DE102022203285A1

DE102022203285A1 - Radarsystem

Info

Publication number: DE102022203285A1
Application number: DE102022203285.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus Baur; Benjamin Josef Schaefer; Minh Nhat Pham; David KEMMER; Gustav Klett; Christian Hollaender
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-04-01
Filing date: 2022-04-01
Publication date: 2023-10-05
Also published as: CN116893388A; US20230319981A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radarsystem, das eine Antenne (140) zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen und eine Platine (105) mit wenigstens einem Hochfrequenzbauteil (110) und einem Element (111) zum Senden und/oder Empfangen von hochfrequenten Signalen, aufweist. Die Antenne (140) weist wenigstens einen Einpresspin (200) auf, der in die Antenne (140) eingebracht ist. Auf/an der Platine (105) ist wenigstens eine Hülse (210) angeordnet, in die der Einpresspin (200) eingeführt wird. Der wenigstens eine Einpresspin (200) wirkt derart mit der wenigstens eine Hülse (210) zusammen, dass der Einpresspin (200) beim Aufschieben der Antenne (140) auf die Platine (105) in die wenigstens eine Hülse (210) eingepresst wird und sich fixierend verformt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem, aufweisend

- eine Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen,
- eine Platine mit wenigstens einem Hochfrequenzbauteil und einem Element zum Senden und/oder Empfangen von hochfrequenten Signalen.

Die Platine kann beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Interposer sein.
Stand der Technik
Autonome und teilautonome Fahrzeuge werden mit Hilfe mindestens eines Sensorsystems, welches die Umgebung des Fahrzeugs erfasst, gesteuert. Dabei werden abhängig von den Sensordaten des Sensorsystems beispielsweise eine Parklücke, ein Straßenverlauf, andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse erkannt und/oder Fahrttrajektorien bestimmt bzw. entsprechende Steuerbefehle berechnet, wobei die Steuerbefehle an Aktuatoren im Fahrzeug weitergeleitet werden. Dabei werden in Fahrzeugen nicht nur Komfortfunktionen, wie eine adaptive Geschwindigkeitssteuerung (adaptive cruise control), sondern auch Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise Notbremsassistenten realisiert. Dabei kommen insbesondere Radarsensoren zum Einsatz. Der wesentliche Vorteil solcher Sensoren liegt in der direkten Messung von physikalischen Größen und nicht in der Interpretation von Bildern, die beispielsweise mit einer Videokamera aufgenommen werden.
Radarsensoren senden über eine Antennenstruktur hochfrequente Radarstrahlen aus und empfangen die an Objekten reflektierten Strahlen. Die erfassten Objekte können hierbei feststehend oder bewegt sein. Mit Hilfe der empfangenen Radarstrahlen kann der Abstand und die Richtung (Winkel) zum Objekt berechnet werden. Zudem kann die relative Geschwindigkeit des Objekts zum Radarsensor berechnet werden. Typische Radarsensoren arbeiten in einem Frequenzbereich zwischen 76 und 81 GHz.
Als Antennen dienen zunehmend Hohlleiterantennen. Die Antennen weisen typischerweise Kunststoffstrukturen auf, in denen Hohlleiterstrukturen ausgebildet sind. Die Integration, d.h. die Positionierung und Befestigung solcher Hohlleiterantennen erfolgt üblicherweise durch Fertigungsverfahren wie Löten, Kleben oder Schrauben.
Offenbarung der Erfindung
Die Antenne weist wenigstens einen Einpresspin auf. Der wenigstens eine Einpresspin ist ein Haltepin, der vorzugsweise aus Metall besteht. Der wenigstens eine Einpresspin ist in die Antenne eingebracht, er ist also zumindest teilweise innerhalb der Antenne, insbesondere innerhalb einer Kunststoffstruktur der Antenne, ausgebildet. Zudem ist wenigstens eine Hülse vorgesehen, die auf und/oder an der Platine angeordnet ist. Der wenigstens eine Einpresspin wird bei der Montage der Antenne auf die Platine in die wenigstens eine Hülse passgenau eingeführt und dann eingepresst. Dabei verformt sich der wenigstens eine Einpresspin in der wenigstens einen Hülse und der wenigstens eine Einpresspin und die wenigstens eine Hülse bilden eine Fixierung für die Antenne an der Platine. Die wenigstens eine Hülse dient somit als Gegenstück für die Einpressung des wenigstens einen Einpresspins und kann auch als Einpresshülse bezeichnet werden.
Die Einpresstechnik mittels Einpresspins wird bereits für die Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen der Platine und elektrischen Steckern eingesetzt. Wenn diese Technik zur Montage von Hohlleiterstrukturen auf der Platine eingesetzt wird, so wird die Position der Antenne relativ zu dem Element zum Senden und/oder Empfangen von hochfrequenten Signalen durch die Position der in der Platine gebildeten Hülsen vorgegeben. Vorzugsweise entsprechen die Anzahl und die Position der Hülsen der Anzahl und Position der Einpresspins. Durch den Kraftschluss des wenigstens einen Einpresspins in der wenigstens einen Hülse und gegebenenfalls durch Diffusionsprozesse, die eine intermetallische Verbindung zwischen dem wenigstens einen Einpresspin und der metallischen Auskleidung der wenigstens einen Hülse herstellen, wird ein sicherer Halt der Antenne auf der Platine erreicht. Bei der Einpresstechnik handelt es sich um ein kostengünstiges Standardverfahren, das eine dauerhafte und qualitativ hochwertige Verbindung der Antenne und der Platine herstellt. Im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren, wie z. B. Löten, Kleben oder Schrauben, bietet dieses Verfahren Vorteile hinsichtlich der Kosten, des benötigen Platzes und der Qualität und bietet Möglichkeiten zur Fertigungen in fachüblichen, etablierten Prozessen.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass der wenigstens eine Einpresspin zur lateralen Positionierung während des Fügevorganges verwendet werden kann. Üblicherweise werden zur lateralen Positionierung der Antenne zusätzliche Pins, typischerweise aus Kunststoff, verwendet, auf die verzichtet werden kann. Dadurch lässt sich Platz auf der Platine und in der Antenne einsparen. Die lateralen Toleranzen werden durch den Taumelkreis jedes Einpresspins bestimmt, die Abweichung im Taumelkreis wird durch eine Verkippung und/oder durch eine Positionstoleranz verursacht. Bei der Einpresstechnik sind die Taumelkreise bereits sehr klein. Hinzu kommen noch sehr geringe Toleranzen bei der Ätzung und/oder beim Auflöten des Hochfrequenzbauteil auf die Platine.
Die axialen Toleranzen können ausgeglichen werden, indem die zur Einpressung zur Verfügung stehende Länge des wenigstens einen Einpresspins größer ist als die Länge der wenigstens eine Hülse sein kann. Dadurch reicht der wenigstens eine Einpresspin auch bei einem axialen Versatz zwischen der Antenne und der Platine weit genug in die wenigstens eine Hülse hinein, um mit dieser fixiert zu werden.
Zusammengenommen liegen die Toleranzen zwischen dem Element zum Senden und/oder Empfangen von hochfrequenten Signalen und dem Hohlleiter in einem Bereich kleiner als 0,1 mm.
Die Antenne weist Kunststoffstrukturen auf, die insbesondere aus mehreren Lagen von Kunststoffspritzteilen (auch als Kunststoffspritzgussteile bezeichnet), also mittels Spritzguss hergestellten Kunststoffteilen, bestehen. Der wenigstens eine Einpresspin kann in die Antenne eingebracht werden, indem dieser bei der Fertigung der Antenne, während des Spritzgussvorgangs eingebracht wird und formschlüssig von dem Kunststoff umspritzt wird. Bei einer nachfolgend ausgeführten Beschichtung der Antenne mit einem leitfähigem Material - typischerweise einem Metall -, wird vorteilhaft der Bereich, in dem der wenigstens eine Einpresspins angeordnet ist, maskiert, sodass keine zusätzliche Beschichtung auf den wenigstens einen Einpresspin aufgetragen wird.
Alternativ kann der wenigstens eine Einpresspin auch nach dem Spritzvorgang (und nach dem Beschichtungsvorgang) in die Kunststoffstruktur der Antenne eingeschlossen werden. Hierfür kann wenigstens eine Aufnahme für den wenigstens einen Einpresspin in der Kunststoffstruktur freigehalten werden.
Um eine sichere Positionierung und Befestigung der Antenne auf der Platine zu erreichen, sind bevorzugt mindestens zwei Einpresspins vorgesehen. Vorteilhafterweise sind die mindestens zwei Einpresspins im Einspeisebereich der Antenne, in dem die Radarwellen in die Antenne eingespeist werden, positioniert. Dadurch wird die Antenne in diesem relevanten Bereich fest fixiert und die Toleranzen dort möglichst gering gehalten.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Einpresspin an der Außenkante der Antenne positioniert werden. „An der Außenkante“ bedeutet in diesem Zusammenhang nicht nur direkt auf der Außenkante, sondern auch in einem Bereich um die Außenkante herum. Durch die Positionierung an der Außenkante werden die Stabilität und die Steifigkeit der Verbindung zwischen der Antenne und der Platine erhöht. Optional kann jeweils ein Einpresspin an jeder Ecke der Antenne positioniert sein.
Bevorzugt sind mindestens zwei Einpresspins im Einspeisebereich und wenigstens ein weiterer Einpresspin an der Außenkante, bevorzugt ein Einpresspin in jeder Ecke, der Antenne vorgesehen. Dadurch werden die beiden vorstehend genannten Vorteile kombiniert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt eine Querschnittsansicht von der Seite durch ein Radarsystem gemäß der Erfindung.
2 zeigt einen Querschnitt von der Seite durch einen Einpresspin in einem Kunststoffteil.
3 a bis d zeigen jeweils einen Schnitt von oben auf das Radarsystem gemäß der Erfindung mit unterschiedlichen Positionen der Einpresspins.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
In 1 ist in einer Querschnittsansicht von der Seite ein Radarsystem zur Umfelderfassung eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Dieses Radarsystem weist ein Gehäuse 101 auf, welches frontseitig durch ein Radom 102 abgeschlossen wird. In dem Gehäuse 101 ist eine Platine 105 angeordnet, an der ein Hochfrequenzbauteil 110, das beispielsweise als MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) ausgebildet ist, angeordnet ist. Das Hochfrequenzbauteil 110 ist über eine Schicht thermischer Interfacematerialien (TIM) 112 mit einem Kühlkörper 114 zur Wärmeableitung verbunden. Steckelemente 120 verbinden die auf der Platine angeordnete Schalteinrichtung mit von außen zugänglichen Leitungen und dergleichen. Das Hochfrequenzbauteil 110 weist Launcher 111 auf, mit denen Radarwellen in eine Antenne 140 eingekoppelt werden können. Das Hochfrequenzbauteil 110 mit den Launchern 111 ist in diesem Beispiel auf der Rückseite/Unterseite der Platine 105 angeordnet und sendet die Radarwellen durch eine Öffnung 106 in der Platine 105. Das Hochfrequenzbauteil 110 mit den Launchern 111 kann auch auf der Vorderseite/Oberseite der Platine 105 angeordnet sein oder es können alternativ andere Konzepte mit Strukturen auf der Vorder- und/oder auf der Rückseite der Platine 105 verwendet werden.
Die Antenne 140 ist hier als Hohlleiterantenne ausgeführt, wie es in 1 schematisch dargestellt ist. Die Antenne 140 weist mehrere Hohlleiter 141 auf, die in mehreren Lagen von Kunststoffspritzteilen 145 ausgebildet sind. Die Hohlleiter 141 weisen in Abstrahlrichtung Abstrahlelemente 142, beispielsweise in Form von Schlitzen, und zur Platine 105 hin einen Feedbereich 143 auf. Im Betrieb werden Radarwellen von den Launchern 111 in den Feedbereich 143 des Hohlleiters 141 eingekoppelt und durch den Hohlleiter 141 zu den Abstrahlelementen 142 geführt, wo sie dann abgestrahlt werden.
Die Antenne 140 weist zudem mehrere Einpresspins 200 auf, welche in den Kunststoffspritzteilen 145 eingebracht sind. Die Platine 105 weist mehrere Einpresshülsen 210 auf, wobei die Anzahl und die Position der Hülsen 210 passend zu den Einpresspins 200 vorgesehen sind. Bei der Montage wird die Antenne 140 auf die Platine 105 aufgesetzt und dabei die Einpresspins 200 in die entsprechenden Hülsen 210 auf der Platine 105 eingepresst. Durch das Einpressen verformen sich die Einpresspins 200 und eine Fixierung entsteht, mit der die Antenne 140 auf der Platine 105 fixiert wird.
Wie in 1 dargestellt, kann dabei ein Luftspalt 220 zwischen der Antenne 140 und der Platine 105 entstehen. Dieser Luftspalt 220 wird möglichst klein gehalten, um eine effektive Ein-/Auskopplung der Radarwellen im Feedbereich 143 des Hohlleiters 141 zu erreichen. Zur Kompensation größerer Luftspalte 220 können zusätzliche Strukturen im Einspeisebereich auf der Platine 105, beispielsweise durch Ätzen in Kupfer, und/oder im Feedbereich 143 der Hohlleiter 141, beispielsweise mittels 3D-Strukturierung, eingebracht werden. Damit sind Luftspalte 220 bis ca. 0,4 mm überbrückbar.
In 2 ist ein Einpresspin 200 gezeigt, der in Nadelöhrtechnik ausgebildet ist. Es können aber auch andere Techniken verwendet werden, beispielsweise ein starrer Einpresspin. Der Einpresspin 200 wird während eines Spritzgussvorgangs eingebracht, wobei ein Befestigungsbereich 201 formschlüssig von dem Kunststoffteil 145 der Antenne 140 umspritzt wird, wodurch der Einpresspin 200 in der Antenne 140 fixiert wird. Ein flexibler Federbereich 202 wird bei dem Spritzgussvorgang freigelassen und steht aus dem Kunststoffteil 145 hervor. Bei der Montage wird der flexible Federbereich 202 in die Hülse 210 eingepresst. Der Federbereich 202 ist länger als die Hülse 210 ausgebildet, sodass der Federbereich 202 auch beim Auftreten des Luftspalts 220 in die Hülse 210 eingreift. Beim Aufschieben der Antenne 140 auf die Platine 105, verformt sich der Federbereich 202 und stellt somit eine Fixierung in der Hülse 210 her.
In den 3 a bis d sind in Querschnittsansichten von oben verschiedene Positionierungen für die Einpresspins 200 in der Antenne 140 (und entsprechend für die hier nicht gezeigten Hülsen 210 in der Platine 105) gezeigt. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf deren erneute Beschreibung wird verzichtet. Zudem sind aus Gründen der Übersicht die Bezugszeichen nur für einen der Hohlleiter 141 mit dem Abstrahlelement 142 und dem Feedbereich 143 angegeben. In 3 a sind zwei Einpresspins 200 im Einspeisebereich der Radarwellen, in dem die Launcher 111 positioniert sind, also nahe der Feedbereiche 143 der Hohlleiter 141, angeordnet. Hierdurch wird mit nur zwei Einpresspins 200 bereits eine gute Fixierung mit minimaler Toleranz im Einspeisebereich erreicht. In 3 b sind vier Einpresspins 200 im Einspeisebereich der Radarwellen vorgesehen, wodurch die Stabilität gegenüber zwei Einpresspins 200 nochmals erhöht wird. In 3 c sind vier Einpresspins 200 nahe der Außenkante der Antenne 140 angeordnet. Bei der vorliegenden rechteckigen Antenne 140 ist in jeder ihrer Ecke jeweils ein Einpresspin 200 positioniert. Dadurch wird die Stabilität und die Steifigkeit des Radarsystems erhöht. In 3 d sind sowohl vier Einpresspins 200 im Einspeisebereich als auch vier Einpresspins 200 nahe der Außenkante, in den Ecken der Antenne 140, vorgesehen. Dadurch wird die gute Fixierung mit wenig Toleranz im Einspeisebereich mit der hohen Stabilität und Steifigkeit kombiniert.

Claims

Radarsystem aufweisend - eine Antenne (140) zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen, - eine Platine (105) mit wenigstens einem Hochfrequenzbauteil (110) und einem Element (111) zum Senden und/oder Empfangen von hochfrequenten Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Antenne (140) wenigstens einen Einpresspin (200) aufweist, der in die Antenne (140) eingebracht ist, - wenigstens eine Hülse (210) auf/an der Platine (105) angeordnet ist, in die der Einpresspin (200) eingeführt wird, - der wenigstens eine Einpresspin (200) mit der wenigstens eine Hülse (210) derart zusammenwirkt, dass der Einpresspin (200) beim Aufschieben der Antenne (140) auf die Platine (105) in die wenigstens eine Hülse (210) eingepresst wird und sich fixierend verformt.
Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Einpressung zur Verfügung stehende Länge des wenigstens einen Einpresspins (200) größer ist als die Länge der wenigstens eine Hülse (210).
Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einpresspin (200) in einem Kunststoffspritzteil (145) der Antenne (140) formschlüssig umspritzt ist.
Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Einpresspins (200) vorgesehen sind, die im Einspeisebereich der Antenne (140) positioniert sind.
Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Einpresspins (200) an der Außenkante der Antenne (140) positioniert ist.