DE102022115113A1 - Radar arrangement - Google Patents

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frequency signal
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Charalambos Ouzounis
Christoph Schmits
Thomas Convent
Markus Hammes
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Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
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Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
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Abstract

Beschrieben und dargestellt ist eine Radaranordnung (1) umfassend wenigstens eine mehrlagige Leiterplatte (2), wenigstens eine Antenne (3), wenigstens eine elektronische Komponente (4) zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals und wenigstens eine Leitungsstruktur (5) zur Führung des Hochfrequenzsignals zwischen der elektronischen Komponente (4) und der Antenne (3), wobei die mehrlagige Leiterplatte (2) wenigstens eine erste Lage aus einem Trägermaterial (6), wenigstens eine zweite Lage aus einem ersten HF-Substrat (7) und wenigstens eine dritte Lage aus einem zweiten HF-Substrat (8) aufweist, wobei das zweite HF-Substrat (8) eine Bestückungsseite (9) aufweist und wobei zumindest die elektronische Komponente (4) zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals und die Antenne (3) auf der Bestückungsseite (9) angeordnet sind und wobei eine Metallschicht (10), die ein elektrisches Bezugspotential aufweist, auf der Bestückungsseite (9) angeordnet ist und wobei die Bestückungsseite (9) zumindest im Bereich der elektronischen Komponente (4) zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals vergossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Leitungsstruktur (5) zur Führung des Hochfrequenzsignals bereichsweise auf der Bestückungsseite (9) und bereichsweise zwischen der dem ersten HF-Substrat (7) und dem zweiten HF-Substrat (8) angeordnet ist, sodass im Betrieb das Hochfrequenzsignal zumindest bereichsweise zwischen den HF-Substraten (7, 8) zur Antenne (3) geführt wird.A radar arrangement (1) is described and shown, comprising at least one multi-layer printed circuit board (2), at least one antenna (3), at least one electronic component (4) for generating and converting a high-frequency signal and at least one line structure (5) for guiding the high-frequency signal between the electronic component (4) and the antenna (3), the multi-layer circuit board (2) having at least one first layer made of a carrier material (6), at least one second layer made of a first HF substrate (7) and at least one third layer from a second HF substrate (8), wherein the second HF substrate (8) has an assembly side (9) and at least the electronic component (4) for generating and converting the high-frequency signal and the antenna (3) on the Assembly side (9) are arranged and wherein a metal layer (10), which has an electrical reference potential, is arranged on the assembly side (9) and wherein the assembly side (9) at least in the area of the electronic component (4) for generating and converting a High-frequency signal is cast, characterized in that the at least one line structure (5) for guiding the high-frequency signal is arranged in areas on the assembly side (9) and in areas between the first HF substrate (7) and the second HF substrate (8), so that during operation the high-frequency signal is routed to the antenna (3) at least in some areas between the HF substrates (7, 8).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Radaranordnung umfassend wenigstens eine mehrlagige Leiterplatte, wenigstens eine Antenne, wenigstens eine elektronische Komponente zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals und wenigstens eine Leitungsstruktur zur Führung des Hochfrequenzsignals zwischen der elektronischen Komponente und der Antenne,
wobei die mehrlagige Leiterplatte wenigstens eine erste Lage aus einem Trägermaterial, wenigstens eine zweite Lage aus einem ersten Hochfrequenzsubstrat (HF-Substrat) und wenigstens eine dritte Lage aus einem zweiten HF-Substrat aufweist,
wobei das zweite HF-Substrat eine Bestückungsseite aufweist und wobei zumindest die elektronische Komponente zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals und die Antenne auf der Bestückungsseite angeordnet sind und wobei eine Metallschicht, die ein elektrisches Bezugspotential aufweist, auf der Bestückungsseite angeordnet ist und
wobei die Bestückungsseite zumindest im Bereich der elektronischen Komponente zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals vergossen ist.The invention is based on a radar arrangement comprising at least one multi-layer circuit board, at least one antenna, at least one electronic component for generating and converting a high-frequency signal and at least one line structure for guiding the high-frequency signal between the electronic component and the antenna,
wherein the multi-layer printed circuit board has at least one first layer made of a carrier material, at least one second layer made of a first high-frequency substrate (HF substrate) and at least one third layer made of a second HF substrate,
wherein the second HF substrate has an assembly side and wherein at least the electronic component for generating and converting the high-frequency signal and the antenna are arranged on the assembly side and wherein a metal layer, which has an electrical reference potential, is arranged on the assembly side and
wherein the assembly side is cast at least in the area of the electronic component for generating and converting a high-frequency signal.

Bei der Konstruktion von Radaranordnungen, also von Leiterplatten, die Komponenten zur Erzeugung, zur Führung und zur Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen aufweisen, ist die Sicherheit solcher Anordnungen verknüpft mit Anforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes, die von solchen Anordnungen einzuhalten sind.When designing radar arrangements, i.e. circuit boards that have components for generating, guiding and emitting electromagnetic waves, the safety of such arrangements is linked to requirements regarding explosion protection that such arrangements must comply with.

Zu unterscheiden sind hier Anforderungen verschiedener Zündschutzarten, die das Risiko einer Funkenentstehung in explosionsfähiger Atmosphäre minimieren. Relevant im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere die Zündschutzart Ex i, also die Anforderungen eines eigensicheren Stromkreises, in dem kein Funke oder thermischer Effekt auftritt, der eine Zündung einer explosionsfähigen Atmosphäre verursachen kann, und die Zündschutzart Ex mb, also die Anforderungen einer Vergusskapselung, wobei Komponenten, die in explosionsfähiger Atmosphäre zünden könnten, in Vergussmasse eingebettet sind.A distinction must be made here between the requirements of different types of ignition protection, which minimize the risk of sparks occurring in an explosive atmosphere. Particularly relevant in the context of the present invention are the type of protection Ex i, i.e. the requirements of an intrinsically safe circuit in which no spark or thermal effect occurs that can cause an ignition of an explosive atmosphere, and the type of protection Ex mb, i.e. the requirements of an encapsulation, whereby components that could ignite in an explosive atmosphere are embedded in casting compound.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geht es um Radaranordnungen, in denen die elektronische Komponente zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals und die Antenne, über die das Hochfrequenzsignal in den Außenraum abgestrahlt wird bzw. über die ein Hochfrequenzsignal wieder empfangen wird, auf derselben Seite der Leiterplatte angeordnet sind. Es liegt also keine ausreichende, einen Explosionsschutz gewährleistende Trennung aufgrund einer Anordnung der Bauteile auf verschiedenen Seiten der Leiterplatte vor.The present invention concerns radar arrangements in which the electronic component for generating and converting the high-frequency signal and the antenna, via which the high-frequency signal is emitted into the outside space or via which a high-frequency signal is received again, are on the same side of the circuit board are arranged. There is therefore no sufficient separation to ensure explosion protection due to the arrangement of the components on different sides of the circuit board.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radaranordnung anzugeben, die einen besonders sicheren Betrieb und einen besonders hohen Explosionsschutz gewährleistet.The object of the present invention is to provide a radar arrangement which ensures particularly safe operation and particularly high levels of explosion protection.

Erfindungsgemäß wird die zuvor genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Leitungsstruktur zur Führung des Hochfrequenzsignals bereichsweise auf der Bestückungsseite und bereichsweise zwischen dem ersten HF-Substrat und dem zweiten HF-Substrat angeordnet ist, sodass im Betrieb das Hochfrequenzsignal zumindest bereichsweise zwischen den HF-Substraten zur Antenne geführt wird.According to the invention, the aforementioned object is achieved in that the at least one line structure for guiding the high-frequency signal is arranged in areas on the assembly side and in areas between the first HF substrate and the second HF substrate, so that during operation the high-frequency signal is at least in areas between the HF Substrates are led to the antenna.

Die Kombination aus einer auf der Bestückungsseite angeordneten Metallschicht und dem Vergraben der Leitungsstruktur in den Bereich zwischen den HF-Substraten weist den Vorteil auf, dass die Übertragung des Hochfrequenzsignal durch die eine geringe Dämpfung für das Hochfrequenzsignal aufweisende Umgebung erfolgen kann, wobei durch die Metallschicht auf der Bestückungsseite gleichzeitig eine abschirmende Wirkung realisiert wird.The combination of a metal layer arranged on the assembly side and the burying of the line structure in the area between the HF substrates has the advantage that the transmission of the high-frequency signal can take place through the environment that has a low attenuation for the high-frequency signal, with the metal layer being on At the same time, a shielding effect is achieved on the assembly side.

Besonders bevorzugt endet die Leitungsstruktur unter der Antenne zwischen den HF-Substraten, sodass die Abstrahlung des Hochfrequenzsignals durch das zweite HF-Substrat hindurch in die Antenne erfolgt.Particularly preferably, the line structure ends under the antenna between the HF substrates, so that the high-frequency signal is emitted through the second HF substrate into the antenna.

Besonders bevorzugt ist die Antenne als Hornstrahler ausgebildet, wobei der Hornstrahler vorzugsweise einen runden oder ovalen oder eine polygonalen Querschnitt aufweist.The antenna is particularly preferably designed as a horn radiator, the horn radiator preferably having a round or oval or a polygonal cross section.

Grundsätzlich können auch mehr als zwei HF-Substrat-Schichten vorhanden sein. Weist eine Radaranordnung mehr als zwei HF-Schichten auf, so wird die Leitungsstruktur vorzugsweise zwischen die beiden obersten, der Bestückungsseite zugewandten HF-Substrate, vergraben. Zudem kann die Leitungsstruktur auch zumindest bereichsweise zwischen einem dritten und einem vierten HF-Substrat vergraben sein.In principle, more than two HF substrate layers can also be present. If a radar arrangement has more than two HF layers, the line structure is preferably buried between the two top HF substrates facing the assembly side. In addition, the line structure can also be buried at least in areas between a third and a fourth HF substrate.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist wenigstens die Hälfte der Leitungsstruktur, vorzugsweise wenigstens 80 % der Leitungsstruktur, besonders bevorzugt wenigstens 90 %der Leitungsstruktur vergraben.According to a preferred embodiment, at least half of the line structure, preferably at least 80% of the line structure, particularly preferably at least 90% of the line structure, is buried.

Gemäß einer nächsten Ausgestaltung ist die Antenne metallisch leitfähig, wobei die Antenne potentialfrei ist oder mit der das Bezugspotential aufweisenden Metallschicht verbunden ist.According to a next embodiment, the antenna is metallically conductive, wherein the antenna is potential-free or is connected to the metal layer having the reference potential.

Weist die Antenne das Bezugspotential auf, so ist zur Ausbildung einer explosionsgeschützten Ausgestaltung zu gewährleisten, dass die Antenne einen ausreichenden Abstand zu der das Hochfrequenzsignal führenden Leitungsstruktur aufweist, damit sich im Betrieb keine zündfähigen Funken ausbilden können.If the antenna has the reference potential, in order to create an explosion-proof design, it must be ensured that the antenna is at a sufficient distance from the line structure carrying the high-frequency signal so that no ignitable sparks can form during operation.

Besonders bevorzugt ist das Bezugspotential das Massepotential der Radaranordnung, insbesondere der elektronischen Komponente zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals.The reference potential is particularly preferably the ground potential of the radar arrangement, in particular of the electronic component for generating and converting the high-frequency signal.

Beispielsweise kann ein ausreichender Abstand der Antenne zu der Leitungsstruktur dadurch realisiert sein, dass zwischen der Antenne und der Bestückungsseite des zweiten HF-Substrats eine Isolationsschicht vorzugsweise mit einer niedrigen Permittivität εr, angeordnet ist.For example, a sufficient distance between the antenna and the line structure can be achieved by arranging an insulation layer, preferably with a low permittivity ε r , between the antenna and the assembly side of the second HF substrate.

Beispielsweise beträgt die Permittivität εr der Isolationsschicht ungefähr 1.For example, the permittivity ε r of the insulation layer is approximately 1.

Durch eine solche zusätzliche Isolationsschicht kann die Gefahr der Entstehung eines Funkens zwischen der Antenne und der Leitungsstruktur minimiert werden.Such an additional insulation layer can minimize the risk of a spark occurring between the antenna and the line structure.

Eine solche Isolationsschicht weist vorzugsweise eine Durchschlagsfestigkeit von 500 VAC auf. Zudem ist die Isolationschicht vorzugsweise nicht leitfähig und weist auch keine Luftblasen auf.Such an insulation layer preferably has a dielectric strength of 500 VAC. In addition, the insulation layer is preferably non-conductive and does not have any air bubbles.

Das Vorhandensein einer zusätzlichen Isolationsschicht ist nicht daran geknüpft, dass die Antenne das Bezugspotential aufweist. Eine Isolationsschicht kann ebenso vorhanden sein, wenn die Antenne potentialfrei ist. The presence of an additional insulation layer is not linked to the antenna having the reference potential. An insulation layer can also be present if the antenna is potential-free.

Beispielsweise weist die Isolationsschicht zur Optimierung einer explosionsgeschützten Anordnung eine Dicke von ca. 0,1 mm auf. Die Isolationsschicht kann ebenso eine Dicke aufweisen, die weniger als 0,1 mm beträgt oder alternativ eine Dicke, die mehr als 0,1 mm beträgt.For example, to optimize an explosion-proof arrangement, the insulation layer has a thickness of approximately 0.1 mm. The insulation layer may also have a thickness that is less than 0.1 mm or alternatively a thickness that is more than 0.1 mm.

Weist die Isolationsschicht eine Dicke von ca. 0,1 mm, kann die Dicke des zweiten HF-Substrats ebenfalls ca. 0,1 mm betragen, wenn der Bereich zwischen der elektronischen Komponente und der Antenne vollständig vergossen ist, um die Anforderungen an eine explosionsgeschützte Anordnung zu erfüllen.If the insulation layer has a thickness of approximately 0.1 mm, the thickness of the second HF substrate can also be approximately 0.1 mm if the area between the electronic component and the antenna is completely potted in order to meet the requirements for explosion-proof Order to be fulfilled.

Die Schichtdicke des zweiten HF-Substrats kann beispielsweise genauso groß sein, wie die Schichtdicke des ersten HF-Substrats. Alternativ kann die Schichtdicke des zweiten HF-Substrats kleiner sein als die Schichtdicke des ersten HF-Substrats. Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Radaranordnung kann die Schichtdicke des zweiten HF-Substrats größer sein als die Schichtdicke des ersten HF-Substrats.The layer thickness of the second HF substrate can, for example, be the same as the layer thickness of the first HF substrate. Alternatively, the layer thickness of the second HF substrate can be smaller than the layer thickness of the first HF substrate. According to a next embodiment of the radar arrangement, the layer thickness of the second HF substrate can be greater than the layer thickness of the first HF substrate.

Beispielsweise weist das zweite HF-Substrat eine Schichtdicke von wenigstens 0,2 mm auf. Damit ist gewährleistet, dass die Leitungsstruktur einen ausreichenden Abstand zu der das Bezugspotential aufweisenden Metallschicht auf der Bestückungsseite aufweist und zwar unabhängig davon, ob die Bestückungsseite im Bereich der Metallschicht vollständig vergossen ist oder der Verguss nur im Bereich der elektronischen Komponente zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals angeordnet ist.For example, the second HF substrate has a layer thickness of at least 0.2 mm. This ensures that the line structure has a sufficient distance from the metal layer having the reference potential on the assembly side, regardless of whether the assembly side is completely cast in the area of the metal layer or the casting only in the area of the electronic component for generating and converting the High frequency signal is arranged.

Gemäß einer nächsten Ausgestaltung weist das zweite HF-Substrat eine Schichtdicke von weniger als 0,2 mm, insbesondere eine Schichtdicke von ca. 0,1 mm, auf. Ist die Bestückungsseite im Bereich der Metallschicht, die das Bezugspotential zu der das Hochfrequenzsignal führenden Leitungsstruktur aufweist, vergossen, so wird auch durch diese Ausgestaltung der Radaranordnung eine explosionsgeschützte Ausgestaltung realisiert.According to a next embodiment, the second HF substrate has a layer thickness of less than 0.2 mm, in particular a layer thickness of approximately 0.1 mm. If the assembly side is cast in the area of the metal layer, which has the reference potential to the line structure carrying the high-frequency signal, this design of the radar arrangement also creates an explosion-proof design.

Das erste HF-Substrat kann gemäß einer Ausgestaltung das gleiche Material aufweisen wie das zweite HF-Substrat. Beispielsweise können beide Substrate eine Epoxidbasis aufweisen.According to one embodiment, the first HF substrate can have the same material as the second HF substrate. For example, both substrates can have an epoxy base.

Alternativ kann das erste HF-Substrat auch ein anderes Material als das zweite HF-Substrat aufweisen. Beispielsweise weist das erste HF-Substrat eine Epoxidbasis auf und das zweite HF-Substrat weist als Basismaterial PTFE auf.Alternatively, the first HF substrate can also have a different material than the second HF substrate. For example, the first HF substrate has an epoxy base and the second HF substrate has PTFE as the base material.

Eine nächste vorteilhafte Ausgestaltung der Radaranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitungsstruktur einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter aufweist, wobei der erste Leiter das Hochfrequenzsignal von der elektronischen Komponente zur Antenne führt und wobei der zweite Leiter das von der Antenne empfangene Hochfrequenzsignal zur elektronischen Komponente führt, wobei vorzugsweise der erste Leiter und der zweite Leiter über einen Richtkoppler miteinander verbunden sind.A next advantageous embodiment of the radar arrangement is characterized in that the line structure has a first conductor and a second conductor, the first conductor carrying the high-frequency signal from the electronic component to the antenna and the second conductor carrying the high-frequency signal received by the antenna to the electronic component leads, wherein preferably the first conductor and the second conductor are connected to one another via a directional coupler.

Besonders bevorzugt ist der Richtkoppler im Bereich zwischen dem ersten HF-Substrat und dem zweiten HF-Substrat angeordnet.The directional coupler is particularly preferably arranged in the area between the first HF substrate and the second HF substrate.

Sind der erste Leiter und der zweite Leiter über einen Richtkoppler miteinander verbunden, so weisen der erste und der zweite Leiter einen gemeinsamen Führungsbereich auf, über den das Hochfrequenzsignal zur Antenne hin geführt bzw. von der Antenne in Richtung der elektronischen Komponente geführt wird.If the first conductor and the second conductor are connected to one another via a directional coupler, the first and second conductors have a common guide area via which the high-frequency signal is guided to the antenna or guided by the antenna in the direction of the electronic component.

Gemäß einer nächsten bevorzugten Ausgestaltung ist die Bestückungsseite im Bereich zwischen der elektronischen Komponente und der Antenne vollständig vergossen. Ein derart vollständiger Verguss gewährleistet eine besonders explosionssichere Ausbildung da auf der Bestückungsseite in explosionsgefährdeten Bereichen keine zündfähige Atmosphäre vorhanden ist.According to a next preferred embodiment, the assembly side is completely cast in the area between the electronic component and the antenna. Such complete potting ensures a particularly explosion-proof design since there is no ignitable atmosphere on the assembly side in potentially explosive areas.

Besonders bevorzugt ist die Bestückungsseite zumindest in dem Bereich vergossen, in dem die Leitungsstruktur auf der Bestückungsseite angeordnet ist.Particularly preferably, the assembly side is cast at least in the area in which the line structure is arranged on the assembly side.

Eine nächste Ausgestaltung, die einen besonders explosionssicheren Betrieb der Radaranordnung gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Antenne auf der Bestückungsseite einen Trennabstand zu der das Bezugspotential aufweisenden Metallschicht von wenigstens 0,2 mm aufweist.A next embodiment, which ensures particularly explosion-proof operation of the radar arrangement, is characterized in that the antenna on the assembly side has a separation distance from the metal layer having the reference potential of at least 0.2 mm.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können weitere Metallschichten vorhanden sein, die das Bezugspotential aufweisen. Beispielsweise kann eine Metallschicht zwischen dem ersten HF-Substrat und dem Trägermaterial angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine weitere Metallschicht zwischen dem ersten und dem zweiten HF-Substrat angeordnet sein.According to a further embodiment, further metal layers can be present which have the reference potential. For example, a metal layer can be arranged between the first HF substrate and the carrier material. Alternatively or additionally, a further metal layer can be arranged between the first and the second HF substrate.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Radaranordnung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die dem unabhängigen Patentanspruch nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.There are now a variety of options for designing and developing the radar arrangement according to the invention. In this regard, reference is made to the patent claims subordinate to the independent patent claim and to the following description of preferred exemplary embodiments in conjunction with the drawing.

In der Zeichnung zeigen

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Radaranordnung,
  • 2 den Bereich der Auskopplung des Hochfrequenzsignals des ersten Ausführungsbeispiels einer Radaranordnung,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Radaranordnung,
  • 4 den Bereich der Auskopplung des Hochfrequenzsignals des zweiten Ausführungsbeispiels einer Radaranordnung.
Show in the drawing
  • 1 a first exemplary embodiment of a radar arrangement,
  • 2 the area of decoupling of the high-frequency signal of the first exemplary embodiment of a radar arrangement,
  • 3 a second embodiment of a radar arrangement,
  • 4 the area of decoupling the high-frequency signal of the second exemplary embodiment of a radar arrangement.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Radaranordnung 1 umfassend eine mehrlagige Leiterplatte 2, eine Antenne 3, eine elektronische Komponente 4 zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals und eine Leitungsstruktur 5 zur Führung des Hochfrequenzsignals zwischen der elektronischen Komponente 4 und der Antenne 3. 1 shows a first exemplary embodiment of a radar arrangement 1 comprising a multi-layer circuit board 2, an antenna 3, an electronic component 4 for generating and converting a high-frequency signal and a line structure 5 for guiding the high-frequency signal between the electronic component 4 and the antenna 3.

Die mehrlagige Leiterplatte 2 weist eine erste Lage aus einem Trägermaterial 6, das im dargestellten Ausführungsbeispiel einen FR-4-Verbundwerkstoff umfasst, auf.The multi-layer circuit board 2 has a first layer made of a carrier material 6, which in the illustrated embodiment comprises an FR-4 composite material.

Zudem weist die mehrlagige Leiterplatte 2 eine zweite Lage aus einem ersten HF-Substrat 7 und eine dritte Lage aus einem zweiten HF-Substrat 8 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen das erste HF-Substrat 7 und das zweite HF-Substrat 8 jeweils eine Schichtdicke von ungefähr 0,1 mm auf.In addition, the multi-layer printed circuit board 2 has a second layer made of a first HF substrate 7 and a third layer made of a second HF substrate 8. In the exemplary embodiment shown, the first HF substrate 7 and the second HF substrate 8 each have a layer thickness of approximately 0.1 mm.

Das zweite HF-Substrat 8 weist eine Bestückungsseite 9 auf. Auf der Bestückungsseite 9 sind die elektronische Komponente 4 zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals und die Antenne 3 angeordnet. Zudem ist auf der Bestückungsseite 9 eine Metallschicht 10, die ein elektrisches Bezugspotential aufweist, angeordnet.The second HF substrate 8 has an assembly side 9. The electronic component 4 for generating and converting the high-frequency signal and the antenna 3 are arranged on the assembly side 9. In addition, a metal layer 10, which has an electrical reference potential, is arranged on the assembly side 9.

Die Bestückungsseite 9 ist im Bereich zwischen der elektronischen Komponente 4 zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals und der Antenne 3 vollständig vergossen. Hierdurch kann ein besonders guter Explosionsschutz im Betrieb gewährleistet werden, da lediglich im Bereich der Antenne 3, in dem das Hochfrequenzsignal in den Außenraum abgestrahlt wird, eine zündfähige Atmosphäre vorliegt.The assembly side 9 is completely cast in the area between the electronic component 4 for generating and converting a high-frequency signal and the antenna 3. In this way, particularly good explosion protection can be guaranteed during operation, since an ignitable atmosphere is only present in the area of the antenna 3, in which the high-frequency signal is radiated into the outside space.

Die Leitungsstruktur 5 zur Führung des Hochfrequenzsignals ist bereichsweise auf der Bestückungsseite 9 und bereichsweise zwischen dem ersten HF-Substrat 7 und dem zweiten HF-Substrat 8 angeordnet, sodass im Betrieb das Hochfrequenzsignal zumindest bereichsweise zwischen den HF-Substraten 7, 8 geführt wird.The line structure 5 for guiding the high-frequency signal is arranged in some areas on the assembly side 9 and in some areas between the first HF substrate 7 and the second HF substrate 8, so that during operation the high-frequency signal is guided at least in some areas between the HF substrates 7, 8.

Durch das Vergraben der Leitungsstruktur kann der Explosionsschutz der Radaranordnung 1 im Betrieb verbessert werden.By burying the line structure, the explosion protection of the radar arrangement 1 can be improved during operation.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antenne 3 metallisch leitfähig und weist das Bezugspotential der Radaranordnung 1 auf. Im Detail ist die Antenne 3 hierzu mit der Metallschicht 10 verbunden.In the exemplary embodiment shown, the antenna 3 is metallically conductive and has the reference potential of the radar arrangement 1. In detail, the antenna 3 is connected to the metal layer 10 for this purpose.

Im Betrieb ist daher ein ausreichender Abstand zwischen der Antenne 3 und der das Hochfrequenzsignal führenden Leitungsstruktur 5 zu realisieren und zwar insbesondere im Bereich der Antenne, da in diesem Bereich eine zündfähige Atmosphäre vorhanden ist.During operation, a sufficient distance must therefore be achieved between the antenna 3 and the line structure 5 carrying the high-frequency signal, particularly in the area of the antenna, since an ignitable atmosphere is present in this area.

Zur Realisierung dieses ausreichenden Abstandes ist zwischen der Antenne 3 und der Bestückungsseite 9 eine weitere Isolationsschicht 11 vorhanden. Die Isolationsschicht 11 weist ebenfalls eine Schichtdicke von 0,1 mm auf. Darüber hinaus ist die Isolationsschicht nicht leitfähig und weist eine Durchschlagsfestigkeit von 500 VAC auf.To achieve this sufficient distance, there is a further insulation layer between the antenna 3 and the assembly side 9 11 available. The insulation layer 11 also has a layer thickness of 0.1 mm. In addition, the insulation layer is non-conductive and has a dielectric strength of 500 VAC.

Damit erfüllt das dargestellte Ausführungsbeispiel die Anforderungen eine explosionsgeschützten Anordnung und gweährleistet einen besonders sicheren Betrieb der Radaranordnung 1.The exemplary embodiment shown thus meets the requirements of an explosion-proof arrangement and ensures particularly safe operation of the radar arrangement 1.

Die Leitungsstruktur 5 weist einen ersten Leiter 12 und einen zweiten Leiter 13 auf, wobei der erste Leiter 12 das Hochfrequenzsignal von der elektronischen Komponente 4 zur Antenne 3 führt und wobei der zweite Leiter 13 das von der Antenne 3 empfangene Hochfrequenzsignal zur elektronischen Komponente 4 führt.The line structure 5 has a first conductor 12 and a second conductor 13, the first conductor 12 leading the high-frequency signal from the electronic component 4 to the antenna 3 and the second conductor 13 leading the high-frequency signal received from the antenna 3 to the electronic component 4.

Im Bereich zwischen den HF-Substraten 7, 8 sind der erste Leiter 12 und der zweite Leiter 13 durch einen Richtkoppler 14 miteinander gekoppelt. In Ausbreitungsrichtung des von der elektronischen Komponente 4 erzeugten Hochfrequenzsignals hinter dem Richtkoppler 14 weisen der erste Leiter 12 und der zweite Leiter 13 einen gemeinsamen Führungsbereich auf, sodass das Hochfrequenzsignal über den gemeinsamen Führungsbereich in die Antenne 3 geleitet wird und ein von der Antenne 3 empfangenes Hochfrequenzsignal über den gemeinsamen Bereich zum Richtkoppler 14 und in den zweiten Leiter 13 geführt wird.In the area between the HF substrates 7, 8, the first conductor 12 and the second conductor 13 are coupled to one another by a directional coupler 14. In the propagation direction of the high-frequency signal generated by the electronic component 4 behind the directional coupler 14, the first conductor 12 and the second conductor 13 have a common guide area, so that the high-frequency signal is guided into the antenna 3 via the common guide area and a high-frequency signal received by the antenna 3 is led via the common area to the directional coupler 14 and into the second conductor 13.

2 zeigt den Bereich der Auskopplung des Hochfrequenzsignals des ersten Ausführungsbeispiels einer Radaranordnung 1. Im Detail dargestellt ist die Realisierung einer explosionsgeschützten Anordnung dadurch, dass im Bereich der Antenne 3 zur Erhöhung des Abstandes der Antenne 3 und der Leitungsstruktur 5 eine zusätzliche Isolationsschicht 11 vorhanden ist. Beträgt die Schichtdicke der Isolationsschicht 11 ca. 0,1 mm so kann eine explosionsgeschützte Anordnung realisiert werden, selbst wenn die Schichtdicke des zweiten HF-Substrats 8 auch 0,1 mm beträgt. 2 shows the area of decoupling the high-frequency signal of the first exemplary embodiment of a radar arrangement 1. The implementation of an explosion-proof arrangement is shown in detail in that an additional insulation layer 11 is present in the area of the antenna 3 to increase the distance between the antenna 3 and the line structure 5. If the layer thickness of the insulation layer 11 is approximately 0.1 mm, an explosion-proof arrangement can be realized, even if the layer thickness of the second HF substrate 8 is also 0.1 mm.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Radaranordnung 1, wobei die Leitungsstruktur 5 bereichsweise in dem Bereich zwischen dem ersten HF-Substrat 7 und dem zweiten HF-Substrat 8 vergraben ist. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Antenne 3 nicht mit der das Bezugspotential aufweisenden Metallschicht 10 auf der Bestückungsseite 9 des zweiten HF-Substrats 8 verbunden. Vielmehr weist die Antenne 3 einen Abstand von 0,2 mm zu der Metallschicht 10 auf. Damit ist die Antenne 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel potentialfrei. Es besteht damit keine Anforderung in Bezug auf den einzuhaltenden Abstand der Antenne zu der das Hochfrequenzsignal führenden Leitungsstruktur 5. 3 shows a further exemplary embodiment of a radar arrangement 1, wherein the line structure 5 is partially buried in the area between the first HF substrate 7 and the second HF substrate 8. In contrast to that in 1 In the first exemplary embodiment shown, the antenna 3 is not connected to the metal layer 10 having the reference potential on the assembly side 9 of the second HF substrate 8. Rather, the antenna 3 has a distance of 0.2 mm from the metal layer 10. The antenna 3 is therefore potential-free in the exemplary embodiment shown. There is therefore no requirement with regard to the distance to be maintained between the antenna and the line structure 5 carrying the high-frequency signal.

4 zeigt den Bereich der Auskopplung des Hochfrequenzsignals des zweiten Ausführungsbeispiels einer Radaranordnung 1, die sich dadurch auszeichnet, dass die Antenne 3 potentialfrei angeordnet ist. Zur Gewährleistung einer der Potentialfreiheit weist die Antenne 3 einen ausreichenden Trennabstand zu der auf der Bestückungsseite 9 angeordneten Metallschicht 10 auf. Ist die Bestückungsseite 9 so wie in 3 dargestellt, im Bereich zwischen der elektronischen Komponente 4 und der Antenne 3 vollständig vergossen, so besteht auch keine Anforderung an die Schichtdicke des zweiten HF-Substrats 8 zur Gewährleistung einer explosionsgeschützten Anordnung. Durch den den Verguss 15 ist in diesem Bereich keine zündfähige Atmosphäre vorhanden. 4 shows the area of decoupling of the high-frequency signal of the second exemplary embodiment of a radar arrangement 1, which is characterized in that the antenna 3 is arranged potential-free. To ensure freedom from potential, the antenna 3 has a sufficient separation distance from the metal layer 10 arranged on the assembly side 9. Is the assembly side 9 as in 3 shown, completely cast in the area between the electronic component 4 and the antenna 3, there is no requirement for the layer thickness of the second HF substrate 8 to ensure an explosion-proof arrangement. Due to the potting 15, there is no ignitable atmosphere in this area.

Insofern ist auch in den 3 und 4 eine Radaranordnung 1 dargestellt, die einen besonders hohen Explosionsschutz und damit einen besonders sicheren Betrieb gewährleistet.In this respect, it is also in the 3 and 4 a radar arrangement 1 is shown, which ensures a particularly high level of explosion protection and thus particularly safe operation.

BezugszeichenReference symbols

11
RadaranordnungRadar arrangement
22
mehrlagige Leiterplattemulti-layer circuit board
33
Antenneantenna
44
elektronische Komponenteelectronic component
55
LeitungsstrukturManagement structure
66
TrägermaterialCarrier material
77
erstes HF-Substratfirst HF substrate
88th
zweites HF-Substratsecond HF substrate
99
BestückungsseiteAssembly page
1010
Metallschichtmetal layer
1111
Isolationsschichtinsulation layer
1212
erster Leiterfirst leader
1313
zweiter Leitersecond leader
1414
RichtkopplerDirectional coupler
1515
VergussPotting

Claims (9)

Radaranordnung (1) umfassend wenigstens eine mehrlagige Leiterplatte (2), wenigstens eine Antenne (3), wenigstens eine elektronische Komponente (4) zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals und wenigstens eine Leitungsstruktur (5) zur Führung des Hochfrequenzsignals zwischen der elektronischen Komponente (4) und der Antenne (3), wobei die mehrlagige Leiterplatte (2) wenigstens eine erste Lage aus einem Trägermaterial (6), wenigstens eine zweite Lage aus einem ersten HF-Substrat (7) und wenigstens eine dritte Lage aus einem zweiten HF-Substrat (8) aufweist, wobei das zweite HF-Substrat (8) eine Bestückungsseite (9) aufweist und wobei zumindest die elektronische Komponente (4) zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals und die Antenne (3) auf der Bestückungsseite (9) angeordnet sind und wobei eine Metallschicht (10), die ein elektrisches Bezugspotential aufweist, auf der Bestückungsseite (9) angeordnet ist und wobei die Bestückungsseite (9) zumindest im Bereich der elektronischen Komponente (4) zur Erzeugung und zur Umwandlung eines Hochfrequenzsignals vergossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Leitungsstruktur (5) zur Führung des Hochfrequenzsignals bereichsweise auf der Bestückungsseite (9) und bereichsweise zwischen dem ersten HF-Substrat (7) und dem zweiten HF-Substrat (8) angeordnet ist, sodass im Betrieb das Hochfrequenzsignal zumindest bereichsweise zwischen den HF-Substraten (7, 8) zur Antenne (3) geführt wird.Radar arrangement (1) comprising at least one multi-layer printed circuit board (2), at least one antenna (3), at least one electronic component (4) for generating and converting a high-frequency signal and at least one line structure (5) for guiding the high-frequency signal between the electronic component ( 4) and the antenna (3), wherein the multi-layer circuit board (2) has at least one first layer made of a carrier material (6), at least one second layer made of a first HF substrate (7) and at least one third layer made of a second HF substrate (8), the second HF substrate (8) having an assembly side (9) and at least the electronic component (4) for generating and converting the High-frequency signal and the antenna (3) are arranged on the assembly side (9) and wherein a metal layer (10), which has an electrical reference potential, is arranged on the assembly side (9) and wherein the assembly side (9) is at least in the area of the electronic component (4) is cast for generating and converting a high-frequency signal, characterized in that the at least one line structure (5) for guiding the high-frequency signal is partially on the assembly side (9) and partially between the first HF substrate (7) and the second HF -Substrate (8) is arranged so that during operation the high-frequency signal is guided to the antenna (3) at least in areas between the HF substrates (7, 8). Radaranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) metallisch leitfähig ist, wobei die Antenne (3) potentialfrei ist oder mit dem Bezugspotential verbunden ist.Radar arrangement (1). Claim 1 , characterized in that the antenna (3) is metallically conductive, the antenna (3) being potential-free or connected to the reference potential. Radaranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugspotential das Massepotential der Radaranordnung (1), insbesondere der elektronischen Komponente (4) zur Erzeugung und zur Umwandlung des Hochfrequenzsignals, ist.Radar arrangement (1) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the reference potential is the ground potential of the radar arrangement (1), in particular the electronic component (4) for generating and converting the high-frequency signal. Radaranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antenne (3) und der Bestückungsseite (9) eine Isolationsschicht (11) vorzugsweise mit einer niedrigen Permittivität εr, angeordnet ist.Radar arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that an insulation layer (11), preferably with a low permittivity ε r , is arranged between the antenna (3) and the assembly side (9). Radaranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite HF-Substrat (8) eine Schichtdicke von wenigstens 0,2 mm aufweist.Radar arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the second HF substrate (8) has a layer thickness of at least 0.2 mm. Radaranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite HF-Substrat (8) eine Schichtdicke von weniger als 0,2 mm, insbesondere eine Schichtdicke von ca. 100 µm, aufweist.Radar arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the second HF substrate (8) has a layer thickness of less than 0.2 mm, in particular a layer thickness of approximately 100 µm. Radaranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsstruktur (5) einen ersten Leiter (12) und einen zweiten Leiter (13) aufweist, wobei der erste Leiter (12) das Hochfrequenzsignal von der elektronischen Komponente (4) zur Antenne (3) führt und wobei der zweite Leiter (13) das von der Antenne (3) empfangene Hochfrequenzsignal zur elektronischen Komponente (4) führt, wobei vorzugsweise der erste Leiter (12) und der zweite Leiter (13) über einen Richtkoppler (14) miteinander verbunden sind.Radar arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the line structure (5) has a first conductor (12) and a second conductor (13), wherein the first conductor (12) carries the high-frequency signal from the electronic component (4) to the antenna (3) and wherein the second conductor (13) leads the high-frequency signal received by the antenna (3) to the electronic component (4), the first conductor (12) and the second conductor (13) preferably being connected to one another via a directional coupler (14). Radaranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückungsseite (9) im Bereich zwischen der elektronischen Komponente (4) und der Antenne (3) vollständig vergossen ist.Radar arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the assembly side (9) is completely cast in the area between the electronic component (4) and the antenna (3). Radaranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) auf der Bestückungsseite (9) einen Trennabstand zu der Metallschicht (10) von wenigstens 0,2 mm aufweist.Radar arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the antenna (3) on the assembly side (9) has a separation distance from the metal layer (10) of at least 0.2 mm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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