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Die Erfindung betrifft eine Hohlleiterbaugruppe mit einer Mehrzahl von Hohlleitern.
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Stand der Technik
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Hohlleiterbaugruppen kommen beispielsweise bei Sensoren, insbesondere bei Radarsensoren, zum Einsatz und dienen dort als Abstrahlelemente für elektromagnetische Wellen, insbesondere für Radarwellen. Eine Hohlleiterbaugruppe ist eine Baugruppe, die ein Substrat, beispielsweise aus Metall oder metallisiertem Kunststoff, aufweist und in der mehrere Hohlleiter in einer zuvor festgelegten Anordnung in dem Substrat ausgebildet sind, wodurch die Hohlleiter elektromagnetische Wellen gezielt leiten und abstrahlen. Die Hohlleiter sind dabei empfindlich gegenüber Verschmutzung und eindringender Flüssigkeit, insbesondere Wasser, da diese zu Störungen der elektromagnetischen Wellen führen können. Bei offenen Hohlleitern, die mit Luft gefüllt sind, kann Betauung zum Eindringen von ungewolltem Wasser führen. Zudem kann eine durch das Wasser hervorgerufene Korrosion der Metallschichten der Hohlleiterinnenwände die Funktionalität beinträchtigen. Dies kann schließlich die Hohlleiterbaugruppe unbrauchbar machen und einen Funktionsausfall des Sensors zur Folge haben.
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Als Schutz vor Betauung sind Druckausgleichselemente im Sensorgehäuse bekannt. Bei schnellen Temperaturwechseln ist allerdings ein Feuchteausgleich in kurzer Zeit oft nicht gegeben. Insbesondere, da die Hohlleitbaugruppe eine nicht zu vernachlässigende Masse aufweist und damit eine gleichmäßige Erwärmung aller Bauteile im Sensor nicht gewährleistet ist.
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Ferner ist bekannt, Hohlleiter komplett mit Kunststoff auszufüllen, um jegliches Eindringen von Flüssigkeiten und Feststoffen zu verhindern. Der Kunststoff kann allerdings aufgrund der begrenzten Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen zu Verlusten bei den elektromagnetischen Wellen führen.
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Bei Hohlleiterantennen ist ein Radom vorgesehen, um die abstrahlenden Flächen vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Steinschlag, Staub, Wasser, Eis und Ähnlichem, zu schützen. Das Radom ist als separates Bauteil ausgebildet, das abgesetzt von der Hohleiterbaugruppe angeordnet wird. Somit muss das Radom extra in dem Sensor verbaut werden.
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Offenbarung der Erfindung
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In der Hohlleiterbaugruppe ist eine Mehrzahl von Hohlleitern (auch als Hohlwellenleiter bezeichnet) ausgebildet. Die Hohlleiter weisen eine zuvor festgelegte Anordnung auf und jeder Hohlleiter ist ausgebildet, elektromagnetische Wellen von einer Quelle zu zumindest einem Ausgang zu leiten und/oder elektromagnetische Wellen von dem zumindest einen Ausgang zu einem Empfänger zu leiten. Vorzugsweise sind die elektromagnetischen Wellen Radarwellen und die Hohlleiterbaugruppe ist für einen Radarsensor ausgelegt.
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Die Hohlleiter sind zumindest teilweise mit einem Schaumstoff ausgefüllt. Der Schaumstoff verhindert das Eindringen von Flüssigkeit in die Hohlleiter. Dadurch wird eine Betauung im Hohlleiter vermieden. Zusätzlich wird damit auch ein Korrosionsschutz bereitgestellt.
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Gleichzeitig weist die Hohlleiterbaugruppe ein Radom aus Schaumstoff aus. Das Radom schützt die abstrahlende Fläche der Hohlleiterbaugruppe vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Steinschlag, Staub, Wasser, Eis, chemischen Stoffen oder Ähnlichem, und/oder vor Verunreinigungen, z. B. durch Metallspäne, Kunststoffpartikel oder Ähnlichem, und dichtet die Hohlleiterbaugruppe bzw. die Hohlleiter nach außen hin ab.
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Die Schaumstoffe sind aus Kunststoff hergestellt und beeinflussen die Durchlässigkeit der elektromagnetischen Wellen nur wenig, vor allem, wenn es sich um Hochfrequenzwellen im Radarbereich handelt. Dabei ist die Durchlässigkeit abhängig vom Verhältnis zwischen Gas (meist Luft) und Kunststoff, wobei ein geringerer Kunststoffanteil zu einer größeren Durchlässigkeit führt. Demnach sind die Verluste bei den elektromagnetischen Wellen für diese Schaumstoffe klein, insbesondere im Vergleich zu Hohlleitern, die vollständig mit Kunststoff ausgefüllt sind.
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Neben den vorstehend genannten Vorteilen hat eine solche Kombination aus mit Schaumstoff gefüllten Hohlleitern und einem Radom aus Schaumstoff noch weitere Vorteile: Die Hohlleiterbaugruppe kann mit geringeren Kosten hergestellt und mit geringerem Aufwand montiert und justiert werden. Zudem werden unerwünschte Reflexionen zwischen dem Radom und der Antenne vermieden.
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Zudem kann aufgrund des Korrosionsschutzes durch den Schaumstoff in den Hohlleitern auf passivierende Schutzschichten, wie z. B. Chromatisieren, Nickel- oder Goldbeschichtung, im Hohlleiter verzichtet werden. Bei Substraten aus Kunststoff ist eine Kupfer-Beschichtung ausreichend. Dadurch werden Herstellungskosten eingespart und zudem die Zuverlässigkeit erhöht.
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Die Hohlleiterbaugruppe kann eine Mehrzahl von Strahlerelementen aufweisen, die als Hohlleiterantennen in der Mehrzahl von Hohlleitern ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Hohlleiterantennen zumindest teilweise mit Schaumstoff gefüllt.
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Vorzugsweise wird das Radom durch eine Haut des Schaumstoffs gebildet. Die Haut ist ein Bereich an der Außenseite des Schaumstoffs, der eine größere Dichte, also einen größeren Kunststoffanteil, aufweist. Dadurch ergibt sich ein stabiler und fester Schaumstoff, der geeignet ist, als Radom zu dienen und somit äußeren Einflüssen Stand zu halten, vor allem gegenüber Steinschlag, und die Hohlleiterbaugruppe bzw. die Hohlleiter nach außen hin abzudichten. Die Dicke der Haut wird entsprechend der Anwendung gewählt. Eine zu dicke Haut beeinträchtigt die Durchlässigkeit der elektromagnetischen Wellen. Für Radarwellen ist der Verlust bei einer Hautdicke von unter 0,1 mm zu vernachlässigen. Eine zu dünne Haut bietet keinen ausreichenden Schutz gegenüber den äußeren Einflüssen.
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Die Hohlleiterbaugruppe kann zumindest teilweise oder komplett von Schaumstoff umgeben sein, sodass dieser eine Schaumstoffschicht außerhalb der Hohlleiterbaugruppe bildet. Die Haut, die das Radom bildet, ist in diesem Fall auf der Außenseite dieser Schaumstoffschicht gebildet. Die Schaumstoffschicht dient als eine Art Gehäuse, welches die Hohlleiterbaugruppe umgibt. Wenn die Hohlleiterbaugruppe nur teilweise von der Schaumstoffschicht umgeben ist, also diese nur ein Teil-Gehäuse bildet, ist die Schaumstoffschicht bevorzugt zumindest in Abstrahlrichtung angeordnet, sodass in Abstrahlrichtung das Radom gebildet wird. In diesem Fall ist es möglich, eine Leiterplatte nachträglich an die Hohlleiterbaugruppe und in das Gehäuse zu integrieren. Hierfür kann beispielsweise ein Deckel mit einem integrierten Stecker an der der Abstrahlungsrichtung gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Schaumstoff nur in den Hohlleitern angeordnet ist. Die Haut, die das Radom bildet, ist dann an zumindest einem Ausgang des Hohlleiters auf dem Schaumstoff gebildet. Als „Ausgang des Hohlleiters“ ist hierin der Bereich, in dem sich der Hohlleiter in die Umgebung öffnet, bezeichnet. Vorzugsweise ist die Haut in den Hohlleiterantennen der Hohlleiter ausgebildet, die den Ausgang des Hohlleiters bilden. Somit ist das Radom am Ausgang des Hohlleiters ausgebildet und der Hohlleiter selbst wird nach außen hin abgedichtet.
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Der Schaumstoff kann im Prinzip jede Art von Schaumstoff sein. Bevorzugt ist der Schaumstoff ein geschlossenzelliger Schaumstoff. Die Zellwände sind also geschlossen. Der geschlossenzellige Schaumstoff verhindert durch seinen Aufbau bereits das Eindringen von Flüssigkeit. Vor allem für das Radom und für das obengenannte Gehäuse aus der Schaumstoffschicht sind geschlossenzellige Schaumstoffe von Vorteil, da hier das Eindringen von Flüssigkeit auch weiterhin verhindert wird, wenn die Oberfläche des Schaumstoffs verletzt bzw. durchbrochen (z. B. durch einen Steinschlag oder bei der Montage) ist.
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Offenzellige Schaumstoffe, deren Zellwände offen sind, können ebenfalls verwendet werden. Hierbei ist zusätzlich ein dichter Abschluss für alle Hohlleiteröffnungen vorgesehen.
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Vorteilhafterweise bestehen der Schaumstoff, der die Hohlleiter ausfüllt, und der Schaumstoff, der das Radom bildet, aus dem gleichen Material mit den gleichen Parametern. Die beiden Schaumstoffe können somit als ein gemeinsamer Schaumstoff betrachtet werden. Folglich kann der Schaumstoff in einem Arbeitsschritt in die Hohlleiterbaugruppe eingebracht werden und gegebenenfalls im gleichen Arbeitsschritt auch die Schaumstoffschicht gebildet werden. Im Ergebnis wird ein einfacher Herstellungsprozess bereitgestellt. Vorzugsweise ist hierbei das Radom wie oben beschrieben als Haut des Schaumstoffs gebildet. Dabei entsteht ein kontinuierlicher Übergang zwischen der Haut und dem restlichen Schaumstoff.
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Der Schaumstoff, der die Hohlleiter ausfüllt, und/oder der Schaumstoff, der das Radom bildet, sind insbesondere aus einem Thermoplast hergestellt. Schaumstoffe aus Thermoplasten lassen sich heutzutage mit einem Gasanteil von bis zu 95 % herstellen. Dadurch treten nur geringfügige Verluste bei den elektromagnetischen Wellen auf. Die Verwendung von Thermoplasten als Schaumstoffe ist gut bekannt und ermöglicht eine einfache Herstellung. Beispielswese können Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und Polyurethan (PU, PUR) sowie Derivate davon als Material verwendet werden. Alternativ können der Schaumstoff, der die Hohlleiter ausfüllt, und/oder der Schaumstoff, der das Radom bildet, aus einem Duroplast hergestellt sein. Schaumstoffe aus Duroplasten können mit einem Gasanteil von bis zu 50 % hergestellt werden. Dadurch werden die Verluste bei den elektromagnetischen Wellen im Vergleich zu komplett mit Kunststoff gefüllten Hohlleitern etwa halbiert. Zudem bieten Duroplasten eine hohe Witterungsbeständigkeit. Beispielsweise können Epoxidharze und Phenolharze als Material verwendet werden.
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Die Hohlleiterbaugruppe weist insbesondere eine Antennenebene und eine Verteilnetzwerkebene auf. Die Antennenebene weist die Ausgänge der Hohlleiter und gegebenenfalls die Hohlleiterantennen auf und in der Verteilnetzwerkebene sind die Verbindungen der Hohlleiter ausgebildet. Zudem können weitere Ebenen, wie z. B. eine Speiseebene, welche die Verbindung zu der/den Quelle(n) und/oder zu dem/den Empfänger(n) bereitstellt, vorgesehen sein. Die Hohlleiter sind zumindest in der Antennenebene und in der Verteilnetzwerkebene mit dem Schaumstoff ausgefüllt. Dort führen Betauung und Korrosion zu den größten Problemen. Zusätzlich können die Hohlleiter auch in den weiteren Ebenen, insbesondere in der Speiseebene, mit dem Schaumstoff ausgefüllt sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Hohlleiterbaugruppe in Abstrahlrichtung eine Strukturierung aufweist. Die Strukturierung dient zur besseren Haftung des Schaumstoffs und ist insbesondere für den Fall, dass der Schaumstoff eine Schaumstoffschicht um die Hohlleiterbaugruppe bildet, von Vorteil. Durch die Strukturierung wird zudem während der Herstellung beim Schäumen sichergestellt, dass sich der Schaumstoff flächig über die Oberfläche verteilt. Zusätzlich kann durch die Strukturierung eine gewünschte Dispersion von einfallenden elektromagnetischen Wellen auf den Sensor erreicht werden.
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Auch wenn hier der Schaumstoff zum Ausschäumen der Hohlleiter und zum Ausbilden des Radoms nur für eine Hohlleiterbaugruppe beschrieben wird, kann diese Technik auch auf einzelne Hohlleiterantennen übertragen werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Hohlleiterbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Hohlleiterbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Hohlleiterbaugruppe 1 gemäß je einer Ausführungsform der Erfindung. Die Hohlleiterbaugruppe weist ein Substrat 10 aus Metall oder metallisiertem Kunststoff auf. Das Substrat 10 weist wiederum eine Metallisierung auf. Im Substrat 10 sind Hohlleiter 12 zur Leitung von Radarwellen RW ausgebildet. Zur besseren Leitung der Radarwellen RW weisen die Innenwände der Hohlleiter 12 ebenfalls die Metallisierung auf. Die Hohlleiterbaugruppe 1 ist in mehrere Ebenen gegliedert: In einer Speiseebene SE sind die Hohlleiter 12 mit nicht gezeigten Quellen verbunden. In einer Verteilnetzwerkebene VE verlaufen die Hohlleiter 12 zwischen den Quellen und vorgesehenen Abstrahlpositionen. In einer Antennenebene AE sind Hohlleiterantennen 13 in den Hohlleitern 12 ausgebildet, über die die Radarwellen RW an die Umgebung abgestrahlt werden. Zudem können Radarwellen aus der Umgebung durch die Hohlleiterantennen 13 aufgenommen und über die Hohlleiter 12 zu Empfängern geleitet werden (nicht gezeigt).
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Erfindungsgemäß sind die Hohlleiter 12 teilweise mit einem Schaumstoff 20 ausgefüllt. Dabei sind die Hohlleiter 12 vor allem in der Antennenebene AE und insbesondere die Hohlleiterantennen 13 vollständig mit Schaumstoff 20 ausgefüllt, um sicherzustellen, dass keine Feuchtigkeit aus der Umgebung eindringen kann. In der Verteilnetzwerkebene VE können die Hohlleiter 12 auch Abschnitte ohne Schaumstoff aufweisen. Je nach Art der Einkopplung der Radarwellen RW aus den Quellen sind die Hohlleiter 12 in der Speiseebene SE ebenfalls vollständig mit Schaumstoff 20 gefüllt.
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In 1 ist zudem eine Schaumstoffschicht 21 um die Hohlleiterbaugruppe 1 herum ausgebildet. Die Schaumstoffschicht 21 ist aus dem gleichen Material wie der Schaumstoff 20 in den Hohlleitern 12 und weist die gleichen Parameter auf. Die Schaumstoffschicht 21 kann bei der Herstellung zusammen mit der Einbringung des Schaumstoffs 20 ausgebildet werden. Die Oberfläche des Substrats 10 weist eine nicht gezeigte Strukturierung auf, mit der die Schaumstoffschicht 21 besseren Halt hat. Auf der Außenseite der Schaumstoffschicht 21, also der Seite, die der Hohlleiterbaugruppe 1 gegenüber liegt, ist eine Haut 22 im Schaumstoff ausgebildet. In der Haut 22 ist der Schaumstoff verdichtet, sodass die Haut 22 als Radom für die Hohlleiterbaugruppe 1 dient. Die Haut 22 schützt somit die Hohlleiterantennen 13 und die Oberfläche der Hohlleiterbaugruppe 1 vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Steinschlag, Staub, Wasser, Eis, chemischen Stoffen oder Ähnlichem, und/oder vor Verunreinigungen, z. B. durch Metallspäne, Kunststoffpartikel und dergleichen, und dichtet die Hohlleiter 12 nach außen hin ab. Die Schaumstoffschicht 21 mit der Haut 22 bildet ein Gehäuse um die Hohlleiterbaugruppe 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schaumstoffschicht 21 nicht um die gesamte Hohlleiterbaugruppe 1 herum ausgebildet. Die Rückseite der Hohlleiterbaugruppe 1, also die Seite an der Speiseebene SE ist frei, sodass die Hohlleiter dort mit einer Leiterplatte verbunden werden können.
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In 2 ist eine Haut 23 im Schaumstoff 20 direkt an den Ausgängen der Hohlleiterantennen 13 ausgebildet. Die Haut 23 stellt eine Verdichtung des Schaumstoffs 20 dar, sodass die Haut 23 als Radom für die Hohlleiterantennen 13 dient. Die Haut 23 schützt somit die Hohlleiterantennen 13 vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Steinschlag, Staub, Wasser, Eis, chemischen Stoffen oder Ähnlichem, und/oder vor Verunreinigungen, z. B. durch Metallspäne, Kunststoffpartikel oder Ähnlichem, und dichtet die Hohlleiter 12 nach außen hin ab.
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Die beschriebenen Schaumstoffe 20, 21 sind geschlossenzellige Schaumstoffe, sodass eine Verletzung der Haut 22, 23 nicht dazu führt, dass Feuchtigkeit eindringen kann. Als Material für die Schaumstoffe wird ein Thermoplast, wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und Polyurethan (PU, PUR) sowie Derivate davon verwendet. Alternativ wird als Material ein Duroplast, wie z. B. Epoxidharz oder Phenolharz verwendet.
