CN107258035B - 天线设备和用于制造天线设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实现一种天线设备和一种用于制造天线设备的方法。所述天线设备(100；200；300；400)构造得具有：具有第一外侧(110‑1)的衬底(110)，在所述第一外侧上安装有第一天线结构(51‑i)；与所述衬底(110)间隔开的、在所述衬底(110)的所述第一外侧(110‑1)上的天线罩(140)；布置在所述衬底(110)和所述天线罩(140)之间的承载装置(150)，所述承载装置具有电绝缘体材料；其中，在所述承载装置(150)处安装有至少一个第二天线结构(52‑i；53‑i)，所述至少一个第二天线结构与所述衬底(110)和所述天线罩(140)间隔开。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线设备和一种用于制造天线设备的方法。
背景技术
通常被用于在具有现代驾驶员辅助系统的车辆中进行周围环境检测的雷达传感器例如在76-77GHz的频带中运行。例如进一步改进的雷达传感器可以具有76GHz至81GHz的扩大的频率范围。这些提高的可用的带宽的优点在于例如提高的位置区分能力或者这样的可能性：在频带的不同范围内运行雷达传感器，以便避免由于与在较近的周围环境中的其他雷达传感器的干扰引起的扰动。
在常规的雷达传感器中，通常借助在微带传输技术中的所谓的贴片天线实现电磁波作为雷达波的辐射。在这里，在最简单的情况下，在高频适用的电路板衬底材料上的矩形的金属化的天线元件(也称贴片元件)与位于其下方的接地面距离一限定的间距。高频适用的衬底在技术上相对昂贵并且通常难以集成到标准化的生产过程中。
单层的衬底构造部分地被限制在可能的频带宽度内，例如对于76GHz至81GHz的频带，仅仅有限地可应用。具有多个带有被腐蚀的结构的高频适用的衬底层的多层式衬底构造通常在技术上是复杂的并且与高的生产费用相关。
在DE 10 2012 201 367 A1中描述了一种微波雷达设备，该微波雷达设备构造为由多层式多聚物薄板组成的模块，所述多聚物薄板具有金属化层，所述金属化层布置在由聚合物材料制成的两个层之间并且所述金属化层用于屏蔽和信号导向。
图6a示出现有技术中的示例性的天线设备的示意性示图，并且，图6b示出现有技术中的示例性的天线设备的示意性的横截面视图。
示例性的天线设备的基本元件为第一贴片元件3，所述第一贴片元件布置在接地面5上方的衬底材料4上并且与施加在第二材料2上的第二贴片元件1耦合。
发明内容
本发明公开了一种天线设备和一种用于制造天线设备的方法。
据此，设置一种天线设备，该天线设备构造得具有：具有第一外侧的衬底，在所述第一外侧上安装有第一天线结构；与所述衬底间隔开的、在所述衬底的所述第一外侧上的天线罩；布置在所述衬底和所述天线罩之间的承载装置，所述承载装置具有电绝缘体材料；其中，在所述承载装置处安装有至少一个第二天线结构，所述至少一个第二天线结构与所述衬底和所述天线罩间隔开。
此外，设置一种用于制造天线设备的方法，所述方法具有这些步骤：在衬底上构造第一天线结构；构造与所述衬底间隔开的天线罩；构造布置在所述衬底和所述天线罩之间的承载装置，所述承载装置具有电绝缘体材料；并且在所述承载装置处构造至少一个第二天线结构，所述至少一个第二天线结构与所述衬底和所述天线罩间隔开。
如果要“在”第二元件的外侧“上”构造第一元件，则这不但应理解为，直接在第二元件处在第二元件的外侧上、即外表面处构造第一元件，而且应理解为，间接地在该外侧上方构造第一元件。如果“在”第二元件的外侧“处”构造第一元件，则这应理解为，直接在外侧、即外表面处构造第一元件。如果相对于第二元件应以确定的方式布置第一元件，则借此不必然地确定的是，当构造第一元件时，必须已经构造有第二元件。相反，在这里描述一种最终状态，本领域技术人员知道根据说明书制造所述最终状态。
本发明所基于的认识在于，存在着不同于多层式衬底构造的技术，以便实现宽带的天线元件。这样的宽带的天线可以例如布置或者应用在雷达传感器中、尤其机动车-雷达传感器中。
现在，本发明所基于的思想在于，在附加的或者存在于壳体处的承载装置上安装金属结构。在此，提出一种以微带实施的多层式整体天线结构，其中，例如在经典的高频衬底上生产天线设备的第一天线结构，而在例如与经典的高频衬底间隔开的承载装置上施加至少一个第二天线结构。整体天线结构的各个天线结构尤其可以以扁平(flach)的微带实施方式构造。“扁平”尤其应理解为，每个单个的天线结构的微带自身基本上布置在一个平面内。优选在其中分别安装有天线结构的平面相对彼此平行地布置。“基本上”尤其应理解为，在不可避免的和/或根据具体的应用可忽略的不准确性的范围内存在这样定性化的特性。
根据本发明，可以实现具有尤其在天线设备的面积固定地给定的情况下增大的带宽的天线设备，其中，可以有利地避免在技术上难以掌握并且昂贵的方法。
天线罩尤其可理解为用于保护以防外部影响、例如在常规的雷达传感器中通常存在着的机械负荷、冲击、湿气等等的壳体密封装置。天线罩可以例如构造为雷达可穿透的塑料遮盖件。
参照附图从说明书得出有利的实施方式和扩展方案。
根据一种优选的扩展方案，承载装置由电绝缘体材料制成。承载装置尤其既不具有为电导体的材料，又不具有是电半导体的材料。因此，承载装置可以特别简单地构造，由此减小制造耗费和易出错性。
根据另一种优选的扩展方案，电绝缘体材料为热塑性塑料。特别优选地，电绝缘体材料由基于环氧树脂的热塑性塑料、必要时借助特殊的填料改制。这样的材料在对于电磁波、尤其雷达射束的穿透性方面具有特别有利的特性。
根据另一种优选的扩展方案，承载装置一件式地构造。因此，可以特别简单地完成承载装置的制造并且在准备阶段已经可以检验承载装置的公差。
根据另一种优选的扩展方案，承载装置部分地直接布置在衬底处并且部分地与衬底间隔开。承载装置尤其可以与衬底形成空室，该空室具有两个朝向彼此的壁面，在所述两个壁面的第一壁面处安装有第一天线结构并且在其第二壁面处安装有至少一个第二天线结构。此外，因此可以直接关于衬底调准承载装置，这对于遵循待遵循的公差是有利的。
根据另一种优选的扩展方案，承载装置部分地直接布置在天线罩处并且部分地与天线罩间隔开。承载装置可以与天线罩形成空室，其中，至少一个第二天线结构布置在承载装置的、朝向天线罩但通过空室与天线罩间隔开的表面、尤其外侧处。
根据另一种优选的扩展方案，至少一个第二天线结构中的一个布置在承载装置的朝向衬底的第一外侧处。
根据另一种优选的扩展方案，至少一个第二天线结构中的一个布置在承载装置的背离衬底的第二外侧处。
根据另一种优选的扩展方案，第三天线结构布置在天线罩的朝向衬底的外侧处。
附图说明
以下根据在图的示意性附图中示出的实施例详细地阐述本发明。附图示出：
图1示出根据本发明的一种实施方式的天线设备100的示意性横截面视图；
图2示出根据本发明的一种实施方式的天线设备200的示意性横截面视图；
图3示出根据本发明的一种实施方式的天线设备300的示意性横截面视图；
图4示出根据本发明的一种实施方式的天线设备400的示意性横截面视图；
图5用于直观地说明用于制造根据本发明的另一种实施方式的天线设备的方法的流程图；
图6a示出现有技术中的示例性的天线设备的示意性示图；以及图6b示出现有技术中的示例性的天线设备的示意性横截面视图。
在所有附图中，相同的或者功能相同的元件和设备——只要未另作说明——设有相同的附图标记。方法步骤的编号有助于条理清楚并且尤其不应——只要未另作说明——意味着确定的时间顺序。尤其也可以同时执行多个方法步骤。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一种实施方式的天线设备100的示意性横截面视图。
根据图1，天线设备100具有衬底110，所述衬底具有第一外侧110-1，在该第一外侧上安装有第一天线结构51-1、51-2、51-3、51-4、51-5。第一天线结构具有以微带技术的、各个第一贴片元件，所述第一贴片元件尤其扁平地构造在第一外侧110-1上。第一天线结构51-i可以例如通过印制导线馈以高频信号并且因此也可以称作初级天线结构或者称作具有初级的或者主动的贴片元件的主动的天线结构。
在第一外侧110-1上、尤其在其处构造有承载装置150，所述承载装置与第一外表面110-1围成空室152。根据图1，承载装置150具有壁区段154，所述壁区段基本上垂直于第一外侧110-1地延伸并且此外具有盖区段156，所述盖区段基本上平行于第一外侧110-1地延伸。承载装置150例如可以由塑料、尤其由聚碳酸酯(简称：PC，Polycarbonat)、聚酰胺(简称：PA，Polyamid)和/或聚苯酰胺(简称：PPA，Polyphtalamid)制成。
承载装置150、尤其盖区段156具有承载装置150的第一外侧150-1，该第一外侧朝向衬底110的第一外侧110-1。在承载装置的第一外侧150-1上如此安装有第二贴片元件作为第二天线结构，使得其可以由从第一天线结构51-i发射的电磁波被动地激发和/或可以与第一天线结构51-i电磁地耦合。换言之，第二天线结构52-i不可以通过印制导线馈以高频信号并且因此也可以称作次级天线结构、称作被动的天线结构或者称作具有次级贴片元件、被动的贴片元件或者耦合元件的耦合天线结构。
第二天线结构52-i相对于第一天线结构51-i尤其可以如此布置，使得第一天线结构51-i和第二天线结构52-i关于虚拟的对称平面E1为镜像，所述虚拟的对称平面平行于衬底110的第一外侧110-1地布置在第一天线结构51-i和第二天线结构52-i之间。虚拟的对称平面E1与承载装置150的壁区段154相交，但不与承载装置150的盖区段156相交。第一天线结构51-i的各个第一贴片元件尤其可以与其在第二天线结构52-i中的分别相应的镜像的第二贴片元件结构相同，至少这涉及其平行于衬底110的第一外侧110-1的相应的平面。
在衬底110的第一外侧110-1上、尤其不但与承载装置150而且与衬底110间隔开地如此布置有天线罩140，使得承载装置150布置在衬底110和天线罩140之间。
承载装置150具有电绝缘体材料、优选塑料或者由其制成。
图2示出根据本发明的另一种实施方式的天线设备200的示意性横截面视图。
天线设备200为根据图1的天线设备100的变型方案并且与根据图1的天线设备100的区别尤其在于第二天线结构、即次级的或者被动的天线结构的布置。根据图2，天线设备200具有另外的第二天线结构，所述另外的第二天线结构具有第三贴片元件，而天线设备200不具有根据图1的第二贴片元件。第三贴片元件构造在承载装置150的第二外侧150-2上，所述第二外侧背离承载装置150的第一外侧150-1并且朝向天线罩140。
天线设备200的第一贴片元件通过电印制导线172与发送-接收装置170电连接。发送-接收装置170可以例如构造为MMIC、即构造为微机械式集成电路，尤其构造为ASIC、即构造为专用集成电路。根据天线设备200，发送-接收装置170也布置在衬底的第一外侧110-1上。印制导线172例如可以在承载装置150之下穿过地或者替代地也可以穿过承载装置150地、尤其穿过承载装置150的壁区段154之一地从发送-接收装置170导向到第一贴片元件处。借助于发送-接收装置170可以通过印制导线172向贴片元件传输输出信号、尤其高频信号并且可以接收和分析处理在贴片元件上接收到的电磁输入信号。
此外，天线设备200在衬底110的与衬底110的第一外侧110-1背离的第二外侧110-2上具有接地面120和承载衬底130，其中，接地面120三明治式地布置在承载衬底130和衬底110的第二外侧110-2之间，尤其直接布置在衬底110的第二外侧110-2处和承载衬底130处。承载衬底130尤其具有比接地面更坚硬的材料并且优选包括HF材料，例如FR4。
衬底110可以尤其由经典的高频衬底构造，所述高频衬底由高频适用的材料制成。
图3示出根据本发明的另一种实施方式的天线设备300的示意性横截面视图。天线设备300为图2中的天线设备200的一种变型方案，其中，天线设备300与天线设备200的区别在于，天线设备300除了另外的第二天线结构53-i之外也还具有图1中的第二天线结构52-i。因此，天线设备300具有相互间隔开的三个天线结构，所述三个天线结构具有贴片元件，所述天线结构布置在分别彼此平行的虚拟平面内。
图4示出根据本发明的另一种实施方式的天线设备400的示意性横截面视图。
天线设备400为天线设备300的一种变型方案并且与天线设备300相比具有第三天线结构，所述第三天线结构具有第四贴片元件。所述第四贴片元件构造在天线罩140的朝向衬底110以及承载装置150的外侧140-1处。第三天线结构54-1关于虚拟的第二对称平面E2尤其可以是第一天线结构51-i的镜像和/或根据虚拟的第三对称平面E3可以是另外的第二天线结构53-i的镜像。
具有第四贴片元件的第三天线结构作为变型方案也可以构造在天线设备200的天线罩140处或者根据天线设备100的天线罩140处。
图5示出用于直观地说明用于制造根据本发明的另一种实施方式的天线设备的方法的流程图。
根据图5的制造方法尤其用于制造天线设备100、200、300、400。尤其可以根据所有针对根据本发明的天线设备描述的实施方式、变型方案和扩展方案来匹配制造方法。
在步骤S01中，在衬底110上构造第一天线结构51-i，例如以微带技术构造。天线结构可以具有多个单个的贴片元件。各个贴片元件可以相互连接和/或与构造在衬底110上的发送-接收装置170通过印制导线172电连接。
在步骤S02中，构造与衬底110间隔开的天线罩140。在步骤S03中，在衬底110和天线罩140之间布置承载装置150，该承载装置具有电绝缘体材料或者由其制成。作为子步骤，承载装置150的布置可以包括承载装置150的构造、例如通过塑料注塑构造。
在步骤S04中，在承载装置150处构造至少一个第二天线结构52-i、53-i，所述至少一个第二天线结构与衬底110和天线罩140间隔开。至少一个第二天线结构52-i、53-i的构造可以在承载装置150布置在衬底110和天线罩140之间之前或者之后进行。
承载装置150尤其可以由塑料制成或者具有塑料。为了构造至少一个第二天线结构52-i、53-i，例如可以使用借助于“laser direct structuring：激光直接结构化”(LDS)的MID方法，其中，可以借助于激光激活来将包括一个或多个印制导线的印制导线结构施加到塑料上。另一种可能性是柔性薄膜，多层式印制导线结构也可以施加到所述薄膜上并且所述薄膜直接以塑料注塑包封。同样地，也可以在天线罩140处构造第四贴片元件。
承载装置150也可以称作“插入件”。承载装置150可以固定在天线罩140处和/或固定在衬底110处，例如通过粘接或者通过夹紧到衬底110处或者在衬底110中的钻孔中。
优选地，至少一个第二天线结构52-i、53-i和承载装置150如此构造和布置，使得至少一个第二天线结构52-i、53-i、即次级的或者被动的贴片元件位于第一天线结构51-i、即初级的或者主动的贴片元件的所谓的近场中。特别优选地，至少一个第二天线结构52-i、53-i如关于天线设备100、200、300、400所描述的那样布置。
尽管以上根据优选的实施例描述了本发明，但本发明不限于此，而是可以以多种多样的方式来修改。尤其可以以各种各样的方式改变或者修改本发明，而不偏离本发明的核心。
例如通过承载装置150与衬底110和/或与天线罩140一起形成的空室152可以以真空加载或者以填充气体或者填充材料、例如泡沫填充。
Claims (8)
1.一种天线设备，其具有：
具有第一外侧(110-1)的衬底(110)，在所述第一外侧上安装有第一天线结构(51-i)；
与所述衬底(110)间隔开的、在所述衬底(110)的所述第一外侧(110-1)上的天线罩(140)；
布置在所述衬底(110)和所述天线罩(140)之间的承载装置(150)，所述承载装置具有电绝缘体材料；其中，在所述承载装置(150)处安装有至少一个第二天线结构，所述至少一个第二天线结构与所述衬底(110)和所述天线罩(140)间隔开，其中，所述承载装置(150)与所述衬底(110)围成空室(152)，所述承载装置(150)部分地直接布置在所述衬底(110)处并且部分地与所述衬底(110)间隔开，其中，所述承载装置(150)具有壁区段(154)和盖区段(156)，所述壁区段垂直于所述衬底(110)地延伸并且与所述衬底接触，所述盖区段平行于所述衬底(110)地延伸，其中，所述壁区段(154)与所述盖区段(156)由相同的电绝缘体材料制成；
发送-接收装置(170)，所述发送-接收装置布置在所述衬底(110)的第一外侧(110-1)上；
至少一个印制导线(172)，所述至少一个印制导线布置在所述衬底(110)的第一外侧(110-1)上并且沿着所述第一外侧延伸，
其中，所述印制导线(172)在所述壁区段(154)之下从所述发送-接收装置(170)导向到所述第一天线结构(51-i)处，使得所述第一天线结构(51-i)通过所述印制导线(172)与所述发送-接收装置(170)电连接。
2.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述电绝缘体材料为热塑性塑料。
3.根据权利要求1或2所述的天线设备，其中，所述承载装置(150)一件式地构造。
4.根据权利要求1或2所述的天线设备，其中，所述承载装置(150)部分地直接布置在所述天线罩(140)处并且部分地与所述天线罩(140)间隔开。
5.根据权利要求1或2所述的天线设备，其中，所述至少一个第二天线结构中的一个布置在所述承载装置(150)的朝向所述衬底(110)的第一外侧(150-1)处。
6.根据权利要求1或2所述的天线设备，其中，所述至少一个第二天线结构中的一个布置在所述承载装置(150)的背离所述衬底(110)的第二外侧(150-2)处。
7.根据权利要求1或2所述的天线设备，其中，在所述天线罩(140)的朝向所述衬底(110)的外侧(140-1)处布置有第三天线结构(54-i)。
8.一种用于制造天线设备的方法，所述方法具有以下步骤：
在衬底(110)上构造第一天线结构(51-i)；
构造与所述衬底(110)间隔开的天线罩(140)；
构造布置在所述衬底(110)和所述天线罩(140)之间的承载装置(150)，所述承载装置具有电绝缘体材料；并且
在所述承载装置(150)处构造至少一个第二天线结构，所述至少一个第二天线结构与所述衬底(110)和所述天线罩(140)间隔开，
其中，使所述承载装置(150)与所述衬底(110)围成空室(152)，所述承载装置(150)部分地直接布置在所述衬底(110)处并且部分地与所述衬底(110)间隔开，其中，所述承载装置(150)具有壁区段(154)和盖区段(156)，所述壁区段垂直于所述衬底(110)地延伸并且与所述衬底接触，所述盖区段平行于所述衬底(110)地延伸，其中，所述壁区段(154)与所述盖区段(156)由相同的电绝缘体材料制成；
将发送-接收装置(170)布置到所述衬底(110)的第一外侧(110-1)上；
构造至少一个印制导线(172)，所述至少一个印制导线布置在所述衬底(110)的第一外侧(110-1)上并且沿着所述第一外侧延伸，
其中，使所述印制导线(172)在所述壁区段(154)之下从所述发送-接收装置(170)导向到所述第一天线结构(51-i)处，使得所述第一天线结构(51-i)通过所述印制导线(172)与所述发送-接收装置(170)电连接。
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