CN111812590A - 雷达设备、制造雷达设备的方法以及机动交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种雷达设备(1)、制造雷达设备的方法和机动交通工具，该雷达设备用于机动交通工具(8)，该雷达设备包括：收发器装置(2)，该收发器装置被配置用以传输雷达辐射并接收从所述雷达设备(1)的环境中的物体反射的雷达辐射并生成测量信号；以及保护装置(3)，该保护装置被构造用以保护所述收发器装置(2)免受外部影响。该保护装置(3)的厚度至少在多个分段中小于穿过所述保护装置(3)的雷达辐射的波长的10％。

Description

雷达设备、制造雷达设备的方法以及机动交通工具

技术领域

本发明涉及一种用于机动交通工具的雷达设备、一种用于制造用于机动交通工具的雷达设备的方法以及一种机动交通工具。

背景技术

现代机动交通工具设置有多个传感器，以检测交通工具的环境。基于生成的传感器数据，驾驶员辅助系统可以支持驾驶员或者部分或完全自主地驾驶交通工具。雷达传感器优选地被用于计算距离和相对速度。这些传感器通常位于交通工具的前部或后部，特别是在保险杠的区域中或在散热器格栅的后面。雷达传感器包括用于生成电磁雷达辐射的天线元件以及控制该天线元件的电子器件。由于这些部件可能容易受到外部环境影响而损坏，所以有必要设计一种防止所述部件直接暴露于环境中的保护装置。这种保护装置被称为雷达天线罩，并且优选地是被构造成与交通工具的外观融合。

雷达天线罩通常由一个层或多个层构成，并可以包含与交通工具的颜色对应的油漆层。为了能够使用具有不规则表面的雷达天线罩，该表面例如呈标志或特征结构的形式，文献DE 19819709 A1公开了对雷达和视觉检查透明的盖板的使用，标志或结构以该盖板的底片形式被嵌入在该盖板中。这种形式设置有金属层或金属光泽层，其厚度使得在可见波长范围内，电磁辐射被完全反射并且雷达波可以基本未衰减地穿过。

尽管雷达天线罩对于保护免受外部环境影响至关重要，但还必须确保允许雷达辐射以尽可能少的损耗穿过雷达天线罩。传输路径中的可能损耗是由雷达天线罩中的介电损耗、由面对天线装置的空气/雷达天线罩交界面处的雷达辐射的反射以及由面对周围空气的雷达天线罩的空气/雷达天线罩交界面处的雷达辐射的反射引起的。此外，如果未充分考虑机械公差或波动的材料特性，则可能会发生波阻抗的失配。

雷达天线罩的厚度典型地被选择为穿过雷达天线罩的雷达辐射的波长的一半的倍数。因此，雷达天线罩的厚度典型地为几毫米，这引起不容忽视的雷达天线罩中的损耗。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种雷达设备，在该雷达设备中，穿过雷达天线罩的雷达辐射的传输中的损耗减少。

该目的分别通过独立专利权利要求的主题来实现。在从属权利要求中分别限定了优选的实施例。

因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于机动交通工具的雷达设备，该雷达设备包括收发器装置和保护装置，即，雷达天线罩。所述收发器装置被配置用以传输雷达辐射并接收从雷达设备的环境中的物体反射的雷达辐射。所述收发器装置基于所接收到的雷达辐射生成测量信号。所述保护装置被构造用以保护收发器装置免受外部机械或化学影响。所述保护装置的厚度被选择为使得其小于穿过保护装置的雷达辐射的波长的10％。

根据第二方面，本发明涉及一种制造雷达设备的方法。提供收发器装置，该收发器装置被配置用以发射雷达辐射，接收从物体反射的雷达辐射并生成测量信号。提供保护装置，该保护装置保护收发器装置免受外部影响。所述保护装置的厚度至少在多个分段中(insections)小于穿过保护装置的雷达辐射的波长的10％。

根据第三方面，本发明涉及一种包括至少一个根据本发明的雷达设备的机动交通工具。

本发明的基本原理是使用电磁上薄的材料作为保护装置，即，保护装置的厚度小于所要发射的雷达辐射的波长的10％。收发器装置被配置用来以预定频率或在预定频率范围中传输雷达辐射。该频率与雷达辐射的波长相对应，其取决于传播介质。该波长始终是保护装置内(即，当雷达辐射穿过保护装置时)的雷达辐射的波长。

使用电磁上薄的材料的益处是由于它们对于对应的电磁辐射而言是基本透明的事实。因为介电损耗可忽略不计，所以由于使用薄的保护装置，因此可以基本无损失地执行穿过保护装置的雷达辐射的传输。

另一个益处是，在使用电磁上薄的材料作为保护装置时，机械公差也可以忽略。例如，由于收发器装置的电路板与保护装置之间的距离、收发器装置的电路板的厚度以及保护装置的厚度的变化，所以可能会出现这种机械公差。

类似地是，当使用电磁上薄的材料时材料组分的公差不会对雷达辐射的传输产生明显影响。这种影响的减少允许减少生产工艺中的要求，从而使生产工艺更快且更便宜。

最后，通过使用电磁上薄的材料作为保护装置可以降低材料成本。

最后，当使用电磁上薄的材料作为保护装置时，也可以应用这样的材料，其在高频范围内的特性将会导致更大厚度处的高介电损耗。这有利于更广泛的材料的使用。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述收发器装置被配置成非调制连续波雷达(CW雷达)，即，其被配置用以传输具有恒定振幅和恒定频率的雷达辐射。该频率例如可以是24GHz或77GHz。这种雷达设备可以被配置用以测量速度、距离或范围。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述收发器装置被配置成调制连续波雷达。特别地是，所述收发器装置可以被配置成调频连续波雷达(FMCW雷达)。在这种情况下，频率被周期性地调制，其中，调制优选地在时间上是线性的。取决于评估方法，可以测量距离和/或速度。

根据用于机动交通工具的雷达设备的另一优选实施例，所述收发器装置被配置用来以77GHz的频率传输雷达辐射或以大约75GHz至85GHz之间的77GHz左右的频率范围内或优选地是在77GHz至81GHz之间的频率范围内传输。典型介电常数为2的保护装置中的雷达辐射的波长约为2.75毫米。因此，以如下方式选择保护装置的厚度，即：使得其至少在多个分段中小于0.275毫米。特别地是，保护装置的厚度可以总是小于0.275毫米。根据其它实施例，保护装置的厚度至少在多个分段中可以小于0.2毫米或小于0.15毫米。此外，收发器装置可以如上所述以77GHz的频率作为CW雷达运行。收发器装置还可以被配置成如上所述的FMCW雷达。在这种情况下，收发器装置被配置用以在大约77GHz的频率范围内传输雷达辐射。77GHz的频率用作载波频率。

根据用于机动交通工具的雷达设备的另一优选实施例，所述收发器装置被配置用来以24GHz的频率传输雷达辐射或以大约21.65GHz至26.65GHz之间的24GHz左右的频率范围传输。典型介电常数为2的保护装置中的雷达辐射的波长约为8.82毫米。因此，保护装置的厚度被选择为使得其至少在多个分段中小于0.882毫米。

根据雷达设备的优选实施例，所述保护装置的厚度可以被选择为至少部分地小于0.2毫米、小于0.1毫米或小于0.05毫米。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述保护装置至少部分地由非导电材料构成。特别地是，所述保护装置可以至少部分地由塑料材料构成。特别地是，所述保护装置可以完全由塑料材料构成。然而，所述保护装置也可以仅部分地由塑料材料制成，并且可以包含附加组成，诸如薄涂层。用于保护装置的塑料材料可以包括聚烯烃中的至少一种，诸如聚乙烯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酯和聚碳酸酯(PC)。

根据另一优选实施例，雷达设备还包括壳体，其中，所述收发器装置被布置在该壳体中。所述壳体也可以仅部分地封围收发器装置，例如以下壳体壳的形式。所述保护装置被安装到壳体。特别地是，所述收发器装置可以被布置在插入到壳体中的印刷电路板上。印刷电路板可以借助于热界面材料(TIM)联接到壳体，使得可以借助于壳体消散在收发器装置的运行期间生成的热量。所述收发器装置可以包括天线元件和雷达芯片，其中，该雷达芯片借助于热界面材料热联接到壳体。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述壳体至少部分地由塑料材料制成。所述保护装置被黏合或焊接到壳体。借助于其它已知的联接工艺将保护装置联接到壳体也是可能的。在材料成本和工艺成本两个方面上，与使用塑料注塑件相比，使用黏合或焊接的箔片在生产上的成本密集度低得多。另外，焊接工艺非常稳定，并且批量生产的焊接系统几乎不需要维护。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述壳体至少部分地由金属材料制成。所述保护装置被黏合到壳体。为了提供更有效的散热，金属壳体可能是有利的。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述保护装置以如下方式被附接到壳体，即：使得收发器装置以气密方式被封围在壳体中。因此，保护装置为收发器装置提供了良好的保护，使其免受颗粒或流体(诸如气体、润滑剂或水)的影响。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述保护装置包括至少一个箔片，该箔片定位于收发器装置的波束路径中。所述波束路径应理解为发射雷达辐射所处的立体角度范围。例如，所述保护装置可以恰好包括保护收发器装置的一个箔片。然而，所述保护装置也可以包括多个箔片，所述箔片的总厚度在电磁上是薄的，即，小于穿过箔片的雷达辐射的波长的10％。

在使用不同材料的情况下，雷达辐射的波长相对于不同的材料可能不同。在这种情况下，可以以如下方式选择所述保护装置的厚度，即：使得其小于这些波长中的最小波长的10％。

根据雷达设备的另一优选实施例，所述保护装置可以包括至少一个保护涂层。例如，所述保护装置可以包括一个或多个箔片，其中，在背对收发器装置的一侧上，即，在将雷达设备安装在机动交通工具上之后暴露于环境影响的一侧上，所述箔片设置有所述至少一个保护涂层。例如，所述保护涂层可以部分或全部由SiO₂构成，其中，可以实现一定的耐刮擦性。保护装置的总体设计使得包括保护涂层在内的厚度小于穿过保护装置的雷达辐射的波长的10％。

根据雷达设备的另一优选实施例，保护装置的厚度至少部分地小于穿过该保护装置的雷达辐射的波长的9％、8％、7％、6％或5％。所选厚度越小，雷达辐射在穿过保护装置时的可能介电损耗就越低。特别地是，即使以一定角度发射的雷达辐射或雷达波束的未撞击保护装置的部分也垂直地穿过在电磁上薄的材料，使得损耗可以忽略不计。

根据雷达设备的另一优选实施例，以如下方式选择所述保护装置的厚度，即：使得当穿过保护装置时由雷达辐射所覆盖的距离小于穿过保护装置的雷达辐射的波长的10％。特别地是，因此可以以如下方式选择所述保护装置的厚度，即：使得即使以一定角度发射雷达辐射，使得其不垂直地撞击保护装置，雷达辐射也可以穿过在电磁上薄的材料，使得损耗可以忽略不计。例如，当使用相控阵天线作为收发器装置时，可能会发生雷达辐射的倾斜发射。在这种情况下，以如下方式选择所述保护装置的厚度，即：使得对于任何给定的可能的传输方向而言，雷达辐射在穿过保护装置时行进的距离小于穿过保护装置的雷达辐射的波长的10％。

根据用于制造雷达设备的方法的另一优选实施例，还提供了壳体，其中，收发器装置被容纳在该壳体中。单独保护装置被附接到该壳体。

根据用于制造雷达设备的方法的另一优选实施例，所述壳体至少部分地由塑料材料制成。所述保护装置被黏合或焊接到壳体。

根据用于制造雷达设备的方法的另一优选实施例，所述壳体至少部分地由金属材料制成，其中，保护装置被黏合到该壳体。

根据用于制造雷达设备的方法的另一优选实施例，保护装置以如下方式被附接到壳体，即：使得以气密方式将收发器装置封围在壳体中。

根据用于制造雷达设备的方法的另一优选实施例，所述保护装置包括定位于收发器装置的波束路径中的至少一个箔片。

根据用于制造雷达设备的方法的另一优选实施例，当设置保护装置时，形成至少一个保护涂层。该保护涂层可以例如由SiO₂制成，并且可以借助于溶胶-凝胶技术或化学汽相沉积被施加在该保护装置的箔片上。

附图说明

下面基于在附图中示出的示例性实施例更详细解释本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的用于机动交通工具的雷达设备的示意性剖视图；

图2示出了用于机动交通工具的雷达设备的示意性平面图；

图3示出了根据本发明的实施例的包括雷达设备的机动交通工具的示意性框图；并且

图4示出了根据本发明的实施例的用于生产雷达设备的方法的流程图。

附图旨在提供对本发明的实施例的进一步理解。它们示出了实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理和概念。当与附图结合使用时，得到其它实施例和上述许多益处。附图中所示的元件不必按比例绘制。

在附图的图中，除非另有说明，否则在功能上相同并提供相同效果的相似元件、特征和部件均由相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了用于机动交通工具的雷达设备1的示意性剖视图。图2示出了雷达设备1的示意性俯视图。雷达设备1可以被构造成布置在机动交通工具的前部、后部或侧面区域中。雷达设备1包括收发器装置2，该收发器装置包括彼此电耦合的天线阵列21和雷达芯片22。雷达芯片22包括电子部件，该电子部件被配置用以控制天线阵列21。雷达芯片22和天线阵列21被安装在公共电路板7上。天线阵列21、雷达芯片22和电路板7可以被构造成集成电路。天线阵列21包括可以被不同地对准的第一天线阵列211和第二天线阵列212。特别地是，第一天线阵列211和第二天线阵列212可以沿彼此正交的轴线延伸，这允许确定所要检测的物体的角度。

然而，本发明不限于所示的天线阵列21的数量或布置。特别地是，可以设置单个天线阵列或多个(三个或更多个)天线阵列。

天线阵列21被配置用以在其主波束方向上以77GHZ的频率传输连续的(CW)相位编码雷达辐射。根据其它实施例，该频率也可以具有大约24GHz的不同值。天线阵列21还可以使用另一种方法(特别是FMCW方法)由雷达芯片22控制，其中，载波频率可以在大约24GHz的范围内或在大约77GHz的范围内。

发射的雷达辐射在雷达设备1附近的一个或多个物体处被反射，并且反射的雷达辐射借助于天线阵列21被检测到。电信号借助于电连接被传输到雷达芯片22，其中，雷达芯片22的电子评估装置取决于电信号生成测量信号。另外，雷达芯片22可以被配置用来使用测量信号来执行该一个或多个物体的特征化，即，特别是确定该一个或多个物体的相对速度、该一个或多个物体的距离或该一个或多个对象的角度位置。这种评估也可以在外部评估单元中执行，该外部评估单元被电耦合到雷达芯片22，但不是雷达设备1的组成部分。这种外部评估单元可以被连接到任何数量的雷达设备1。

雷达芯片22借助于由热界面材料(TIM)制成的导热元件5联接到冷却元件6，使得在雷达芯片22的运行期间生成的热量借助于导热元件5和冷却元件6被传递到雷达设备的壳体4。

印刷电路板7固定在壳体4中，其中，在与印刷电路板7的表面相垂直的方向上，在印刷电路板7与壳体4之间形成有气隙。

壳体4可以例如具有2毫米的厚度d；然而，本发明不限于此。壳体4可以由金属或塑料制成，但也可以包括不同的组成，其可以部分地由金属且部分地由塑料制成。

雷达设备1还包括保护装置3或雷达天线罩，其被构造成薄箔片并且用于保护收发器装置2，即，特别是保护收发器装置2的天线阵列21。保护装置3在光波长范围内是不透明的，使得收发器装置2从外部不可见。为了确保雷达设备1与机动交通工具的外观匹配，保护装置3可以被构造成至少在一个外表面上具有与机动交通工具的颜色匹配的颜色。为此，保护装置3可以具有薄的油漆层。

保护装置3至少部分地由不导电材料(特别是塑料材料)构成。为此，保护装置3可以具有可以由不同的材料(特别是不同的塑料材料)制成的一层或多层。

优选地是，保护装置3被构造成薄箔片或构造为多个这种薄箔片的组合。保护装置3的总厚度小于穿过保护装置3的雷达辐射的波长(即，保护装置3内的雷达辐射的波长)的10％。优选地是，在保护装置3在保护装置3的整个表面面积上的厚度小于穿过保护装置3的雷达辐射的波长的10％。然而，保护装置3的厚度也可以仅在一个或多个局部区域中(即，例如在天线阵列21上方的区域中)小于穿过保护装置3的雷达辐射的波长的10％。在这些局部区域之外，厚度可以更大。

保护装置3的厚度也可以被选择为小于穿过保护装置3的雷达辐射的波长的5％。此外，天线阵列21可以被配置用来以特定的传输角发射雷达辐射，该传输角是相对于印刷电路板7的表面测量得到的并且可以不同于90度角。可以以如下方式选择保护装置3的厚度，即：使得雷达辐射穿过保护装置3所行进的距离(其因此取决于传输角)小于穿过保护装置3的雷达辐射的波长的10％。

作为示例，收发器装置2可以以77GHz的频率传输雷达辐射。保护装置3的材料的透磁率的值可以为2。在这种情况下，保护装置3的厚度可以被选择为小于0.275毫米。

保护装置3在壳体4的边缘区域41中被联接到壳体4。壳体4可以至少在边缘区域41中由金属制成。保护装置3可以被黏合到壳体4。

此外，壳体4可以至少在边缘区域41中由塑料材料制成。保护装置3可以被黏合或焊接到壳体4。

保护装置3可以优选地以如下方式被联接到壳体4，即：使得壳体4和保护装置3以气密方式封围收发器装置2。

图3示出了包括根据上述实施例中的一个实施例的雷达设备1的机动交通工具8的示意性框图。优选地是，机动交通工具可以具有多个根据本发明的雷达设备1。特别地是，机动交通工具8可以是乘用车、商用车、摩托车、飞机或水上飞机。

图4示出了根据与本发明相对应的实施例的用于制造雷达设备1的方法的流程图。

为此，在第一方法步骤S1中提供收发器装置2。收发器装置被配置用以传输雷达辐射并接收从物体反射的雷达辐射。取决于所接收到的反射的雷达辐射，收发器装置2可以生成并输出测量信号。收发器单元2可以被容纳在壳体4中。特别地是，收发器装置2可以具有如图1和图2中所示的天线阵列21以及雷达芯片22，该雷达芯片22被电耦合到天线阵列21并被配置用以控制该天线阵列21。

此外，在第二方法步骤S2中，形成保护装置3，该保护装置保护收发器装置2免受外部化学或物理影响，即，特别是免于直接接触颗粒、气体或液体。为了形成保护装置3，可以将一个或多个箔片附接到壳体4。为此，可以将箔片一个接一个地形成。替代地是，可以在第一步骤中将几个箔片组合起来以形成保护装置3，然后将该保护装置附接到壳体4。

壳体4可以由金属制成或具有至少一个由金属制成的边缘区域41。保护装置3可以被黏合到金属边缘区域41。

壳体4也可以由塑料材料制成，或者可以具有由塑料材料制成的至少一个边缘区域41。保护装置3可以被黏合到塑料边缘区域41。优选地是，保护装置3也可以通过焊接工艺而被结合到塑料边缘区域41。

保护装置3优选地是以如下方式被联接到壳体4，即：使得形成气密的腔体，该腔体保护收发器装置2的至少一些部件免受外部影响。

以如下方式在用于制造雷达设备1的方法中选择保护装置3，即：使得保护装置3的厚度至少在多个分段中小于穿过保护装置3的雷达辐射的波长的10％。作为示例，收发器装置2可以被配置用以传输频率为77GHz的雷达辐射。保护装置3的介电常数可以为2。保护装置3的厚度被选择为使得其小于0.275毫米。

该制造的方法通常可以被配置用以生产上述雷达设备1中的任一种。

附图标记列表

1 雷达设备

2 收发器装置

3 保护装置

4 壳体

5 导热元件

6 冷却元件

7 印刷电路板

8 机动交通工具

21 天线阵列

22 雷达芯片

41 壳体4的边缘区域

211 第一天线阵列

212 第二天线阵列

Claims (15)

1.一种用于机动交通工具的雷达设备(1)，包括：

-收发器装置(2)，所述收发器装置(2)被配置用以传输雷达辐射并接收从所述雷达设备(1)的环境中的物体反射的所述雷达辐射并生成测量信号，以及

-保护装置(3)，所述保护装置(3)被构造用以保护所述收发器装置(2)免受外部影响，其中，所述保护装置(3)的厚度至少在多个分段中小于穿过所述保护装置(3)的所述雷达辐射的波长的10％。

2.根据权利要求1所述的雷达设备(1)，其特征在于，

所述收发器装置(2)被配置用来以77GHz或24GHz的频率传输雷达辐射，其中，所述保护装置(3)的所述厚度至少在多个分段中小于0.275毫米。

3.根据权利要求1或2所述的雷达设备(1)，其特征在于，

所述保护装置(3)至少部分地由塑料材料制成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的雷达设备(1)，其特征在于，

所述雷达设备(1)还包括壳体(4)，其中，所述收发器装置(2)被布置在所述壳体(4)中，并且其中，所述保护装置(3)被附接到所述壳体(4)。

5.根据权利要求4所述的雷达设备(1)，其特征在于，

所述壳体(4)至少部分地由塑料制成，其中，所述保护装置(3)被黏合或焊接到所述壳体(4)。

6.根据权利要求4所述的雷达设备(1)，其特征在于，

所述壳体(4)至少部分地由金属制成，其中，所述保护装置(3)被黏合到所述壳体(4)。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的雷达设备(1)，其特征在于，

所述保护装置(3)以如下方式被附接到所述壳体(4)，即：使得所述收发器装置(2)以气密方式被封围在所述壳体(4)中。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的雷达设备(1)，其特征在于，

所述保护装置(3)包括至少一个箔片，所述至少一个箔片被布置在所述收发器装置(2)的波束路径中。

9.一种制造雷达设备(1)的方法，包括以下步骤：

-提供(S1)收发器装置(2)，所述收发器装置(2)被配置用以传输雷达辐射、接收在物体处反射的所述雷达辐射并生成测量信号，以及

-形成(S2)保护装置(3)，所述保护装置(3)保护所述收发器装置(2)免受外部影响，其中，所述保护装置(3)的厚度至少在多个分段中小于穿过所述保护装置(3)的所述雷达辐射的波长的10％。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

还提供壳体(4)，其中，所述收发器装置(2)被布置在所述壳体(4)中，并且其中，所述保护装置(3)被附接到所述壳体(4)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述壳体(4)至少部分地由塑料材料制成，其中，所述保护装置(3)被黏合或焊接到所述壳体(4)。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述壳体(4)至少部分地由金属制成，其中，所述保护装置(3)被黏合到所述壳体(4)。

13.根据权利要求10至12中的一项所述的方法，其特征在于，

所述保护装置(3)以如下方式被附接到所述壳体(4)，即：使得所述收发器装置(2)以气密方式被封围在所述壳体(4)中。

14.根据权利要求9至13中的任一项所述的方法，其特征在于，

所述保护装置(3)包括至少一个箔片，所述至少一个箔片被布置在所述收发器装置(2)的波束路径中。

15.一种机动交通工具(8)，包括至少一个根据权利要求1至8中的一项所述的雷达设备(1)。

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