Mehrschichtradargeräte:
Ein herkömmliches Radar besteht aus mehreren übereinander gestapelten Komponentenschichten mit jeweils unterschiedlichen Aufgaben. Die Radomkuppel bildet die äußere Schutzschicht und muss Funkwellen ungehindert durchlassen. Die Antennenanordnung wandelt das elektrische Signal in ausgesendete Funkwellen um, empfängt die Funkechos und wandelt sie wieder in ein elektrisches Signal um. Die Abschirmung trennt die Antennenanordnung von der Radarplatine, auf der wichtige Komponenten wie der Sender/Empfänger und die Prozessoren untergebracht sind.
Radargeräte dieser Art existieren zwar weiterhin, nutzen aber den größeren verfügbaren Platz, um möglichst viele Funktionen zu integrieren. Beispielsweise sind die neuen Hochleistungsradargeräte von Continental, Arbe und anderen Herstellern immer noch recht groß. Diese Radargeräte werden typischerweise an der Fahrzeugfront eingesetzt, wo hohe Auflösung und große Reichweite erforderlich sind. Im restlichen Fahrzeugbereich hingegen können die Reichweiten geringer sein, und die präzise Positionierung erfasster Objekte ist weniger wichtig als das Sichtfeld und die Näherungsmessung. Diese veränderten Anforderungen ermöglichen eine Verkleinerung der Radargeräte und eröffnen weitere Möglichkeiten zur Reduzierung der Gesamtgröße.
On-Board-Integration:
Der aktuelle Trend bei Radarherstellern wie Bosch, Continental, Infineon und NXP geht hin zur Integration von Radarplatine und Antenne. Durch die Kombination beider Komponenten wird das Gehäuse kleiner, da eine Abschirmung und eine separate Antennenplatine entfallen. Dieser Fortschritt ist zum Teil auf den Wechsel von 24 GHz zu 77 GHz zurückzuführen, der kürzere Wellenlängen und somit kleinere Antennenarrays ermöglicht. Ein weiterer Faktor ist die Entwicklung hin zu hochintegrierten Chips. Anstelle mehrerer diskreter Chips auf der Radarplatine übernimmt der Transceiver dank Si-CMOS-Technologie nahezu alle Aufgaben des Radars, wie Signalverarbeitung und Objekterkennung. Dadurch wird Platz auf der Radarplatine frei und die Antenne kann integriert werden. Allerdings vollziehen nicht alle Hersteller den direkten Sprung zu Si-CMOS, wie IDTechEx in „Automotive Radar 2022–2042“ erläutert.
Antenne im Gehäuse:
Einige Innovatoren und Zulieferer, wie beispielsweise Texas Instruments, gehen noch einen Schritt weiter und platzieren die Antenne direkt auf dem Transceiver-Chip. Dadurch lässt sich das gesamte Radar auf nur wenige zehn Millimeter in jeder Richtung verkleinern. Dies ist Spitzentechnologie im Radarbereich, und es ist kaum vorstellbar, dass ein Radar noch kleiner sein könnte.
Antenne am Fahrzeug:
Die Verkleinerung von Radargeräten führt zu Leistungseinbußen. Kleinere Antennenanordnungen haben unter Umständen eine geringere Reichweite und niedrigere Auflösung. Gibt es also eine Möglichkeit, alle Vorteile großer Antennenanordnungen zu nutzen und gleichzeitig einen hohen Integrationsgrad beizubehalten?
Eine mögliche Lösung besteht darin, die Antenne in die Außenfläche des Fahrzeugs zu integrieren. Dies wurde bereits in der Forschung vorgeschlagen; beispielsweise arbeitet das Fraunhofer-Institut an RadarGlass, das Scheinwerfer in Radargeräte verwandelt. IDTechEx ist überzeugt, dass sich dieses Prinzip auch auf Karosserieteile anwenden ließe, indem die Antenne in den Kunststoff eingebettet wird, um enorme, vielseitige und leistungsstarke Antennenarrays zu erzeugen. Durch die Dezentralisierung der Antenne könnten zudem mehrere Arrays über einen einzigen Controller koordiniert werden. Mit großen, synchronisierten Antennenarrays ließen sich neue Leistungssteigerungen erzielen.
Zur Integration von Radarantennen in oder auf der Oberfläche von Fahrzeugkarosserieteilen können verschiedene additive Fertigungsverfahren für Elektronik eingesetzt werden. Eines der am weitesten entwickelten Verfahren ist die Laser-Direktstrukturierung (LDS). Dabei wird ein Additiv mittels Laser selektiv in ein spritzgegossenes Kunststoffbauteil eingebracht und anschließend chemisch beschichtet. Dieses Verfahren wird bereits zur Herstellung von Antennen in einer Vielzahl von Unterhaltungselektronikgeräten verwendet. Zu den Verfahren in einem früheren Entwicklungsstadium zählen die In-Mold-Elektronik (IME), bei der Leiterbahnen vor dem Thermoformen und dem anschließenden Spritzgießen aufgebracht werden; die Anwendung von Folien, die mit einem bereits aufgedruckten Metallmuster funktionalisiert sind; und das einfache Aufdrucken von Leiterbahnen auf eine 3D-Oberfläche. Der IDTechEx-Bericht „3D Electronics 2020–2030: Technologies, Forecasts, Players“ bietet einen detaillierten Überblick darüber, wie Elektronik in oder auf der Oberfläche von 3D-Strukturen integriert werden kann.
Man fragt sich jedoch, wie diese Integration in die bestehende Wertschöpfungskette passt, da die Herstellung eines Radars auf diese Weise deutlich komplexer ist, als wenn ein Zulieferer lediglich ein Gehäuse für den OEM liefert. Wer fertigt beispielsweise die Karosserieteile? Es ist unwahrscheinlich, dass BMW und Mercedes ihre Türen von Bosch designen lassen wollen. Gleichzeitig stellt sich die Frage, wie ein Zulieferer wie Bosch für jede einzelne Türvariante von BMW und Mercedes eine Radarantenne entwickeln könnte. Für ein Unternehmen wie Tesla, das über einen hochgradig vertikal integrierten Fertigungsprozess verfügt, mag dieses Konzept interessant sein, doch Tesla scheint sich vom Radar abzuwenden. Es ist daher wahrscheinlich, dass diese Technologie noch einige Zeit in der Entwicklungsphase verbleiben wird.
