es ergibt sich ein vorteilhaftes virtuelles Empfangsarray.In a preferred embodiment, a distance between the at least one offset transmitting antenna and the majority of the transmitting antennas with respect to the second axis and / or a distance between the at least one offset receiving antenna and the portion of the receiving antennas with respect to the second axis is 1.5λ. This results in an advantageous virtual reception array.

In einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht ein Abstand zwischen der mindestens einen versetzten Sendeantenne und dem Großteil der Sendeantennen bezüglich der zweiten Achse einem Abstand zwischen den mindestens zwei versetzten Empfangsantennen und dem Anteil der Empfangsantennen. Zusätzlich oder alternativ beträgt ein Abstand zwischen der mindestens einen versetzten Sendeantenne und den mindestens zwei versetzten Empfangsantennen bezüglich der zweiten Achse 3,5 λ. Weiter zusätzlich oder alternativ beträgt ein Abstand zwischen dem Großteil der Sendeantennen und dem Anteil der Empfangsantennen bezüglich der zweiten Achse kein ganzzahliges Vielfaches von λ und vorzugsweise 6,5 λ. Durch diese Wahl der Abstände kann eine gleichmäßige Verteilung der virtuellen Kanäle innerhalb des virtuellen Antennenarrays bereitgestellt werden. Es ergeben sich virtuelle Rasterpositionen, die in unterschiedlichen virtuellen Ebenen angeordnet sind. Das entstehende virtuelle Empfangsarray ermöglicht eine einfache Auswertung der Umgebung.In a preferred embodiment, a distance between the at least one offset transmission antenna and the majority of the transmission antennas with respect to the second axis corresponds to a distance between the at least two offset reception antennas and the proportion of reception antennas. Additionally or alternatively, there is a distance between the at least one offset Transmitting antenna and the at least two offset receiving antennas with respect to the second axis 3.5 λ. Furthermore, additionally or alternatively, a distance between the majority of the transmitting antennas and the portion of the receiving antennas with respect to the second axis is not an integral multiple of λ and preferably 6.5 λ. This choice of the spacing makes it possible to provide a uniform distribution of the virtual channels within the virtual antenna array. This results in virtual grid positions that are arranged in different virtual planes. The resulting virtual reception array enables a simple evaluation of the environment.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Sendeantenne des Großteils der Sendeantennen an einer identischen Position bezüglich der ersten Achse wie eine Empfangsantenne der mindestens zwei versetzten Empfangsantennen angeordnet. Es ergibt sich ein eindeutig definierter Sichtbereich, innerhalb dessen eine zuverlässige Objekterkennung möglich ist. Weiter ergibt sich ein regelmäßig angeordnetes virtuelles Empfangsarray, bei dem eine maximale Ausdehnung in Richtung der ersten Achse ausgenutzt wird.In a preferred embodiment, a transmitting antenna of the majority of the transmitting antennas is arranged at an identical position with respect to the first axis as a receiving antenna of the at least two offset receiving antennas. The result is a clearly defined field of vision within which reliable object detection is possible. Furthermore, a regularly arranged virtual reception array is obtained, in which a maximum expansion in the direction of the first axis is used.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die mindestens eine versetzte Sendeantenne genau eine Sendeantenne und die mindestens zwei versetzten Empfangsantennen genau zwei Empfangsantennen. Insbesondere ist es möglich und vorteilhaft, dass eine Sendeantenne und zwei Empfangsantennen versetzt angeordnet sind, um Mehrdeutigkeiten aufzulösen. Die Prozessierung und Datenverarbeitung bleiben einfach und effizient berechenbar. Dennoch wird eine ausreichend zuverlässige Auswertung und Erkennung von Mehrdeutigkeiten ermöglicht.In a preferred embodiment, the at least one offset transmission antenna comprises exactly one transmission antenna and the at least two offset reception antennas comprise exactly two reception antennas. In particular, it is possible and advantageous for a transmitting antenna and two receiving antennas to be arranged offset in order to resolve ambiguities. The processing and data processing can be calculated easily and efficiently. Nevertheless, a sufficiently reliable evaluation and detection of ambiguities is made possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung entsprechen die beiden Abstände zwischen der versetzten Sendeantenne und den zwei versetzten Empfangsantennen bezüglich der ersten Achse jeweils keinem ganzzahligen Vielfachen von λ. Vorzugsweise betragen diese beiden Abstände zwischen 5 λ und 8 λ, besonders bevorzugt 6,37 λ und 7,5 λ. Zusätzlich oder alternativ beträgt ein Abstand zwischen der versetzten Sendeantenne und einer Sendeantenne des Großteils der Sendeantennen bezüglich der ersten Achse ein ganzzahliges Vielfaches von λ und vorzugsweise 7,5 λ. Zusätzlich oder alternativ betragen die Abstände zwischen einer der zwei versetzten Empfangsantennen und einer Empfangsantenne des Anteils der Empfangsantennen bezüglich der ersten Achse kein ganzzahliges Vielfaches von λ. Zusätzlich oder alternativ beträgt ein erster Abstand zwischen einer ersten Empfangsantenne der zwei versetzten Empfangsantennen und einer Empfangsantenne des Anteils der Empfangsantennen bezüglich der ersten Achse kein ganzzahliges Vielfaches von λ, vorzugsweise 2,36 λ. Zusätzlich oder alternativ beträgt ein zweiter Abstand zwischen einer zweiten Empfangsantenne der zwei versetzten Empfangsantennen und einer Empfangsantenne des Anteils der Empfangsantennen bezüglich der ersten Achse kein ganzzahliges Vielfaches von λ und vorzugsweise 1,5 λ. Durch die Wahl dieser unregelmäßigen Abstände ergibt sich eine effiziente Möglichkeit, Mehrdeutigkeiten zuverlässig zu erkennen und aufzulösen. Durch die Verwendung eines Abstands von 7,5 λ (ca. 29 mm) kann eine State-of-the-Art Verarbeitungseinheit zwischen den Antennen positioniert werden.In a preferred embodiment, the two distances between the offset transmitting antenna and the two offset receiving antennas with respect to the first axis each do not correspond to an integral multiple of λ. These two distances are preferably between 5λ and 8λ, particularly preferably 6.37λ and 7.5λ. Additionally or alternatively, a distance between the offset transmitting antenna and a transmitting antenna of the majority of the transmitting antennas with respect to the first axis is an integral multiple of λ and preferably 7.5 λ. Additionally or alternatively, the distances between one of the two offset receiving antennas and a receiving antenna of the portion of the receiving antennas with respect to the first axis are not an integral multiple of λ. Additionally or alternatively, a first distance between a first receiving antenna of the two offset receiving antennas and a receiving antenna of the portion of the receiving antennas with respect to the first axis is not an integral multiple of λ, preferably 2.36 λ. Additionally or alternatively, a second distance between a second receiving antenna of the two offset receiving antennas and a receiving antenna of the portion of the receiving antennas with respect to the first axis is not an integral multiple of λ and preferably 1.5 λ. The choice of these irregular distances results in an efficient way of reliably recognizing and resolving ambiguities. By using a distance of 7.5 λ (approx. 29 mm), a state-of-the-art processing unit can be positioned between the antennas.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Antennenanordnung genau vier Empfangsantennen und genau drei Sendeantennen. Vorzugsweise umfasst der Anteil der Empfangsantennen genau zwei Empfangsantennen und der Großteil der Sendeantennen genau zwei Sendeantennen. Durch die Wahl von insgesamt sieben Antennen wird die Verarbeitung der Daten des virtuellen Empfangsarrays leistbar und effizient in Echtzeit berechenbar. Es ergibt sich eine ausreichende Anzahl an virtuellen Kanälen, die auch im Falle eines bewegten Systems ausreichend schnell berechnet werden können. Durch die Anordnung in drei Zeilen ergibt sich eine Möglichkeit direkte Objektdetektionen von deren Spiegelungen über die Fahrbahnebene zu unterscheiden. Eine zuverlässige Objekterkennung wird ermöglicht.In a preferred embodiment, the antenna arrangement comprises exactly four receiving antennas and exactly three transmitting antennas. Preferably, the portion of the receiving antennas comprises exactly two receiving antennas and the majority of the transmitting antennas exactly two transmitting antennas. By choosing a total of seven antennas, the processing of the data of the virtual receiving array is affordable and can be calculated efficiently in real time. This results in a sufficient number of virtual channels that can be calculated sufficiently quickly even in the case of a moving system. The arrangement in three lines makes it possible to distinguish direct object detections from their reflections over the road surface. Reliable object recognition is made possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Radarsensors umfasst der Radarsensor eine Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten der empfangenen Radarsignale, die auf derselben Leiterplatte angeordnet ist und vorzugsweise ein elektromagnetisches Abschirmelement umfasst. Durch die Verwendung der Verarbeitungseinheit auf derselben Leiterplatte ergibt sich eine Kostenreduktion. Es wird möglich, alle Bauteile auf einer einzelnen Leiterplatte zu integrieren. Diese Leiterplatte kann in einem gemeinsamen Fertigungsschritt gefertigt werden. Es ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Kosten bei der Herstellung und hinsichtlich des Platzbedarfs. Die Verarbeitungseinheit kann dabei insbesondere die entsprechenden Hochfrequenz-Sende- und Empfangsteile umfassen und als Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) Chip ausgebildet sein. Die Verarbeitungseinheit kann auch weitere Auswertungsfunktionen erfüllen bzw. eine Auswerteeinheit umfassen und als entsprechendes Systemon-Chip (SoC) ausgebildet sein.In a preferred embodiment of the radar sensor, the radar sensor comprises a processing unit for processing the received radar signals, which is arranged on the same circuit board and preferably comprises an electromagnetic shielding element. Using the processing unit on the same circuit board results in a cost reduction. It becomes possible to integrate all components on a single circuit board. This circuit board can be manufactured in a joint production step. There are advantages in terms of manufacturing costs and space requirements. The processing unit can in particular include the corresponding high-frequency transmitting and receiving parts and be designed as a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) chip. The processing unit can also fulfill further evaluation functions or comprise an evaluation unit and be designed as a corresponding system-on-chip (SoC).

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Sendeantennen der mehreren Sendeantennen, vorzugsweise zwei Sendeantennen des Großteils der Sendeantennen auf zwei bezüglich der ersten Achse gegenüberliegenden Seiten der Verarbeitungseinheit angeordnet. Zusätzlich oder alternativ sind zwei Empfangsantennen der mehreren Empfangsantennen, vorzugsweise zwei Empfangsantennen des Anteils der Empfangsantennen, auf zwei bezüglich der ersten Achse gegenüberliegenden Seiten der Verarbeitungseinheit angeordnet. Durch die Positionierung der Verarbeitungseinheit zwischen zwei Sende- bzw. Empfangsantennen ergeben sich Vorteile hinsichtlich der realisierbaren Größe des virtuellen Empfangsarrays. Insbesondere ergibt sich ein großes virtuelles Empfangsarray bei minimaler Größe der Leiterplatte.In a preferred embodiment, two transmission antennas of the plurality of transmission antennas, preferably two transmission antennas of the majority of the transmission antennas, are arranged on two opposite sides of the processing unit with respect to the first axis. Additionally or alternatively there are two Receiving antennas of the plurality of receiving antennas, preferably two receiving antennas of the portion of the receiving antennas, arranged on two opposite sides of the processing unit with respect to the first axis. The positioning of the processing unit between two transmitting or receiving antennas results in advantages with regard to the realizable size of the virtual receiving array. In particular, the result is a large virtual receiving array with a minimal size of the printed circuit board.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Radarsensors ist die Verarbeitungseinheit bezüglich der zweiten Achse in einem Bereich des Großteils der Sendeantennen angeordnet. Die Verarbeitungseinheit ist in einer Position auf der Leiterplatte, in der die Sendeantennen des Großteils der Sendeantennen (insbesondere deren Mittelpunkte bzw. Phasenzentren) bezüglich der zweiten Achse innerhalb der Ausdehnung der Verarbeitungseinheit angeordnet sind.In a preferred embodiment of the radar sensor, the processing unit is arranged with respect to the second axis in a region of the majority of the transmitting antennas. The processing unit is in a position on the circuit board in which the transmitting antennas of the majority of the transmitting antennas (in particular their midpoints or phase centers) are arranged with respect to the second axis within the extent of the processing unit.

Ein Radarsensor sendet ein Radarsignal aus und empfängt Reflexionen des Radarsignals an Objekten (auch als Ziele bezeichnet) innerhalb eines Sichtfelds des Radarsensors. Ein Objekt kann insbesondere ein anderes Fahrzeug, aber auch ein anderer Verkehrsteilnehmer (Fußgänger, Radfahrer etc.) oder ein feststehendes Objekt (Baum, Haus, Verkehrszeichen etc.) sein. Das Sichtfeld bezeichnet ein Gebiet, innerhalb dessen Objekte erfasst werden können. Ein Radarsensor kann mehrere Einzelsensoren umfassen, die beispielsweise eine 360°-Rundumsicht ermöglichen und somit ein vollständiges Abbild der Umgebung eines Fahrzeugs aufzeichnen können. Unter einem Großteil versteht sich hierin insbesondere die jeweilige Gesamtheit der Antennen bis auf eine einzige oder auch mehr als die Hälfte der Antennen. Unter einem Anteil der Antennen versteht sich hierin insbesondere eine Teilmenge der Antennen, die zumindest zwei Antennen umfasst aber auch zumindest zwei Antennen nicht umfasst. Ein Anteil kann insbesondere die Hälfte der Antennen umfassen. Abstände und Positionen von Antennen sind hierin insbesondere in Bezug auf deren Phasenzentren zu verstehen. Insbesondere sind die Positions- und Abstandsangaben in Bezug zu Mittelpunkten von rechteckigen Patches zu verstehen.A radar sensor sends out a radar signal and receives reflections of the radar signal from objects (also known as targets) within a field of view of the radar sensor. An object can in particular be another vehicle, but also another road user (pedestrian, cyclist, etc.) or a stationary object (tree, house, traffic sign, etc.). The field of view describes an area within which objects can be detected. A radar sensor can comprise several individual sensors which, for example, enable a 360 ° all-round view and can thus record a complete image of the surroundings of a vehicle. A large part is understood here to mean, in particular, the respective totality of the antennas except for a single or even more than half of the antennas. A portion of the antennas is understood here to mean, in particular, a subset of the antennas that includes at least two antennas but also does not include at least two antennas. A portion can in particular comprise half of the antennas. Distances and positions of antennas are to be understood here in particular in relation to their phase centers. In particular, the position and distance information is to be understood in relation to the centers of rectangular patches.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung in einer Draufsicht;
2 ein virtuelles Antennenarray der Antennenanordnung;
3 eine schematische Ansicht einer Antennenanordnung mit einer Verarbeitungseinheit; und
4 eine schematische Darstellung einer Auflösung von Mehrdeutigkeiten.

The invention is described and explained in more detail below with the aid of a few selected exemplary embodiments in connection with the accompanying drawings. Show it:

1 a schematic view of an antenna arrangement according to the invention in a plan view;
2 a virtual antenna array of the antenna arrangement;
3 a schematic view of an antenna arrangement with a processing unit; and
4th a schematic representation of a resolution of ambiguities.

In der 1 ist eine zweidimensionale Antennenanordnung 10 in einer Draufsicht schematisch dargestellt. Die dargestellte Antennenanordnung 10 umfasst insgesamt vier Empfangsantennen RX1-RX4 und drei Sendeantennen TX1-TX3, die im dargestellten Beispiel als Patchantennen auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Kreuze repräsentieren die Phasenzentren der Antennen. Die waagerechte Achse wird hierin als erste Achse x bezeichnet. Die senkrechte Achse wird hierin als zweite Achse y bezeichnet. Die Senderichtung wäre dabei (im Wesentlichen) orthogonal zur Bildebene.In the 1 is a two-dimensional antenna array 10 shown schematically in a plan view. The antenna arrangement shown 10 comprises a total of four receiving antennas RX1-RX4 and three transmitting antennas TX1-TX3 , which are arranged as patch antennas on a circuit board in the example shown. The crosses represent the phase centers of the antennas. The horizontal axis is referred to herein as the first axis x. The vertical axis is referred to herein as the second axis y. The transmission direction would be (essentially) orthogonal to the image plane.

Die Antennenanordnung 10 kann insbesondere Teil eines Radar-Messsystems beziehungsweise eines Radarsensors sein, der nicht gesondert dargestellt ist. Insbesondere kann die Antennenanordnung 10 in einem mobilen Radarsensor beziehungsweise einem Radarsensor, der an einem Fahrzeug angebracht wird, integriert sein. Mit dem Radarsensor beziehungsweise mit der Antennenanordnung 10 können Ziele in der Umgebung des Radarsensors bzw. des Fahrzeugs detektiert werden.The antenna arrangement 10 can in particular be part of a radar measuring system or a radar sensor, which is not shown separately. In particular, the antenna arrangement 10 be integrated in a mobile radar sensor or a radar sensor that is attached to a vehicle. With the radar sensor or with the antenna arrangement 10 targets in the vicinity of the radar sensor or the vehicle can be detected.

In der 1 sind die Relativabstände zwischen den Sendeantennen TX1-TX3 sowie die Relativabstände zwischen den Empfangsantennen RX1-RX4 dargestellt. Die Angaben beziehen sich auf die Phasenzentren. Diese dargestellten Relativabstände und Anordnungen jeweils innerhalb der Gruppe der Sendeantennen TX1-TX3 und der Gruppe der Empfangsantennen RX1-RX4 haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Die relative Anordnung beziehungsweise die Relativabstände zwischen den beiden Gruppen können gegebenenfalls variiert werden in anderen Ausführungsformen. Wie dargestellt ist es besonders vorteilhaft, wenn die (Gruppe der) Sendeantennen TX1-TX3 in Richtung der ersten Achse x unterhalb der (Gruppe der) Empfangsantennen RX1-RX4 angeordnet sind. Diese Anordnung ist auch bei einer entsprechenden Anordnung eines Radarsensors im Fahrzeug vorteilhafterweise zu verwenden. Insbesondere der Abstand zwischen den Gruppen kann aber auch verändert werden.In the 1 are the relative distances between the transmitting antennas TX1-TX3 as well as the relative distances between the receiving antennas RX1-RX4 shown. The information relates to the phase centers. These relative distances and arrangements shown are each within the group of transmitting antennas TX1-TX3 and the group of receiving antennas RX1-RX4 have been found to be particularly beneficial. The relative arrangement or the relative distances between the two groups can optionally be varied in other embodiments. As shown, it is particularly advantageous if the (group of) transmitting antennas TX1-TX3 in the direction of the first axis x below the (group of) receiving antennas RX1-RX4 are arranged. This arrangement can also be used advantageously with a corresponding arrangement of a radar sensor in the vehicle. In particular, the distance between the groups can also be changed.

Die in der 1 angegebenen Abstände sind dabei jeweils also Relativabstände innerhalb der mehreren Empfangsantennen RX1-RX4 beziehungsweise innerhalb der mehreren Sendeantennen TX1-TX3 in Bezug auf die Wellenlänge λ. Jeweils eine Empfangsantenne RX1 beziehungsweise Sendeantenne TX1 definiert dabei einen Ursprung (0 λ; 0 λ). Die Positionen der anderen Empfangsantennen RX2-RX4 beziehungsweise Sendeantennen TX2, TX3 sind dann relativ zu diesem Ursprung angegeben. Die Angaben beziehen sich dabei auf die Wellenlänge der ausgesendeten und empfangenen elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors.The one in the 1 The specified distances are in each case relative distances within the plurality of receiving antennas RX1-RX4 or within the several transmitting antennas TX1-TX3 with respect to the wavelength λ. One receiving antenna each RX1 or transmitting antenna TX1 defines an origin (0 λ; 0 λ). The positions of the other receiving antennas RX2-RX4 or transmitting antennas TX2 , TX3 are then given relative to this origin. The information relates to the wavelength of the electromagnetic radiation emitted and received by the radar sensor.

Es ist vorgesehen, dass ein Großteil der Sendeantennen GT bezüglich der ersten Achse x an unterschiedlichen Positionen und bezüglich der zweiten Achse y an derselben Position angeordnet sind. Der Großteil der Sendeantennen GT hat also dieselbe y-Koordinate. In der Darstellung umfasst der Großteil der Sendeantennen GT dabei zwei Sendeantennen TX1, TX3. Mindestens eine versetzte Sendeantenne VT ist bezüglich der zweiten Achse y an einer anderen Position als der Großteil der Sendeantennen GT angeordnet. Diese andere Position weist bezüglich der zweiten Achse y einen geringeren Abstand zu den Empfangsantennen RX1-RX4 auf. Die versetzte Sendeantenne VT ist in ihrer y-Koordinate insoweit in Richtung der Empfangsantennen RX1-RX4 versetzt angeordnet.It is envisaged that a large part of the transmitting antennas GT are arranged at different positions with respect to the first axis x and at the same position with respect to the second axis y. Most of the transmitting antennas GT so has the same y-coordinate. In the illustration, most of the transmission antennas are included GT with two transmitting antennas TX1 , TX3 . At least one offset transmitting antenna VT is at a different position with respect to the second axis y than the majority of the transmitting antennas GT arranged. This other position is closer to the receiving antennas with respect to the second axis y RX1-RX4 on. The offset transmitting antenna VT is in its y-coordinate in the direction of the receiving antennas RX1-RX4 staggered.

Ein Anteil der Empfangsantennen AE ist bezüglich der ersten Achse x an unterschiedlichen Positionen und bezüglich der zweiten Achse y an derselben Position angeordnet. Der Anteil der Empfangsantennen AE hat also dieselbe y-Koordinate. Mindestens zwei versetzte Empfangsantennen VE sind bezüglich der zweiten Achse y an einer anderen Position als der Anteil der Empfangsantennen AE angeordnet. Im vorliegenden Beispiel sind zwei versetzte Empfangsantennen VE vorgesehen. Die andere Position der versetzten Empfangsantennen VE weist bezüglich der zweiten Achse y einen geringeren Abstand zu der Position der Sendeantennen TX1-TX3 auf als der Anteil AE der Empfangsantennen. Insoweit sind auch die mindestens zwei versetzten Empfangsantennen VE in ihren y-Koordinaten in Richtung der Sendeantennen TX1-TX3 versetzt angeordnet.A portion of the receiving antennas AE is arranged at different positions with respect to the first axis x and at the same position with respect to the second axis y. The proportion of receiving antennas AE so has the same y-coordinate. At least two offset receiving antennas VE are at a different position with respect to the second axis y than the portion of the receiving antennas AE arranged. In the present example there are two offset receiving antennas VE intended. The other position of the offset receiving antennas VE has a smaller distance from the position of the transmitting antennas with respect to the second axis y TX1-TX3 on than the stake AE the receiving antennas. In this respect, the at least two receiving antennas are also offset VE in their y-coordinates in the direction of the transmitting antennas TX1-TX3 staggered.

In der 2 ist schematisch ein virtuelles Antennenarray 12 der Antennenanordnung 10 gemäß 1 dargestellt. Das virtuelle Antennenarray 12 umfasst insgesamt zwölf virtuelle Kanäle Ch-Ch2. Die virtuellen Kanäle Ch-Ch2 verteilen sich innerhalb des virtuellen Antennenarrays 12 auf drei virtuelle Ebenen E1-E3. Die vertikalen Abstände zwischen den Ebenen E1-E3 und die Position und Anordnung der virtuellen Kanäle Ch-Ch2 ergeben sich direkt aus der Anordnung der Empfangsantennen RX1-RX4 und Sendeantennen TX1-TX3 wie in der 1 dargestellt. Die virtuellen Ebenen E1-E3 erstrecken sich entlang einer horizontalen Richtung. Die virtuelle Ebene E1 bildet in Bezug auf die Darstellung eine obere virtuelle Ebene, die virtuelle Ebene E2 bildet in Bezug auf die Darstellung eine zentrale virtuelle Ebene und die virtuelle Ebene E3 bildet eine untere virtuelle Ebene.In the 2 is a schematic of a virtual antenna array 12th the antenna arrangement 10 according to 1 shown. The virtual antenna array 12th comprises a total of twelve virtual channels Ch-Ch2. The virtual channels Ch-Ch2 are distributed within the virtual antenna array 12th on three virtual levels E1-E3 . The vertical distances between the levels E1-E3 and the position and arrangement of the virtual channels Ch-Ch2 result directly from the arrangement of the receiving antennas RX1-RX4 and transmitting antennas TX1-TX3 like in the 1 shown. The virtual levels E1-E3 extend along a horizontal direction. In relation to the representation, the virtual plane E1 forms an upper virtual plane, the virtual plane E2 forms a central virtual plane and the virtual plane in relation to the representation E3 forms a lower virtual level.

Das dargestellte virtuelle Antennenarray 12 weist eine große virtuelle Arrayapertur auf. Hieraus ergibt sich eine hohe Winkelauflösung im Azimutwinkel. Durch die drei virtuellen Ebenen E1-E3 ergibt sich eine Möglichkeit, in Elevationsrichtung zu separieren. Durch die dargestellte hohe Diversität in der Anordnung der einzelnen virtuellen Kanäle Ch-Ch2 ergibt sich eine hohe Robustheit in Bezug auf die Auflösung von Winkelmehrdeutigkeiten. In anderen Worten resultiert die teilweise unregelmäßige Anordnung der Sende- und Empfangsantennen in der 1 darin, dass es möglich wird, Mehrdeutigkeiten aufzulösen. Hierdurch kann eine präzise und zuverlässige Detektion von Zielen über Azimut und Elevation ermöglicht werden. Unter einer Detektion von Zielen wird dabei insbesondere eine Detektion von deren Position (in Azimut, Elevation und Range) und auch deren Dopplergeschwindigkeit verstanden.The virtual antenna array shown 12th has a large virtual array aperture. This results in a high angular resolution in the azimuth angle. Through the three virtual levels E1-E3 there is a possibility of separating in the elevation direction. The high diversity shown in the arrangement of the individual virtual channels Ch-Ch2 results in a high degree of robustness with regard to the resolution of angular ambiguities. In other words, the partially irregular arrangement of the transmitting and receiving antennas results in the 1 in making it possible to resolve ambiguities. This enables a precise and reliable detection of targets via azimuth and elevation. A detection of targets is understood to mean, in particular, a detection of their position (in azimuth, elevation and range) and also their Doppler speed.

In der 3 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der Antennenanordnung 10 dargestellt. Die Empfangsantennen RX1-RX4 sowie die Sendeantennen TX1-TX3 sind auf der Leiterplatte an denselben Positionen wie in der 1 angeordnet. Zwischen der Empfangsantenne TX1 und der Empfangsantenne TX2 ist ausreichend Raum, um eine Verarbeitungseinheit 14 anzuordnen. Die Verarbeitungseinheit 14 ist dabei insbesondere ein HF-Chip. Insbesondere wird ein Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC, als Verarbeitungseinheit 14 verwendet. Die Verarbeitungseinheit 14 umfasst vorzugsweise auch ein elektromagnetisches Abschirmelement (EMC-Shield), durch das die Verarbeitungseinheit 14 von elektromagnetischer Strahlung abgeschirmt werden kann, um Fehldetektionen zu vermeiden. In der Verarbeitungseinheit 14 werden die Signale der unterschiedlichen virtuellen Kanäle bzw. der unterschiedlichen Empfangsantennen ausgewertet. Durch die Anordnung der Empfangsantennen und Sendeantennen auf der Leiterplatte kann bei einer Antenne mit drei Elevationsstufen die Leiterplatte sehr klein ausgeführt werden, auch wenn auf der Leiterplatte eine Verarbeitungseinheit 14 integriert ist. Es ergibt sich ein kosteneffizient realisierbares Design.In the 3 Figure 3 is a schematic diagram of a further embodiment of the antenna arrangement 10 shown. The receiving antennas RX1-RX4 as well as the transmitting antennas TX1-TX3 are in the same positions on the circuit board as in the 1 arranged. Between the receiving antenna TX1 and the receiving antenna TX2 is enough space to accommodate a processing unit 14th to arrange. The processing unit 14th is in particular an HF chip. In particular, a Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC, is used as the processing unit 14th used. The processing unit 14th preferably also comprises an electromagnetic shielding element (EMC shield) through which the processing unit 14th can be shielded from electromagnetic radiation in order to avoid false detections. In the processing unit 14th the signals of the different virtual channels or the different receiving antennas are evaluated. By arranging the receiving antennas and transmitting antennas on the circuit board, the circuit board can be made very small in the case of an antenna with three elevation levels, even if a processing unit is on the circuit board 14th is integrated. The result is a design that can be implemented cost-effectively.

In der 4 ist schematisch ein Ansatz zur Auswertung und zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten basierend auf der Antennenanordnung dargestellt. Bezugnehmend auf die 2 bilden die Kanäle CH3, CH4, CH6, Ch1 und Ch2 ein regulär angeordnetes Hauptarray. Dieses Hauptarray erlaubt insbesondere in Richtung des Azimuts eine effiziente Auswertung beziehungsweise ein effizientes Beamforming. Zur Auflösung von Winkelmehrdeutigkeiten in Azimutrichtung werden mehrere Paare von Kanälen verwendet. Die gemittelten Monopulsphasen der Paare werden mit den theoretisch erwarteten Monopulsphasen an allen möglichen Azimutwinkelhypothesen verglichen, um Winkelmehrdeutigkeiten aufzulösen. Im dargestellten Beispiel werden die Paare (Ch1, Ch2), (Ch5, Ch6) sowie (Ch9, Ch10) verwendet.In the 4th an approach for evaluating and resolving ambiguities based on the antenna arrangement is shown schematically. Referring to the 2 the channels CH3, CH4, CH6, Ch1 and Ch2 form a regularly arranged main array. This main array allows efficient evaluation or efficient beamforming, in particular in the direction of the azimuth. Several pairs of channels are used to resolve angular ambiguities in the azimuth direction. The averaged monopulse phases of the pairs are compared with the theoretically expected monopulse phases at all possible azimuth angle hypotheses in order to resolve angular ambiguities. in the In the example shown, the pairs (Ch1, Ch2), (Ch5, Ch6) and (Ch9, Ch10) are used.

In der 4 ist auf der vertikalen Achse die Leistung L des Beamformers in dB angegeben. Auf der horizontalen Achse ist der Azimutwinkel A in Grad angegeben. Wie dargestellt ergibt sich aus dem Hauptarray eine hohe Winkelauflösung (durchgezogene Linie). Ebenfalls ergeben sich jedoch Mehrdeutigkeiten (mehrere Peaks). Auf der rechten Seite ist die Monopulsphase M abgetragen (gepunktete Linie). Durch die drei zuvor genannten Paare von Kanälen kann über einen Vergleich der gemessenen Monopulsphasen mit den theoretisch erwarteten Monopulsphasen eine Mehrdeutigkeit erkannt bzw. aufgelöst werden. Im dargestellten Beispiel ergibt sich eine vergleichsweise hohe Marge von 72°, durch optimierte Abstände zwischen den Monopulsen.In the 4th the power L of the beamformer is given in dB on the vertical axis. The azimuth angle A is given in degrees on the horizontal axis. As shown, the main array has a high angular resolution (solid line). However, there are also ambiguities (several peaks). The monopulse phase M is shown on the right-hand side (dotted line). By comparing the measured monopulse phases with the theoretically expected monopulse phases, an ambiguity can be recognized or resolved by means of the three aforementioned pairs of channels. In the example shown, there is a comparatively high margin of 72 °, thanks to optimized intervals between the monopulses.

Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as an example and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art using the present invention and a careful analysis of the drawings, the disclosure, and the following claims.

In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann.In the claims, the words “comprising” and “having” do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. A single element or a single unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. An element, a unit, an interface, a device and a system can be implemented partially or completely in hardware and / or in software. The mere mention of some measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: AntennenanordnungAntenna arrangement
1212th: virtuelles Antennenarrayvirtual antenna array
1414th: VerarbeitungseinheitProcessing unit
RX1-RX4RX1-RX4: EmpfangsantennenReceiving antennas
TX1-TX3TX1-TX3: SendeantennenTransmitting antennas
VEVE: versetzte Empfangsantenneoffset receiving antenna
VTVT: versetzte Sendeantenneoffset transmitting antenna
E1-E3E1-E3: virtuelle Ebenenvirtual levels
AEAE: Anteil der EmpfangsantennenShare of receiving antennas
GTGT: Großteil der SendeantennenMost of the transmitting antennas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014219113 A1 [0004]

Claims

Antenna arrangement (10) for a radar sensor, with: several receiving antennas (RX1-RX4) and several transmitting antennas (TX1-TX3), which are arranged on a circuit board, wherein A majority of the transmission antennas (GT) are arranged at different positions with respect to a first axis (x) and at the same position with respect to a second axis (y) extending orthogonally to the first axis; a proportion of the receiving antennas (AE) are arranged at different positions with respect to the first axis and at the same position with respect to the second axis, the proportion of the receiving antennas comprising at least half of the receiving antennas; at least one offset transmission antenna (VT) of the plurality of transmission antennas is arranged at a different position with respect to the second axis than the majority of the transmission antennas, the other position with respect to the second axis being at a smaller distance from the position of the majority of the reception antennas than the majority of the transmission antennas ; and At least two offset receiving antennas (VE) of the plurality of receiving antennas are arranged at different positions with respect to the second axis than the portion of the receiving antennas, the other positions with respect to the second axis being at a smaller distance from the position of the majority of the transmitting antennas than the portion of the receiving antennas.

Antenna arrangement (10) according to Claim 1 , the distances between the receiving antennas (RX1-RX4) of the portion of the receiving antennas (AE) being identical with respect to the first axis (x) and preferably being an integral multiple of 3λ, particularly preferably exactly 3λ.

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least two offset receiving antennas (VE) are arranged at identical positions with respect to the second axis (y).

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein a distance between the at least two offset receiving antennas (VE) with respect to the first axis (x) is not an integral multiple of λ and is preferably 1.13 λ.

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the distances between the transmission antennas (TX1-TX3) of the majority of the transmission antennas (GT) are identical with respect to the first axis (x) and are preferably an integer multiple of 3λ, particularly preferred exactly 9 λ.

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein a distance between the at least one offset transmission antenna (VT) and the majority of the transmission antennas (GT) with respect to the second axis (y) and / or a distance between the at least two offset reception antennas (VE ) and the proportion of receiving antennas (AE) with respect to the second axis is 1.5 λ.

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein a distance between the at least one offset transmission antenna (VT) and the majority of the transmission antennas (GT) with respect to the second axis (y) corresponds to a distance between the at least two offset reception antennas (VE) and the proportion of the reception antennas (AE); a distance between the at least one offset transmitting antenna and the at least two offset receiving antennas with respect to the second axis is 3.5λ; and or a distance between the majority of the transmitting antennas and the portion of the receiving antennas with respect to the second axis is not an integral multiple of λ and preferably 6.5 λ.

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein a transmitting antenna (TX1-TX3) of the majority of the transmitting antennas (GT) is at an identical position with respect to the first axis (x) as a receiving antenna (RX1-RX4) of the at least two offset receiving antennas ( VE) is arranged.

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one offset transmission antenna (VT) comprises exactly one transmission antenna (TX1-TX3) and the at least two offset reception antennas (VE) comprise exactly two reception antennas (RX1-RX4).

Antenna arrangement (10) according to Claim 9 , wherein the two distances between the offset transmitting antenna (VT) and the two offset receiving antennas (VE) with respect to the first axis (x) each do not correspond to an integral multiple of λ and preferably between 5 λ and 8 λ, particularly preferably 6.37 λ and 7.5 λ; a distance between the offset transmitting antenna and a transmitting antenna (TX1-TX3) of the majority of the transmitting antennas (GT) is not an integral multiple of λ and preferably 7.5 λ with respect to the first axis; the distances between one of the two offset receiving antennas and a receiving antenna (RX1-RX4) of the portion of the receiving antennas (AE) with respect to the first axis are not an integral multiple of λ; a first distance between a first receiving antenna of the two offset receiving antennas and a receiving antenna of the portion of the receiving antennas with respect to the first axis is not an integral multiple of λ and preferably 2.63 λ; and / or a second distance between a second receiving antenna of the two offset receiving antennas and a receiving antenna of the portion of the receiving antennas with respect to the first axis is not an integral multiple of λ and preferably 1.5 λ;

Antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the antenna arrangement comprises exactly four receiving antennas (RX1-RX4) and exactly three transmitting antennas (TX1-TX3); and the portion of the receiving antennas (AE) preferably comprises exactly two receiving antennas and the majority of the transmitting antennas (GT) preferably comprises exactly two transmitting antennas.

Radar sensor with an antenna arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the radar sensor is preferably designed for use in a vehicle in an installation position in which the first axis (x) is aligned parallel to a transverse vehicle axis and the second axis (y) is parallel is aligned to a vehicle vertical axis.

Radar sensor Claim 12 , with a processing unit (14) for processing received radar signals, which is arranged on the same circuit board and preferably comprises an electromagnetic shielding element.

Radar sensor Claim 13 wherein two transmission antennas of the plurality of transmission antennas (TX1-TX3), preferably two transmission antennas of the majority of the transmission antennas (GT), are arranged on two sides of the processing unit (14) which are opposite with respect to the first axis (x); and / or two receiving antennas of the plurality of receiving antennas (RX1-RX4), preferably two receiving antennas of the portion of the receiving antennas (AE), are arranged on two opposite sides of the processing unit with respect to the first axis (x).

Radar sensor Claim 14 wherein the processing unit (14) is arranged with respect to the second axis (y) in a region of the majority of the transmission antennas (GT).