CN117239399A - 雷达装置 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为雷达装置，包括至少一个多层电路板、至少一个天线、至少一个用于产生和转换高频信号的电子部件(4)，以及至少一个用于在电子部件(4)和天线之间引导高频信号的线路结构(5)，其中多层电路板具有至少一个由载体材料构成的第一层(6)和至少一个由HF基底构成的第二层(7)，其中HF基底具有装配侧(8)且其中至少用于产生和转换高频信号的电子部件(4)和天线布置在装配侧(8)上并且其中用于引导高频信号的至少一个线路结构(5)至少局部地布置在装配侧(8)上，其中装配侧(8)至少在用于产生和转换高频信号的电子部件(4)的区域中被浇注。
Description
技术领域
本发明基于一种雷达装置，包括至少一个多层电路板、至少一个天线、至少一个用于产生和转换高频信号的电子部件以及至少一个用于在电子部件和天线之间引导高频信号的线路结构，
其中，多层电路板具有至少一个由载体材料构成的第一层和至少一个由高频基底(HF基底)构成的第二层，
其中，HF基底具有装配侧，且其中至少用于产生和转换高频信号的电子部件和天线布置在装配侧上，且其中至少一个用于引导高频信号的线路结构至少局部地布置在装配侧上，
其中，装配侧至少在用于产生和转换高频信号的电子部件的区域中被浇注。
背景技术
在构建雷达装置、即具有用于产生、引导和辐射电磁波的部件的电路板时，此类装置的安全性与应由此类装置遵守的关于防爆的要求相关联。
此处应区分不同防火类型的要求，这可最小化爆炸性气氛中火花产生的风险。在本发明的上下文中尤其相关的是：防火类型Ex i，即自我检查电路的要求，其中不出现可能导致爆炸性气氛点燃的火花或热效应；以及防火类型Ex mb，即浇封(Vergusskapselung)的要求，其中可能在爆炸性气氛中点燃的部件被嵌入浇注材料中。
发明内容
本发明的任务是说明一种确保特别安全的运行和特别高的防爆的雷达装置。
根据本发明，上述任务通过以下方式解决，即，具有参考电势的金属层布置在第一层和第二层之间，且
线路结构局部地经由至少一个电镀通孔(Durchkontaktierung)与金属层连接，使得至少一个电镀通孔形成DC短路，从而使线路结构与金属层在运行中具有相同的电势。
在此，至少一个电镀通孔仅形成DC短路，其中高频信号不经由电镀通孔传输。如此，可以确保电镀通孔不影响或不显著影响传输到天线或电子部件的高频信号的功率。
已认识到，如果线路结构具有雷达装置的参考电势，则即使在故障情况下，线路结构和具有参考电势的金属层之间也不会出现不同的电势。就此而言，不必为了保持防爆而为线路结构完全配设浇注材料。
用于产生和转换高频信号的电子部件例如可以是集成电路(IC)。
根据一个设计方案，载体材料具有由玻璃纤维织物和环氧树脂构成的复合材料，尤其是由阻燃FR-4复合材料构成的复合材料。载体材料的这种设计方案确保了雷达装置的机械稳定的结构并且同时确保了雷达装置的防爆的改进。
HF基底具有如下材料，所述材料在高频信号的频率下针对电磁波具有低衰减。例如，HF基底具有环氧基(Epoxidbasis)。
由于线路结构与金属层之间的电镀通孔，因此对于布置在线路结构与金属层之间的HF基底的厚度没有关于防爆的要求。而是，HF基底的厚度尤其取决于要传输的频率以及HF基底的介电常数HF基底可以具有例如约100μm的厚度，或约200μm的厚度，或大于200μm的厚度。
根据一种设计方案，线路结构仅局部地布置在装配侧上。根据另一设计方案，线路结构完全布置在HF基底的装配侧上。
在运行中，高频信号经由天线被发射到外部空间中。为此，天线可以构造为喇叭天线，例如具有圆形和/或椭圆形和/或多边形、例如矩形的横截面。备选地，天线可以构造为贴片天线、偶极天线或电介质杆式天线。
根据雷达装置的一种设计方案，天线是金属导电的(metallisch )，其中天线是无电势的或与参考电势连接。
根据雷达装置的另一设计方案，参考电势是雷达装置的接地电势，尤其是用于产生和转换高频信号的电子部件的接地电势。
特别优选地，至少一个电镀通孔布置在浇注部(Verguss)的区域中。这种设计方案具有如下优点，一旦线路结构离开浇注部的区域，就确保线路结构具有参考电势，从而不会在浇注部外部形成与金属层的电势差。因此，这种设计方案也改进了雷达装置的防爆。
根据雷达装置的下一优选设计方案，线路结构具有第一导体和第二导体，其中第一导体将高频信号从电子部件引导到天线，并且其中第二导体将由天线接收的高频信号引导到电子部件，其中第一导体和第二导体分别经由至少一个形成DC短路的电镀通孔与金属层连接。
特别优选地，第一导体的至少一个电镀通孔和/或第二导体的至少一个电镀通孔布置在浇注部的区域中。根据另一设计方案，不仅第一导体而且第二导体分别经由多个电镀通孔与金属层连接，其中第一导体的至少一个电镀通孔和/或第二导体的至少一个电镀通孔布置在浇注部的区域中。
特别优选地，第一导体的至少一个电镀通孔布置在浇注部的区域中并且第一导体的至少一个电镀通孔布置在浇注部外部和/或第二导体的至少一个电镀通孔布置在浇注部的区域中并且第二导体的至少一个电镀通孔布置在浇注部外部。
根据另一优选设计方案，浇注部在线路结构的区域中具有空腔。由于在浇注部中传输高频信号的传输特性不太熟知，并且此外在生产过程(Rahmen)中也会发生变化，因此这种设计方案借助于浇注部的区域中的线路结构而在传输高频信号方面改进了雷达装置，或减少浇注部对传输高频信号的可能难以估计的影响。
根据雷达装置的另一优选设计方案，线路结构和金属层之间存在多个形成DC短路的电镀通孔，所述电镀通孔与线路结构和金属层一起在HF基底中形成波导，用于引导高频信号。详细地，由电镀通孔、线路结构和金属层构成的装置形成SIW结构(基底集成波导结构)。
根据这种设计方案，在运行中，高频信号从线路结构、优选地在浇注部的区域中耦合到HF基底中，且然后经由波导传输到天线并在天线的区域中发射到自由空间中。如果相反由天线接收到高频信号，则该信号耦合到构造在HF基底中的波导中，并经由基底传输到线路结构中，且紧接着传输到用于产生和转换高频信号的电子部件中。
除了构造波导的电镀通孔外，尤其在电子部件的区域中，且尤其在天线的区域中，还存在至金属层的另外的电镀通孔，它们限制HF基底中的波传播。通过限制波传播可以防止高频信号以不受控制的方式经由HF基底传播，由此，要发出的信号或接收的信号的功率经受损失。
特别优选地，线路结构的第一导体限定第一部分波导，高频信号从电子部件经由第一部分波导被导引至天线，并且线路结构的第二导体限定第二部分波导，由天线接收的高频信号经由第二部分波导被引导到电子部件，其中第一部分波导和第二部分波导具有共同的引导区域。经由共同的引导区域实现高频信号被导引至天线中，并且由天线接收的高频信号经由同一共同波导区段传输到电子部件。共同引导区域因此形成第一部分波导和第二部分波导之间的耦合器。
在浇注部外部，第一导体和第二导体也可以构造共同的结构，例如金属层，所述共同的结构限制第一部分波导和第二部分波导。
根据雷达装置的另一设计方案，波导局部地布置在浇注部的区域中，使得在运行中在浇注部的区域中实现高频信号耦合到波导中或高频信号从波导中退耦。
根据另一设计方案，线路结构经由至少一个短线(Stichleitung)与至少一个电镀通孔连接，其中短线如此设计尺寸，使得高频信号不传输或不大量传输到电镀通孔。根据该设计方案，通过至少一个短线的存在防止产生或接收的高频信号的功率通过电镀通孔损失。至少一个短线具有n*(λ/4)的长度，其中λ为所产生的高频信号的波长，且n为奇数。
根据另一设计方案，线路结构经由至少两个短线与至少两个电镀通孔连接或经由至少三个短线与至少三个电镀通孔连接。
如果线路结构具有第一导体和第二导体，其中第一导体将高频信号从电子部件引导到天线，且其中第二导体将由天线接收的高频信号引导到电子部件，则第一导体优选地经由至少一个短线与至少一个电镀通孔连接并且第二导体经由至少一个短线与至少一个电镀通孔连接。如果第一导体和第二导体分别经由刚好一个短线与电镀通孔连接，则短线优选地具有约2mm的宽度。
根据下一设计方案，第一导体经由两个短线与两个电镀通孔连接并且第二导体经由两个短线与两个电镀通孔连接。根据该设计方案，短线优选地具有约1mm的宽度。
根据下一设计方案，第一导体经由三个短线与三个通孔连接并且第二导体经由三个短线与三个通孔连接。根据该设计方案，短线优选地具有能够承载取决于要实现的防爆标准的连续电流(Dauerstrom)的宽度。
如果线路结构具有第一导体和第二导体，其中第一导体将高频信号从电子部件引导到天线，且其中第二导体将由天线接收的高频信号引导到电子部件，其中第一导体和第二导体分别经由至少一个形成DC短路的电镀通路与金属层连接，则特别优选的是第一导体和第二导体经由定向耦合器彼此连接。
根据上述设计方案，特别优选的是，高频信号在运行中借助于线路结构被引导到天线，其中线路结构完全布置在装配侧上。
附图说明
现在存在大量设计和开发根据本发明的雷达装置的可能性。对此，参考从属于独立专利权利要求的专利权利要求以及以下结合附图对优选实施例的描述。
在附图中：
图1示出了雷达装置的第一实施例，
图2以俯视图示出第一实施例的线路结构，
图3示出了雷达装置的第二实施例
图4示出了雷达装置的另一实施例，
图5示出了雷达装置的另一实施例，并且
图6以俯视图示出了图5中所示实施例的线路结构。
具体实施方式
图1纯示意性地示出了雷达装置1的第一实施例，其包括多层电路板2、天线3、用于产生和转换高频信号的电子部件4以及至少一个用于在电子部件4和天线3之间引导高频信号的线路结构5，电子部件4在所示的实施例中构造为IC。
多层电路板2具有由载体材料构成的第一层6以及由HF基底构成的第二层7，载体材料在所示的实施例中由FR4复合材料构成。
HF基底的上侧形成电路板2的装配侧8。装配侧8上布置有用于产生和转换高频信号的电子部件4和天线3。此外，用于引导高频信号的线路结构5也布置在装配侧8上。
此外，装配侧8在用于产生和转换高频信号的电子部件4的区域中被浇注，从而在运行中不会在电子部件4的区域中产生可燃的火花。
具有参考电势的金属层9布置在第一层6和第二层7之间。线路结构5局部地经由电镀通孔10与金属层9连接，使得电镀通孔10形成DC短路，从而使线路结构5和金属层9在运行中具有相同的电势。由此可以确保，即使在故障情况下，在运行中也不会构建可能在可燃气氛中会导致火花形成的电压。
浇注材料11在线路结构5的区域中具有空腔12，使得所产生的高频信号的传输不受或不显著受浇注材料11的可变特性负面影响。
线路结构5具有第一导体13和第二导体14，其中第一导体13将高频信号从电子部件4引导到天线3，且其中第二导体14将由天线3接收的高频信号引导到电子部件4，其中第一导体13和第二导体14分别经由形成DC短路的电镀通孔10与金属层9连接。
除了构造DC短路外，电镀通孔10还具有与线路结构5和金属层9一起在HF基底中构造波导15的功能，其中产生的高频信号经由波导15传输到天线3，且其中由天线3接收的高频信号经由波导15传输到电子部件4。此处纯示意性地示出，波导15在HF基底7中整体上从浇注材料11的区域中的耦合区域延伸直到天线3。因此，图1不是在根据图2的俯视图中实施例的图示的精确截面图。
同样如图2中所示，第一导体13限制第一部分波导16，高频信号从电子部件4经由该第一部分波导16被导引至天线3，且第二导体14限制第二部分波导17，由天线3接收的高频信号经由该第二部分波导17被引导到电子部件4。在此，第一部分波导16和第二部分波导17具有共同的引导区域18，这在图2中示出。
除了所示的形成波导15的电镀通孔10之外，在此存在未示出的另外的电镀通孔，另外的电镀通孔尤其在耦合到波导15中的区域和在天线的情况下退耦的区域中(imBereich der Auskopplung bei der Antenne)限制波传播。
图2以俯视图示出了第一实施例的线路结构5。详细地，存在第一导体13，第一导体13具有多个形成第一部分波导16的电镀通孔10。在运行中，高频信号从电子部件4经由第一部分波导16被导引至天线3。第二导体14具有多个形成第二部分波导17的电镀通孔10。在运行中，由天线3接收的高频信号经由第二部分波导17被引导到电子部件4。此外，第一部分波导16和第二部分波导17具有共同的引导区域18，使得高频信号可以经由同一波导区段朝向天线3和远离天线3传输。由电子部件4产生的高频信号经由第一部分波导16被引导到与第二部分波导17共同的区域18。合并后，高频信号要么行进到波导区段中，要么行进到集波器(Wellensumpf)19中，波导区段将高频信号导引至天线3。由天线3接收的高频信号经由共同的波导区段18行进到第二部分波导17。一小部分也可以耦合到第一部分波导16中。
此外，显示了电子部件4的区域中浇注部11的浇注边界20。浇注边界20布置成使得不仅第一部分波导16的电镀通孔10而且第二部分波导17的电镀通孔10都布置在浇注部11的区域中。
图3示出了一种备选实施例，其中天线3不具有矩形形状，而是具有椭圆形形状。此外，电子部件4的发送输出端Tx和接收输入端Rx的布置互换。原则上，朝向天线3和远离天线3的传输方向具有不同的衰减。因而，取决于应用，即取决于期望的衰减，第一导体13用于将高频信号传输到天线3或用于将接收信号从天线3传输到电子部件4。
图4示出了雷达装置1的另一个纯示意性实施例，其中信号引导件、即线路结构5和波导装置15以与第一实施例中相同的方式构造。此外，在电子部件4的区域中，雷达装置1被完全浇注。在这方面，浇注部11在线路结构5的区域中也不具有空腔10。因此，在浇注部11中实现将高频信号引导或耦合到第一部分波导16中或将高频信号从第二部分波导17中退耦。
图5示出了雷达装置1的另一个实施例，其具有多层电路板2、天线3、用于产生和转换高频信号的电子部件4，并且具有至少一个用于在电子部件4和天线3之间引导高频信号的线路结构5，电子部件4在所示实施例中被构造为IC。
多层电路板2具有由载体材料构成的第一层以及由HF基底构成的第二层7，载体材料在所示的实施例中由FR4复合材料构成。
HF基底的上侧形成电路板2的装配侧8。装配侧8上布置有用于产生和转换高频信号的电子部件4和天线3。此外，用于引导高频信号的线路结构5也布置在装配侧8上。
装配侧8在用于产生和转换高频信号的电子部件4的区域中被浇注，从而在运行中不会在电子部件4的区域中产生可燃火花。
具有参考电势的金属层9布置在第一层6和第二层7之间。线路结构5局部地经由电镀通孔10与金属层9连接，使得电镀通孔10形成DC短路，从而使线路结构5和金属层9在运行中具有相同的电势。由此可以确保在运行中不会构建可能在可燃气氛中会导致火花形成的电压。
线路结构5具有第一导体13和第二导体14，其中第一导体13将高频信号从电子部件4引导到天线3，且其中第二导体14将由天线接收的高频信号引导到电子部件4，其中第一导体13和第二导体14分别经由形成DC短路的电镀通孔10与金属层9连接。
第一线路13和第二线路14经由图6所示的定向耦合器21彼此连接。
此外，线路结构5如此构造，使得电镀通孔10仅形成DC短路，且高频信号不或不大量经由电镀通孔10传输。
此外，第一导体13和第二导体14经由图6中所示的短线22与电镀通孔10连接。短线22如此设计尺寸，使得它们在端部对于高频信号的波长开路或短路。详细地，短线22具有n*λ/4的长度，其中λ为高频信号的波长，且其中n为奇数。
同样在该实施例中，每个导体13，14的至少一个电镀通孔10布置在浇注部11的区域中，并且每个导体13，14的至少一个电镀通孔10布置在浇注边界20外部。因此，所示出的实施例也具有可以确保高频信号的特别可靠的传输的优点。
附图标记
1 雷达装置
2 电路板
3 天线
4 电子部件
5 线路结构
6 第一层
7 第二层
8 装配侧
9 金属层
10 电镀通孔
11 浇注材料
12 空腔
13 第一导体
14 第二导体
15 波导
16 第一部分波导
17 第二部分波导
18 共同的引导区域
19 集波器
20 浇注边界
21 定向耦合器
22 短线
Claims (12)
1.一种雷达装置(1)，包括至少一个多层电路板(2)、至少一个天线(3)、至少一个用于产生和转换高频信号的电子部件(4)和至少一个用于在所述电子部件(4)和所述天线(3)之间引导高频信号的线路结构(5)，
其中，所述多层电路板(2)具有至少一个由载体材料构成的第一层(6)和至少一个由HF基底构成的第二层(7)，
其中，所述HF基底具有装配侧(8)，且其中至少用于产生和转换所述高频信号的所述电子部件(4)和所述天线(3)布置在所述装配侧(8)上，且其中所述至少一个用于引导所述高频信号的线路结构(5)至少局部地布置在所述装配侧(8)上，
其中，所述装配侧(8)至少在用于产生和转换所述高频信号的所述电子部件(4)的区域中被浇注，
其特征在于，
具有参考电势的金属层(9)布置在所述第一层(6)和所述第二层(7)之间，并且
所述线路结构(5)局部地经由至少一个电镀通孔(10)与所述金属层(9)连接，使得所述至少一个电镀通孔(10)形成DC短路，从而使所述线路结构(5)与所述金属层(9)在运行中具有相同电势。
2.根据权利要求1所述的雷达装置(1)，其特征在于，所述天线(3)是金属导电的，其中所述天线(3)是无电势的或与所述参考电势连接。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的雷达装置(1)，其特征在于，所述参考电势是所述雷达装置(1)的接地电势，尤其是用于产生和转换高频信号的所述电子部件(4)的接地电势。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的雷达装置(1)，其特征在于，至少一个电镀通孔(10)被布置在所述浇注部(11)的区域中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达装置(1)，其特征在于，所述线路结构(5)具有第一导体(13)和第二导体(14)，其中所述第一导体(13)将高频信号从所述电子部件(4)引导到所述天线(3)，且其中第二导体(14)将由所述天线(3)接收的高频信号引导到所述电子部件(4)，其中所述第一导体(13)和所述第二导体(14)分别经由至少一个形成DC短路的电镀通孔(10)与所述金属层(9)连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的雷达装置(1)，其特征在于，所述浇注部(11)在所述线路结构(5)的区域中具有空腔(12)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的雷达装置(1)，其特征在于，多个形成DC短路的电镀通孔(10)存在于所述线路结构(5)和所述金属层(9)之间，所述电镀通孔与所述线路结构(5)和所述金属层(9)一起在所述HF基底中形成波导(15)，用于引导高频信号。
8.根据权利要求7所述的雷达装置(1)，其特征在于，所述电镀通孔(10)被构造和布置成使得所述线路结构(5)的所述第一导体(13)限制第一部分波导(16)，并且所述线路结构(5)的所述第二导体(14)限制第二部分波导(17)，高频信号从所述电子部件(4)经由所述第一部分波导被导引至所述天线(3)，由所述天线(3)接收的高频信号经由所述第二部分波导被引导到所述电子部件(4)，其中所述第一部分波导(16)和所述第二部分波导(17)具有共同的引导区域(18)。
9.根据权利要求7或8所述的雷达装置(1)，其特征在于，所述波导(15)局部地布置在所述浇注部(11)的区域中，使得在运行中在所述浇注部(1)的区域中实现高频信号耦合到所述波导(15)中或高频信号从所述波导(15)中退耦。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的雷达装置(1)，其特征在于，所述线路结构(5)经由至少一个短线(21)与至少一个电镀通孔(10)连接，其中所述短线(21)如此设计尺寸，使得高频信号不传输或不大量传输到所述电镀通孔(10)。
11.根据权利要求1至6或10中任一项所述的雷达装置(1)，其特征在于，高频信号在运行中借助于所述线路结构(5)被引导到所述天线(3)，其中所述线路结构(5)完全布置在所述装配侧(8)上。
12.根据权利要求11所述的雷达装置(1)，其中，所述线路结构(5)具有第一导体(13)和第二导体(14)，所述第一导体(13)将所述高频信号从所述电子部件(4)引导到所述天线(3)，且其中第二导体(14)将由所述天线(3)接收的高频信号引导到所述电子部件(4)，其中所述第一导体(13)和所述第二导体(14)分别经由至少一个形成DC短路的电镀通孔(10)与所述金属层(9)连接，其特征在于，所述第一导体(13)和所述第二导体(14)经由定向耦合器(21)彼此连接。
Applications Claiming Priority (3)
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2023
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