CN220797094U - 一种由电路板和金属化结构件形成的准空气集成波导天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布一种由电路板和金属化结构件形成的准空气集成波导天线系统，包括：电路板，其一侧导电层或部分导电层包含焊接至少一个雷达芯片组件，该雷达芯片组件具有至少一个雷达信号发射器和/或接收器；金属化结构件，金属化结构件在其上侧具有一个或多个用于发射和/或接收雷达信号的天线阵列。其中，雷达芯片组件的至少一个雷达信号发射器和/或接收器和金属化结构件上侧的至少一个天线阵列之间的连接通过准空气集成波导传输实现；雷达芯片组件的发射器和/或接收器沿着电路板方向发射和/或从电路板方向接收雷达信号，在至少一个发射器和/或接收器的区域中，雷达波可穿透电路板。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于智能交通包括车辆辅助驾驶和自动驾驶毫米波雷达传感器应用，以及应用于检测环境和目标的波导天线系统和雷达系统。
背景技术
随着汽车智能化的越来越普及，在可预计的未来，车辆智能化不再仅对驾驶员提供协助，而是驾驶员的任务越来越多的由车辆自主完成，即驾驶员越来越多地被替代，实现更高阶自动驾驶。毫米波雷达传感器具备以下优点，不受环境和天气条件的影响也能可靠的工作，可以同时检测和对象之间的距离还能通过多普勒效应直接测量其径向相对速度，而广泛应用于车辆的辅助和自动驾驶，用于感知周围环境。
毫米波雷达传感器的核心元件是天线，它在很大程度上决定了传感器的性能和价格。传统毫米波波雷达通常采用微带线天线和微带线传输线。微带线，是最普通最常用的传输线，传输准TEM波，其结构形式是条状导体位于介质板的上表面，且介质板的下表面为金属面，金属面的大小一般情况下与介质的大小一致，特殊情况也会出现不一致情况。这种传输线如果用于高频传输，会由于介质损耗而严重降低传输效率和质量，目前采用在高频介质损耗较低的高频板材，但这板材价格昂贵，增加产品的成本。另外，微带线由于裸漏在PCB板表面，因此当其长度如果大于几个波长，会有额外辐射影响传输效率和质量。
而一种更高传输和发射效率且成本有优势的毫米波雷达天线系统设计变得尤为重要。
发明内容
针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供一种简单、稳定的并且可以低成本实现的雷达天线结构。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种由电路板和金属化结构件形成的准空气集成波导天线系统，其准空气集成波导天线系统具有：
电路板，其一侧导电层或部分导电层包含焊接至少一个雷达芯片组件，该雷达芯片组件具有至少一个雷达信号发射器和/或接收器；
金属化结构件或金属化结构组件，金属化结构件在其上侧具有一个或多个用于发射和/或接收雷达信号的天线阵列；
其中，雷达芯片组件的至少一个发射器和/或接收器和金属化结构件上侧的至少一个天线阵列之间的连接通过准空气集成波导传输实现；
雷达芯片组件的至少一个发射器和/或接收器和雷达芯片组件的BGA封装位于同一侧，雷达芯片组件BGA焊接在电路板上，雷达芯片组件的发射器和/或接收器沿着电路板方向发射和/或从电路板方向接收；
在至少一个发射器和/或接收器的区域中，雷达波可穿透电路板；
金属化结构件和雷达芯片组件分别布置在电路板两个不同表面导电层或部分导电层上，金属化结构件的有规则的凸起和电路板导电层或部分导电层通过有规则排列的焊盘焊接形成导电连接；
至少一个准空气集成波导通过金属化结构件的面向电路板导电层的槽或凹陷和/或凸起，和电路板的导电层或部分导电层和/或有规则的焊盘形成。
金属化结构件与电路板导电层或部分导电层的连接方式可以是：
金属化结构件通过和电路板导电层上有规律排列的焊盘焊接连接，
或者金属化结构件有规则的凸起与电路板导电层焊接，
或者金属化结构件下侧有规则的凸起与电路板导电层焊接，
或者金属化结构件下侧有规则的凸起通过导电膏/胶粘合连接，
或者金属化结构件下侧有规则的凸起与电路板导电层接触或不接触并通过螺丝或者其他方式固定。
结构件由塑料部件金属化而成或部分金属化而成，或者由导电的金属压铸或机加工形成。适宜地，结构件与电路板平行和固定的定位可以通过结构，例如从模具件或机加工件凸出到电路板的留空处或孔中的榫头或销钉实现或落实固定实现。
电路板中的至少一个对于雷达波可穿透的部位的实现方式可以是：
电路板的该部位开孔侧壁金属化形成，侧壁金属化和电路板的上下侧导电层或部分导电层导电连接；
或者电路板的该部位利用有规律金属通孔围绕或被有规则金属通孔包围，金属通孔和电路板的上下侧导电层连接，或者金属通孔和雷达芯片组件的焊盘及金属化结构件焊盘连接；
可穿透部位开孔的形状大小和雷达芯片组件中的发射器和/或接收器大小相接近。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
图1为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案一截面示意图；
图2为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案二截面示意图；
图3为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案三截面示意图；
图4为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案四截面示意图；
图5为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案五截面示意图；
图6为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案六截面示意图；
图7为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案一的结构件下侧俯视示意图；
图8为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案一、二的电路板结构件侧俯视示意图；
图9为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案二、三的结构图件下侧俯视示意图；
图10为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案四的电路板结构件侧俯视示意图；
图11为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案四、五结构件下侧俯视示意图；
图12为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案四、五、六结构件上侧俯视示意图；
图13为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案六电路板结构件侧俯视示意图；
图14为电路板和结构件构成的准空气集成波导天线实施方案六结构件下侧俯视示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
电路板和金属化结构件构成的准空气集成波导天线实施方案一：
截面图如图1所示，电路板元件2包含焊接结构件焊盘2.1，电路板上侧元件2.2焊接在电路板上；雷达芯片组件1包含发射器和/接收器1.1，裸雷达芯片1.2，BGA封装锡球1.3；金属化结构件3包括3.1结构件凹陷部分，该部位可以覆盖在电路板上侧的元件2.2上而不干涉。
图7是方案一结构件下侧俯视示意图，图7的3.1部位是结构件凹陷部位，覆盖电路板上侧的元件，图1的元件2.2焊接在电路板2上，电路板2上的元件和结构件不干涉；图7的3.3部位是金属化结构件的天线阵列，发射和接收雷达波信号；图7的3.4部位是金属化结构件上有规则的凸起，这些有规则的凸起和图8的电路板2上的焊盘2.1焊接导电连接；图7的3.5是金属化结构件的凹陷，图7的凸起3.4和图8中2.5部位周围的焊盘2.1焊接形成准空气波导，形成如图1中的部位4所示。
图8是方案一电路板上侧俯视示意图，部件2是电路板，图8的2.1是电路板上的焊盘，图8的2.2是焊接在电路板上的元件，图8的2.3是电路板在雷达芯片组件1的发射器和/或接收器1.1范围的开孔，图8的2.4是电路板可以放置元件的区域；图8的2.5是由一圈焊盘围绕的导电层，和图7的凸起3.5通过焊盘焊接导电连接，形成一个准空气集成波导；
发射器和/或接收器1.1通过图8的电路板开孔2.3，和图1的部位4形成的准空气集成波导和图7的阵列天线3.3相通。
图1中雷达芯片组件的发射器和/或接收器1.1通过其周围雷达芯片组件的BGA的锡球和电路板2的下侧焊盘相焊接，焊接后形成的关键尺寸，使得减少和/或隔绝雷达波在雷达芯片组件和电路板的中间空间的侧向逸出。图8中的电路板开孔2.3侧壁完全金属化，侧壁金属化部分和电路板上下侧导电层或部分导电层导电连接，或图8中的电路板开孔2.3侧壁不存在金属化，其周围利用通孔围绕或被通孔包围，使得电路板开孔处对雷达波是可穿透的，减少和或隔绝雷达波向电路板开孔空间的侧向逸出。图7的金属化结构件的凸起3.4和电路板的焊盘焊接，这些凸起3.4的形状以及之间的间隔和电路板上的焊盘焊接形成的关键尺寸，使得雷达波向天线阵列方向传输，减少和/或隔绝雷达波向波导的侧向逸出。凸起3.4可以是半圆柱形，也可以是其他形状。
电路板和金属化结构件构成的准空气集成波导天线实施方案二：
截面图如图2所示，电路板元件2包含焊接结构件焊盘2.1，电路板上侧元件2.2焊接在电路板上；雷达芯片组件1包含发射器和/接收器1.1，裸雷达芯片1.2，BGA封装锡球1.3；金属化结构件3包括3.1结构件凹陷部分，该部位可以覆盖在电路板上侧的元件2.2上而不干涉；金属化结构件还包括向电路板方向凸起3.2。
图9是方案二结构件下侧俯视示意图，图9的3.1部位是金属化结构件凹陷部位，覆盖电路板上侧的元件2.2，但金属化结构件与元件2.2不干涉；图9的3.3部位是金属化结构件的天线阵列，发射和/或接收雷达波信号；图9的3.2是金属化结构件向电路板方向有规则的凸起，这些有规则的凸起和图8的电路板2上的焊盘2.1焊接导电连接；图7的3.5是金属化结构件的凹陷，图7的凸起3.4和图8中2.5部位周围的焊盘2.1焊接形成准空气波导，形成如图1中的部位4所示。
图8是方案二电路板上侧俯视示意图，部件2是电路板，图8的2.1是电路板上的焊盘，图8的2.2是焊接在电路板上的元件，图8的2.3是电路板在雷达芯片组件1的发射器和/或接收器1.1范围的开孔，图8的2.4是电路板可以放置元件的区域；图8的2.5是由一圈焊盘围绕的导电层，和图9的凸起3.2通过焊盘焊接导电连接。
发射器和/或接收器1.1通过图8的电路板开孔2.3，和图2的部位4形成的准空气集成波导和图9的阵列天线3.3相通。
图2中雷达芯片组件的发射器和/或接收器1.1通过其周围雷达芯片组件的BGA的锡球和电路板2的下侧焊盘相焊接，焊接后形成的关键尺寸，使得减少和/或隔绝雷达波在雷达芯片组件和电路板的中间空间的侧向逸出。图8中的电路板开孔2.3侧壁完全金属化，侧壁金属化部分和电路板上下侧导电层或部分导电层导电连接，或图8中的电路板开孔2.3侧壁不存在金属化，其周围利用通孔围绕或被通孔包围，使得电路板开孔处对雷达波是可穿透的，减少和/或隔绝雷达波向电路板开孔空间的侧向逸出。图9的金属化结构件的凸起3.2和电路板的焊盘焊接，这些凸起3.2的形状以及之间的间隔和电路板上的焊盘焊接形成的关键尺寸，使得雷达波向天线阵列方向传输，减少和/或隔绝雷达波向波导的侧向逸出。凸起3.2可以是圆柱形，也可以是其他形状。
电路板和金属化结构件构成的准空气集成波导天线实施方案三：
实施方案三的截面图如图3所示。
和实施方案二相比，区别在于实施方案二的金属化结构件和电路板上侧通过金属化结构件的有规则的凸起和电路板焊盘相焊接，而实施方案三采用金属化结构件与电路板平行和固定的定位组装成一体，金属化结构件的凸起和电路板接触或不接触，接触部位可以使用导电胶/膏，其构成的关键尺寸使得雷达波向天线阵列方向传输，减少和/或隔绝雷达波向波导的侧向逸出。
可以通过结构，例如从模具件或机加工件凸出到电路板的留空处或孔中的榫头或销钉或落定实现。
电路板和金属化结构件构成的准空气集成波导天线实施方案四：
实施方案四的截面图如图4所示，电路板元件2包含焊接金属化结构件组件焊盘2.1，电路板上侧元件2.2焊接在电路板上；雷达芯片组件1包含发射器和/接收器1.1，裸雷达芯片1.2，BGA封装锡球1.3；金属化结构组件3包括3.1结构件凹陷部分，该部位可以覆盖在电路板上侧的元件2.2上而不干涉；金属化结构件还包括金属结构件向电路板方向凸起3.2，以及金属化结构组件形成的波导4。
图11是方案四金属化结构件组件下侧俯视示意图，图11的3.1部位是金属化结构件凹陷部位，覆盖电路板上侧的元件2.2，但金属化结构件与元件2.2不干涉；图11的3.2是金属化结构件向电路板方向有规则的凸起，这些有规则的凸起和图10的电路板2上的焊盘2.1焊接导电连接；图11的3.5是金属化结构件组件中波导4的一个面的一部分，图11的金属化结构组件的凸起3.2和图10中的电路板的焊盘2.1焊接。
图10是方案四电路板上侧俯视示意图，部件2是电路板，图10的2.1是电路板上的焊盘，图10的2.2是焊接在电路板上的元件，图10的2.3是电路板在雷达芯片组件1的发射器和/或接收器1.1范围的开孔，图10的2.4是电路板可以放置元件的区域。
发射器和/或接收器1.1通过图10的电路板开孔2.3，和图4的部位4形成的准空气集成波导和图12的阵列天线3.3相通。
图4中雷达芯片组件的发射器和/或接收器1.1通过其周围雷达芯片组件的BGA的锡球和电路板2的下侧焊盘相焊接，焊接后形成的关键尺寸，使得减少和/或隔绝雷达波在雷达芯片组件和电路板的中间空间的侧向逸出。图10中的电路板开孔2.3侧壁完全金属化，侧壁金属化部分和电路板上下侧导电层或部分导电层导电连接，或图10中的电路板开孔2.3侧壁不存在金属化，其周围利用通孔围绕或被通孔包围，使得电路板开孔处对雷达波是可穿透的，减少和/或隔绝雷达波向电路板开孔空间的侧向逸出。图11的金属化结构组件的凸起3.2和电路板的焊盘焊接，这些凸起3.2的形状以及之间的间隔和电路板上的焊盘焊接形成的关键尺寸，使得雷达波向天线阵列方向传输，减少和/或隔绝雷达波向波导的侧向逸出。凸起3.2可以是圆柱形，也可以是其他形状。
电路板和金属化结构件构成的准空气集成波导天线实施方案五：
实施方案五的截面图如图5所示。
和实施方案四相比，区别在于实施方案四的金属化结构件和电路板上侧通过金属化结构件的有规则的凸起和电路板焊盘相焊接，而实施方案五采用金属化结构件与电路板平行和固定的定位组装成一体，金属化结构件的凸起和电路板接触或不接触，接触部位可以使用导电胶/膏，其构成的关键尺寸使得雷达波向天线阵列方向传输，减少和/或隔绝雷达波向波导的侧向逸出。
可以通过结构，例如从模具件或机加工件凸出到电路板的留空处或孔中的榫头或销钉或落定实现。
电路板和金属化结构件构成的准空气集成波导天线实施方案六：
截面图如图6所示，电路板元件2包含焊接结构件焊盘2.1，电路板上侧元件2.2焊接在电路板上；雷达芯片组件1包含发射器和/接收器1.1，裸雷达芯片1.2，BGA封装锡
球1.3；金属化结构组件3包括3.1结构件凹陷部分，该部位可以覆盖在电路板上侧的元件2.2上而不干涉，还金属化结构组件形成的波导4。
图14是方案六金属化结构组件下侧俯视示意图，图14的3.1部位是结构件凹陷部位，覆盖电路板上侧的元件，电路板2上的元件和金属化结构组件不干涉；图14的3.4部位是金属化结构件上有规则的凸起，这些有规则的凸起和图13的电路板2上的焊盘2.1焊接导电连接；图14的3.5是金属化结构组件中的波导4的一个面的一部分，图14的凸起3.4和图13电路板的焊盘2.1焊接电连接。
图13是方案六电路板上侧俯视示意图，部件2是电路板，图13的2.1是电路板上的焊盘，图13的2.2是焊接在电路板上的元件，图13的2.3是电路板在雷达芯片组件1的发射器和/或接收器1.1范围的开孔，图13的2.4是电路板可以放置元件的区域。
发射器和/或接收器1.1通过图13的电路板开孔2.3，和图6的金属化结构组件构成的部位4形成的准空气集成波导和图12的阵列天线3.3相通。
图6中雷达芯片组件的发射器和/或接收器1.1通过其周围雷达芯片组件的BGA的锡球和电路板2的下侧焊盘相焊接，焊接后形成的关键尺寸，使得减少和/或隔绝雷达波在雷达芯片组件和电路板的中间空间的侧向逸出。图13中的电路板开孔2.3侧壁完全金属化，侧壁金属化部分和电路板上下侧导电层或部分导电层导电连接，或图13中的电路板开孔2.3侧壁不存在金属化，其周围利用通孔围绕或被通孔包围，使得电路板开孔处对雷达波是可穿透的，减少和/或隔绝雷达波向电路板开孔空间的侧向逸出。图14的金属化结构组件的凸起3.4和电路板的焊盘焊接，这些凸起3.4的形状以及之间的间隔和电路板上的焊盘焊接形成的关键尺寸，使得雷达波向天线阵列方向传输，减少和/或隔绝雷达波向波导的侧向逸出。凸起3.4可以是半圆柱形，也可以是其他形状。
金属结构件或金属结构组件由塑料部件金属化而成或部分金属化而成，或者由导电的金属压铸或机加工形成。适宜地，结构件与电路板平行和固定的定位可以通过结构，例如从模具件或机加工件凸出到电路板的留空处或孔中的榫头或销钉或螺丝固定实现。
雷达波在电路板可穿透部位开孔的形状大小和雷达芯片组件中的发射器和/或接收器大小相接近。
雷达芯片组件的发射器和或接收器可以发射和/或接收20GHz至122GHz范围内的信号。备选地，也可以作为该范围之外的频率(比如1GHz和20GHz)，或者122GHz和300GHz之间的频率。
Claims (14)
1.一种由电路板和金属化结构件形成的准空气集成波导天线系统，其特征在于：准空气集成波导天线系统包括：
电路板，其一侧导电层或部分导电层包含焊接至少一个雷达芯片组件，该雷达芯片组件具有至少一个雷达信号发射器和/或接收器；
金属化结构件，金属化结构件在其上侧具有一个或多个用于发射和/或接收雷达信号的天线阵列；
其中，雷达芯片组件的至少一个发射器和/或接收器和金属化结构件上侧的至少一个天线阵列之间的连接通过准空气集成波导传输实现；
雷达芯片组件的至少一个雷达信号发射器和/或接收器和雷达芯片组件的BGA封装位于同一侧，雷达芯片组件BGA锡球焊接在电路板焊盘上，雷达芯片组件的发射器和/或接收器沿着电路板方向发射和/或从电路板方向接收雷达信号；
在至少一个发射器和/或接收器的区域中，雷达波可穿透电路板；
金属化结构件和雷达芯片组件分别布置在电路板两个不同表面导电层或部分导电层上，金属化结构件的有规则的凸起和电路板导电层或部分导电层通过有规则排列的焊盘焊接形成导电连接；
至少一个准空气集成波导通过金属化结构件的面向电路板导电层的槽或凹陷和/或凸起、和电路板的导电层或部分导电层和/或有规则的焊盘形成。
2.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：电路板在雷达芯片组件的发射器和/或接收器的区域中对雷达波是可穿透的，电路板在该部位开孔并在孔的侧壁周围金属化形成，侧壁周围金属化部分和电路板的上下侧导电层或部分导电层导电连接。
3.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：电路板在雷达芯片组件的发射器和/或接收器的区域中对雷达波是可穿透的，电路板在该部位利用有规则金属通孔围绕或被有规则金属通孔包围，金属通孔和电路板的上下侧导电层或部分导电层导电连接。
4.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：电路板在雷达芯片组件的发射器和/或接收器的区域中对雷达波是可穿透的，电路板在该部位周围有规则的金属通孔和雷达芯片组件的焊盘和/或金属化结构件焊盘导电连接。
5.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：雷达波可穿透部位开孔的形状和大小和雷达芯片组件中的发射器和接收器的形状和大小相接近。
6.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：金属化结构件的有规则的凸起通过和电路板导电层或部分导电层上有规则排列的焊盘焊接。
7.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：金属化结构件下侧有规则的凸起与电路板导电层焊盘焊接。
8.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：金属化结构件下侧有规律的凸起通过导电膏/胶粘合连接并固定。
9.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：金属化结构件下侧有规则的凸起与电路板导电层或部分导电层接触或不接触并通过螺丝固定。
10.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：电路板可以包括多个雷达芯片组件。
11.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：金属化结构件由塑料部件金属化而成或部分金属化而成，或者由导电的金属压铸或机加工形成。
12.根据权利要求1所述的一种准空气集成波导天线系统，其特征在于：金属化结构组件可以由多个金属化结构件和/或金属导电层组合而成。
13.根据上述权利要求中的任一项所述的准空气集成波导天线系统，其特征在于：至少一个元件布置在电路板的面向金属化结构件的侧面上，其中，所述元件通过结构件中空腔覆盖，所述空腔的表面被金属化。
14.根据上述权利要求中的任一项所述的准空气集成波导天线系统，其特征在于：金属化结构件与电路板非焊接连接的平行和固定的定位可以通过结构，从模具件或机加工件凸出到电路板的留空处或孔中的榫头或销钉或螺丝固定实现。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |