CN116581520A - 天线装置、雷达传感器装置和用于制造天线装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天线装置(10)，所述天线装置包括载体元件(T)，所述载体元件具有至少一个第一印制导线(LE1)和第二印制导线(LE2)；至少一个紧固结构(BS)，所述紧固结构成形在所述载体元件(T)中或者所述载体元件(T)上；至少一个天线元件(AE)，所述天线元件布置或者紧固在所述紧固结构(BS)上或者所述紧固结构(BS)中并且与所述第一印制导线(LE1)连接；发送装置(SR)，所述发送装置布置在所述载体元件(T)上并且与所述第二印制导线(LE2)连接，并且所述发送装置设置用于向所述至少一个天线元件(AE)发送发送信号和/或从所述至少一个天线元件(AE)接收发送信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线装置、一种雷达传感器装置和一种用于制造天线装置的方法。
背景技术
将雷达传感器用于车辆，可以用于实现例如适应性速度调节(Adaptive CruiseControl，自适应巡航控制)等舒适功能和例如紧急制动辅助等安全功能。这样的传感器的突出之处基本上可以在于直接测量物理参量的优点，而不是在解读例如视频摄像机的图像方面。
通常，雷达传感器可以通过天线结构发出高频雷达射束并且接收在环境对象上反射的分量。在此，检测到的对象可以是静止的或者移动的。有利地，可以借助接收到的雷达射束来计算相对于所测量的对象的间距和方向(角度)。另外，可以计算对象相对于雷达传感器的相对径向速度，其中，典型的雷达传感器可以在例如76与77GHz之间的频率范围中工作，在一些区域中也已经可以在77-81GHz处工作。
通常可以利用电路板上的平面天线，由此，在这种天线实施方案中，可以以电路板技术进行生产，而不附加地需要待装配的构件。未来的雷达传感器将要覆盖76-81GHz的扩展的频率范围，借助平面天线只能够不充分地或者以在发射性能方面明显的降级来为该扩展的频率范围服务。作为对于电路板上的平面天线的替代方案，特殊的雷达IC壳体可能是适合的，在所述特殊的雷达IC壳体的情况下，天线已经集成在封装中(Antenna-in-Package，封装天线)，其中，所述天线可以作为标准SMD构件被焊接，并且由于从封装中直接发射，不需要特殊的附加的高频电路板材料，而是可以焊接到每个标准电子装置——电路板上。
WO 2021/032423 A1描述一种用于机动车的雷达传感器。
发明内容
本发明提供一种根据本发明的天线装置、一种根据本发明的雷达传感器装置和一种根据本发明的用于制造天线装置的方法。
优选的扩展方案是优选的实施方式。
本发明的优点
本发明所基于的构思在于，说明一种天线装置、一种雷达传感器装置和一种用于制造天线装置的方法，其中，可以改进辐射的发射性能和接收性能。
本发明的任务在于，展示一种用于封装天线的解决方案，尽管壳体的尺寸是紧凑的，该解决方案能够实现具有高天线增益的、宽带的且有效率的发射。通过施加来自本发明的元件，增益增加。
根据本发明，天线装置包括载体元件，该载体元件具有印制导线(Leiterbahn)；至少一个紧固结构，该紧固结构成形在载体元件中或者载体元件上；至少一个天线元件，该天线元件布置或者紧固在紧固结构上或者紧固结构中并且与印制导线连接；发送装置，该发送装置布置在载体元件上并且与印制导线连接，并且该发送装置设置用于向至少一个天线元件发送发送信号和/或从至少一个天线元件接收发送信号。
紧固结构可以是底座和/或焊料或者粘接剂，其中，紧固结构可以将天线元件与第一和/或第二印制导线导电地连接。载体元件可以包括印刷电路板，该印刷电路板具有导电涂层，该导电涂层可以是第一和/或第二印制导线。因此，天线装置可以用作车辆中的或者别的领域中的发送设备。
下信号层(载体的印制导线和/或下侧)用于将IC(发送装置)不仅与低频信号、还与高频信号拆开。像在电路板中那样，为此可以使用多个层。为了将RF高频信号耦合到上层(印制导线)中，可以例如像在经典的电子技术中那样使用过孔(Via)，该过孔通向位于上层(载体的上侧)上的发射/耦入结构。但是也存在在没有电镀触点的情况下通过场耦合结构进行耦合的不同可能性。
另外，另外的导电层不一定是必需的，发射/耦入结构也可以直接位于最下方的层上。
根据天线装置的一种优选实施方式，该天线装置成形为芯片形式(Chipform)，并且其中，至少一个天线元件成形用于发射和接收雷达辐射。
芯片形式可以通过构型为微芯片来实现。
根据天线装置的一种优选实施方式，至少一个天线元件包括介电谐振器天线。
根据天线装置的一种优选实施方式，介电谐振器天线具有柱形状或者长方体形状。
通过该柱形状或者长方体形状或者也通过别的替代的形状，可以实现预确定的发射性能并且可以利用发送装置中的确定的位置特性。在此，可以提供天线元件的双重布置或者多重布置，天线元件的所谓的阵列，所述天线元件可以紧密地或者直接彼此靠近地或者彼此远离地布置。
根据天线装置的一种优选实施方式，发送装置包括IC芯片并且布置在载体元件的下侧或者上侧上，并且至少一个天线元件布置在载体元件的上侧或者下侧上，并且其中，印制导线包括第一印制导线和第二印制导线，其中，天线元件与第一印制导线连接，发送装置与第二印制导线连接。
根据天线装置的一种优选实施方式，紧固结构包括缝隙(Schlitz)或者微带传导结构或贴片耦合结构。
贴片是谐振地实施的发射元件。最简单的形状是矩形的，该几何形状在此与相应的波长相匹配。
根据天线装置的一种优选实施方式，天线元件包括一对单个天线。
根据本发明，雷达传感器装置包括：印刷电路板；根据本发明的天线装置，该天线装置布置在印刷电路板上；罩，该罩遮盖印刷电路板并且适合用于雷达辐射的透射；热导体，该热导体与印刷电路板和/或与天线装置热连接。
罩可以是覆盖部，该覆盖部可以遮盖雷达传感器装置的壳体并且可以对于确定的雷达辐射而言是可透过的，并且该覆盖部可以沿确定的方向取向。
有利地，可以实现封装天线技术与介电谐振器天线的组合。由此，尽管封装尺寸是紧凑的，可以实现具有高天线增益的、成本有利的、宽带的且有效率的发射。有利地，可以省去具有特殊技术或者特殊的高频衬底材料的昂贵的高频电路板，因为不再需要通过电路板来引导或者发射高频。由此，可以使用标准FR4技术中的便宜的电路板。另外，有利地可以实现灵活的可模块化性。发射性能的匹配可以通过装备以不同方式构型的天线元件来实现，而不需要对封装进行昂贵的改变。通常，高频可以经由焊接部位(焊球)或者键合线从IC或者封装引导到电路板上的蚀刻结构上，所述电路板可能需要特殊的昂贵的高频衬底。在当前情况下，通过封装技术中的带有介电附加元件的天线直接从封装进行发射。
根据雷达传感器装置的一种优选实施方式，天线装置布置在印刷电路板的上侧上，至少一个天线元件在罩的方向上远离印刷电路板延伸，有利地延伸到在罩与载体元件或者印刷电路板之间的中间空间中。
可以实现将雷达传感器部件纳入到车辆总系统中，用以实现舒适功能以及安全功能，其中，雷达传感器可以与总系统中的别的传感器结合，例如与夜视摄像机、正常摄像机(立体)、超声波传感器结合。
可以存在长距离雷达传感器，所述长距离雷达传感器具有大约250m的识别距离，并且在250m的情况下在水平方向上具有12°的视野；在30m的情况下具有30°的视野。可以存在夜视摄像机，该夜视摄像机具有大约150m的识别距离，并且在水平方向上具有32°的视野。可以存在中程雷达传感器(从车辆起向前)，该中程雷达传感器具有大约160m的识别距离，并且在160m的情况下在水平方向上具有12°的视野，在25m的情况下具有90°的视野。可以存在多用途摄像机或者多摄像机系统或者立体摄像机，该多用途摄像机或者多摄像机系统或者立体摄像机具有大约120m的识别距离(用于对象)，并且在水平方向上具有50°(标称)的视野。可以存在后置摄像机，该后置摄像机具有大约15m的识别距离，并且在水平方向上具有130°或者180°的视野。
可以存在任意的组合和作用范围覆盖，例如5个雷达传感器(1个中程雷达+4个角雷达)+1个视频传感器。可以考虑并且实施由雷达、视频、超声波和激光雷达组成的任意组合。例如由1x个正面雷达、4x个角雷达、x个后置雷达+另外的传感器组成，例如也用于内部空间监控或者别的应用。
可以存在用于大约80m且在水平方向上具有150°的视野的中程雷达。可以存在多摄像机系统，该多摄像机系统具有大约15m的识别距离，并且在水平方向上具有360°的视野。可以存在超声波传感器(单传感器或者多重传感器)，该超声波传感器具有大约5m的识别范围，并且在水平方向上具有60°的视野。
根据雷达传感器装置的一种优选实施方式，天线装置布置在印刷电路板的下侧上，至少一个天线元件在罩的方向上延伸穿过印刷电路板中的开口。
DRA(dielektrische Resonatorantenne，介电谐振器天线)天线，从构造来看可以是由介电材料构成的三维几何形状。在此，该材料的形状和介电常数确定天线元件的谐振频率和发射性能。有利地，DRA天线在微波范围中在高频率的情况下提供有利的性能，因为该效率不随着频率的增加而承受明显增加的金属性能损耗。此外，所述DRA天线可以相对较简单地宽带地设计，可以成本有利地制造，并且可以用于横向的最小化。在将DRA与封装天线技术结合时，可以因此在附加紧凑的尺寸的情况下实现具有高天线增益的、宽带的且有效率的发射。
另外，通过DRA元件，可以通过形状构型和/或材料构型实现用于天线图的形状的附加的构型自由空间，例如用于在宽雷达可视区域天线中使用。可以在非常大的角度范围中实现非常宽的视场覆盖。在此，在最简单的情况下，天线图可以仅通过装备以不同方式构型的DRA元件来匹配于期望的要求，而不需要对封装进行改变。
另外，根据本发明的技术也可以在别的高频产品中使用，例如在5G领域中使用。
根据本发明，在用于制造天线装置的方法中，提供具有印制导线的载体元件；成形至少一个紧固结构，该紧固结构成形在载体元件中或者载体元件上；布置至少一个天线元件，该天线元件布置或者紧固在紧固结构上或者紧固结构中并且与印制导线连接；布置发送装置，该发送装置布置在载体元件上并且与印制导线连接，并且该发送装置设置用于向至少一个天线元件发送发送信号和/或从至少一个天线元件接收发送信号。
雷达传感器装置和/或天线装置的突出之处也可以在于结合所述方法所提到的特征和该方法的优点，反之亦然。
本发明的实施方式的其他特征和优点从下面的说明书中参考所附绘图得出。
附图说明
在下文中，根据在绘图的示意性附图中说明的实施例更详细地阐述本发明。
附图示出：
图1示出根据本发明的一个实施例的天线装置的示意性侧面图；
图2示出根据本发明的一个实施例的天线装置中的载体的示意性俯视图；
图3示出根据本发明的另一个实施例的天线装置中的载体的示意性俯视图；
图4示出根据本发明的一个实施例的雷达传感器装置的示意性侧面图；
图5示出根据本发明的另一个实施例的雷达传感器装置的示意性侧面图；
图6示出根据本发明的一个实施例的用于制造天线装置的方法的方法步骤的方框示意图。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记表示相同的或者说功能相同的元件。
图1示出根据本发明的一个实施例的天线装置的示意性侧面图。
天线装置10包括载体元件T，该载体元件具有至少一个第一印制导线LE1和第二印制导线LE2，该第一印制导线例如作为载体元件T的上侧上的涂层，该第二印制导线例如作为载体元件T的下侧上的涂层；有利地包括多个紧固结构BS，所述紧固结构成形在载体元件T中或者载体元件T上；包括多个天线元件AE，所述天线元件可以布置或者紧固在各一个紧固结构BS上或者各一个紧固结构BS中并且可以与第一印制导线LE1连接；包括发送装置SR，该发送装置布置在载体元件T上并且与第二印制导线LE2连接，并且设置用于向至少一个天线元件AE发送发送信号和/或从至少一个天线元件AE接收发送信号。
天线装置AE可以成形为芯片形式(封装)，其中，至少一个天线元件AE成形用于发射和接收雷达辐射。天线元件AE可以包括介电谐振器天线，该介电谐振器天线可以具有柱形状或者长方体形状。发送装置SR可以包括IC芯片并且可以布置在载体元件T的下侧上，至少一个天线元件AE可以布置在载体元件T的上侧或者下侧上。
天线装置10可以成形为雷达封装，发送装置SR可以在具有载体元件的导电涂层(routing layer，路由层)的壳体中包括RF IC(MMIC或者SoC)。在此，封装变形可以是eWLB(embedded wafer level ball grid array，嵌入式晶圆级球栅阵列)、BGA(ball gridarray，球栅阵列)、LGA(land grid array，连接盘网格阵列)、作为当前常用的封装变型的FCCSP(Flip Chip-Chip scale pacakge，倒装芯片芯片级封装)。
具有插板并且必要时具有呈例如eWLB、BGA或者LGA形式的模具的各种封装，可以用作封装。示例性示出作为IC的、以倒装芯片技术装配在作为插板的载体元件上的发送装置SR。高频信号的路由在封装中借助得到证明的类型的线路引导结构通过路由层实现。用于此的例子是带状线、微带线、接地共面波导或者衬底集成波导，第一和/或第二印制导线(在电流传导和/或波导意义上的印制导线)可以包括所述带状线、微带线、接地共面波导或者衬底集成波导。穿过不同层的高频贯通接触可以通过具有过孔的电镀连接或者场耦合来实现。载体元件T可以借助焊接点LB装配在雷达传感器装置(图4或者图5)中的下侧或者封装上。
在两个印制导线之间可以通过覆镀通孔或者过孔进行信号转运。
图2示出根据本发明的一个实施例的天线装置中的载体的示意性俯视图。
在载体元件的面的从天线元件的方向的俯视图中能够都看到紧固结构BS，在所述紧固结构中布置有天线元件AE。在此应注意，紧固结构是上位概念，因为所述紧固结构不仅可以是用于紧固天线元件的材料，还可以是结构，例如用于插入天线元件的缝隙或者底座区域，可以恰好是如下区域：天线元件可以紧固和放置在该区域上。由于信号可以通过载体(作为路由，例如通过印制导线)来运输并且可以从载体的下侧导通到上侧上(反之亦然)，因此，紧固结构在此也可以用作用于天线元件的到载体上且以信号转发的方式到发送装置处的耦合结构。
图2示例性地示出紧固结构BS的8个这样的区域，所述区域可以以具有或者不具有粘贴连接或者焊接连接的方式成形为具有边框(Fassung)(缝隙或者别的边框)的圆形底座。紧固结构BS可以包括缝隙或者微带或者贴片耦合结构。另外，天线元件AE可以包括一对单个天线。边框或者紧固结构也可以是穿过载体元件的开口并且与载体元件的上侧和下侧上的路由(用于电流和/或波的印制导线)连接，通过该路由可以将发送信号从上侧传导到下侧上(并且从那里传导至天线元件和/或发送装置)，反之亦然。
在最简单的形式中，每个这样的紧固结构BS是一个天线通道并且包括DRA元件。8个通道可以分别具有DRA天线。DRA的耦合通过在封装或者模具(焊接连接或者浇铸)上或者在封装或者模具中的紧固元件来实现。这可以例如是缝隙、微带耦合结构或者贴片耦合结构。DRA可以例如借助粘贴连接紧固在封装上。DRA的形状可以构型为柱形状、长方体形状或者任意的其他几何形状。
图3示出根据本发明的另一个实施例的天线装置中的载体的示意性俯视图。
在图3中示出双天线元件AE-F的场，所述双天线元件可以布置在紧固元件BS中或者紧固元件BS上。在此示出在图2的意义上的载体元件T的俯视图。这涉及具有示例性的带有双天线元件的阵列布置的封装变型，以便使天线图进一步成形并且在期望的区域中进行聚焦、散焦或者以便优化旁波束等天线参数。元件的布置和数量可以在此改变，以便相应于期望的要求来构型发射轮廓。
图4示出根据本发明的一个实施例的雷达传感器装置的示意性侧面图。
雷达传感器装置RE包括在壳体H中的印刷电路板PCB；根据本发明的天线装置10，该天线装置布置在印刷电路板PCB上；罩RD，该罩遮盖印刷电路板并且适合用于雷达辐射的透射；热导体WL，该热导体与印刷电路板和/或与天线装置10热连接。天线装置10可以布置在印刷电路板PCB的上侧上，至少一个天线元件AE在罩的方向上远离印刷电路板PCB延伸。天线装置10可以作为包、即作为封装组件布置在印刷电路板PCB上并且由此集成在传感器中。封装可以在此施加在印刷电路板上侧上。
热中间层ZS(热连接元件)可以布置在热导体WL上，二者可以布置在壳体H内并且以被罩RD所遮盖的方式布置。热覆镀通孔(Durchkontakte)TK可以从中间层ZS穿过印刷电路板PCB延伸直至天线装置10，并且与该天线装置在印刷电路板PCB的上侧上热连接。印刷电路板PCB可以至少局部地布置在中间层ZS上或者与该中间层接触。
图5示出根据本发明的另一个实施例的雷达传感器装置的示意性侧面图。
在根据图5的雷达传感器装置RE的情况下，天线装置10可以布置在印刷电路板PCB的下侧上，至少一个天线元件AE可以在罩的方向上延伸穿过印刷电路板PCB中的开口DK并且然后在罩RD的方向上延伸。然后，天线装置10的载体或者发送装置可以直接布置在热中间层ZS(热连接元件)上。由此，天线装置10的发送装置(例如实施为RF IC)可以施加在印刷电路板PCB的背侧上。天线元件AE可以在此穿过印刷电路板PCB中的相应的开口DK向上朝向罩RD突出。有利地，在背侧放置发送装置(在下侧上且背离罩)的情况下，可以通过封装到热导体WL上的或者到壳体后壁上的直接的背侧附接而实现改进的排热。另外，由于印刷电路板PCB朝向横向侧和朝向下侧的屏蔽效果，雷达封装的较小的干扰辐射，这产生优势。此外，可以利用印刷电路板中的开口DK，以便进一步优化天线性能。对此重要的是开口DK的尺寸和开口的表面的材料类型，其中，可以实现的是，可以为此将开口的表面(开口的壁)金属化。热中间层ZS(热连接元件)可以布置在热导体WL上，二者可以布置在壳体H内并且以被罩RD所遮盖的方式布置。
图6示出根据本发明的一个实施例的用于制造天线装置的方法的方法步骤的方框示意图。
在用于制造天线装置的方法中，提供S1具有第一印制导线和第二印制导线的载体元件；成形S2至少一个紧固结构，该紧固结构成形在载体元件中或者在载体元件上；布置S3至少一个天线元件，该天线元件布置或者紧固在紧固结构上或者紧固结构中并且与第一印制导线连接；布置S4发送装置，该发送装置布置在载体元件上并且与第二印制导线连接，并且该发送装置设置用于向至少一个天线元件发送发送信号和/或从至少一个天线元件接收发送信号。
虽然在上文中已根据优选的实施例完整地描述本发明，但是本发明不限于此，而是能够以有利的方式进行修改。
Claims (11)
1.一种天线装置(10)，所述天线装置包括：
载体元件(T)，所述载体元件具有印制导线(LE1)；
至少一个紧固结构(BS)，所述紧固结构成形在所述载体元件(T)中或者所述载体元件(T)上；
至少一个天线元件(AE)，所述天线元件布置或者紧固在所述紧固结构(BS)上或者所述紧固结构(BS)中并且与所述印制导线(LE1)连接；
发送装置(SR)，所述发送装置布置在所述载体元件(T)上并且与所述印制导线(LE2)连接，所述发送装置设置用于向所述至少一个天线元件(AE)发送发送信号和/或从所述至少一个天线元件(AE)接收发送信号。
2.根据权利要求1所述的天线装置(10)，所述天线装置成形为芯片形式，其中，所述至少一个天线元件(AE)成形用于发射和接收雷达辐射。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置(10)，其中，所述至少一个天线元件(AE)包括介电谐振器天线。
4.根据权利要求3所述的天线装置(10)，其中，所述介电谐振器天线具有柱形状或者长方体形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线装置(10)，其中，所述发送装置(SR)包括IC芯片并且布置在所述载体元件(T)的下侧或者上侧上，所述至少一个天线元件(AE)布置在所述载体元件(T)的上侧或者下侧上，其中，所述印制导线包括第一印制导线(LE1)和第二印制导线(LE2)，其中，所述天线元件(AE)与所述第一印制导线(LE1)连接，所述发送装置(SR)与所述第二印制导线(LE2)连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线装置(10)，其中，所述紧固结构(BS)包括缝隙或微带传导结构或贴片耦合结构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线装置(10)，其中，所述天线元件(AE)包括一对单个天线。
8.一种雷达传感器装置(RE)，所述雷达传感器装置包括：
印刷电路板(PCB)；
根据权利要求1至7中任一项所述的天线装置(10)，所述天线装置布置在所述印刷电路板(PCB)上；
罩(RD)，所述罩遮盖所述印刷电路板(PCB)并且适合用于雷达辐射的透射；
热导体(WL)，所述热导体与所述印刷电路板(PCB)和/或与所述天线装置(10)热连接。
9.根据权利要求8所述的雷达传感器装置(RE)，其中，所述天线装置(10)布置在所述印刷电路板(PCB)的上侧上，所述至少一个天线元件(AE)在所述罩的方向上远离所述印刷电路板(PCB)延伸。
10.根据权利要求8所述的雷达传感器装置(RE)，其中，所述天线装置(10)布置在所述印刷电路板(PCB)的下侧上，所述至少一个天线元件(AE)在所述罩的方向上延伸穿过所述印刷电路板(PCB)中的开口。
11.一种用于制造天线装置(10)的方法，所述方法包括下述步骤：
提供(S1)具有印制导线(LE1)的载体元件(T)；
成形(S2)至少一个紧固结构(BS)，所述紧固结构成形在所述载体元件(T)中或者所述载体元件(T)上；
布置(S3)至少一个天线元件(AE)，所述天线元件布置或者紧固在所述紧固结构(BS)上或者所述紧固结构(BS)中并且与所述印制导线(LE1)连接；
布置(S4)发送装置(SR)，所述发送装置布置在所述载体元件(T)上并且与所述印制导线(LE2)连接，所述发送装置设置用于向所述至少一个天线元件(AE)发送发送信号和/或从所述至少一个天线元件(AE)接收发送信号。
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