Molex: Die Zukunft der Antenne

Antennen spielen im vernetzen Fahrzeug eine nicht zu unterschätzende Rolle. Damit die Vernetzung zu anderen Fahrzeugen und der Infrastruktur reibungslos funktioniert, müssen Antennen leistungsstark sein, eine große Reichweite haben und gleichzeitig eine schnelle Übertragung der Signale an die Rechnergehirne im Fahrzeug unterstützen.

Eine Herausforderung für die Antennen in vernetzten Fahrzeugen betrifft die Verbindungen der verschiedenen Steuereinheiten im Fahrzeug (Electronic Control Units, ECU). Momentan werden Signale von der Antenne auf dem Dach eines Fahrzeugs mithilfe von Kabelverbindungen an die Bordelektronik übermittelt. Diese befindet sich oft im Fahrercockpit. Bei der Ausweitung der benutzten Frequenzbänder von derzeit 6 GHz auf bis zu 100 GHz, um die zukünftig notwendigen Datenvolumen übertragen zu können, ist eine Absetzung von der Antenne zur Transceiver Elektronik durch Kabel nicht mehr realisierbar. Auf Dauer ist dies nicht tragbar, da das Auto als Bestandteil der vernetzten Welt hohe mobile Datenraten anbieten muss. Des Weiteren ist eine Verlegung der Kabel aufgrund deren geringer Biegsamkeit alles andere als trivial und die große Menge führt zudem zu einer starken Gewichtszunahme im Fahrzeug. Eine Lösung ist es, die Elektronik und damit die Signalverarbeitung möglichst nah an die Antenne zu bringen. Das heißt entweder direkt unter das Dach, oder in die Antenne selbst. Ein Problem, dass sich hieraus ergibt, sind jedoch die schwankenden Witterungsbedingungen, denen die Elektronik dann ausgesetzt ist. Sowohl unter dem Dach, als auch in der Antenne selbst herrschen hohe Temperaturen und Schwankungen, was der Elektronik auf Dauer zusetzt. Nur wenige Hersteller sind in der Lage, Elektronik und Antenne unter solchen Bedingungen zusammenzubringen.

Reichweiteprobleme durch Ausweitung der Frequenzbänder

Eine weitere Herausforderung, die durch die Ausweitung der Frequenzbänder entsteht, ist die Erhöhung der Funkfelddämpfung. Das bedeutet, dass Signale nur noch in geringem Abstand empfangen werden können. Das führt zu Problemen mit ungerichteten Antennen, die so keine bzw. nur noch eingeschränkt Signale empfangen können. Zwar kann die Strecke mit einer gezielten Ausrichtung der Antennen vergrößert werden, dazu müssen die Fahrzeuge jedoch mit mehreren Antennen bestückt werden. Dann können immer die Antennen genutzt werden, die sich in der Richtung des Senders befinden. Auch Road-Side-Units müssen mit gerichteten Antennen ausgestattet werden, um das Signal an Geräte in vorbeifahrenden Fahrzeugen zu übertragen. An dieser Problematik wird in der Industrie derzeit gearbeitet.

Auch Aerodynamik- und Designaspekte müssen Ingenieure bedenken. Denn immer mehr OEMs wollen das Antennendesign verändern und es flach am Autodach anbringen, beziehungsweise komplett verdeckt einbauen. Dies macht ebenfalls eine Veränderung der Struktur der Steuereinheiten notwendig. Eine Möglichkeit zur Umsetzung ist die Konsolidierung in weniger Steuergeräte, wie zum Beispiel die Integration „aller“ Radiofrequenz (RF)-Technologien in einer Unit. Entwickler versprechen sich davon eine Kosten- und Komplexitätsreduktion sowie eine Erhöhung der Performance und der Skalierbarkeit.

Was bedeutet das?

Die Antenne hat ihre Zukunft erst noch vor sich: Als Kommunikator zwischen Fahrzeug und Infrastruktur leistet sie große Dienste.

Autor: Guido Dornbusch, VP Product Management, Molex Connected Vehicle Solutions