DE112020004943T5

DE112020004943T5 - Millimeterfunkwellensensor und fahrzeug, das ihn enthält

Info

Publication number: DE112020004943T5
Application number: DE112020004943.4T
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Nagaishi; Akira Kitayama; Hiroshi Shinoda; Yasutaka Tsuru
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-08-11
Also published as: JP2021085775A; JP7370829B2; WO2021106418A1

Abstract

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt einen Millimeterfunkwellensensor bereit, der eine Schwankung einer Resonanzfrequenz einer Antenne niederhält, während eine Mehrwegausbreitung in einem großen Azimutwinkel verringert wird. Somit enthält die vorliegende Erfindung ein Antennenelement, das eine Funkwelle in einem Millimeterwellenband abstrahlt, eine Platine, die eine Frontoberfläche besitzt, an der das Antennenelement gebildet ist, eine Abdeckung, die eine Frontseite der Platine abdeckt, und ein Harz, das eine Oberfläche, die mit dem Antennenelement in Kontakt ist, und die weitere Oberfläche, die mit der Abdeckung in Kontakt ist, besitzt.. Eine Dicke des Harzes beträgt das 4-Fache oder mehr einer Dicke der Platine und 1/4 oder mehr einer Wellenlänge der Funkwelle, die das Harz durchläuft.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Millimeterfunkwellensensor und ein Fahrzeug, das ihn enthält.
Technischer Hintergrund
Es existiert ein Sensor, der Funkwellen verwendet, als ein Umgebungsdetektionssensor zum sicheren Fahren und sicheren Betrieb von Personenkraftwagen, Eisenbahnen, Transportvorrichtungen und dergleichen. Im Folgenden wird ein Radarsensor für einen Personenkraftwagen als Beispiel beschrieben. Um eine sichere Fahrunterstützung und ein sicheres automatisches Fahren zu realisieren, werden mehrere Radarsensoren, die verschiedene Detektionsentfernungen und Detektionswinkelbereiche besitzen, als der Radarsensor für den Personenkraftwagen verwendet, um den gesamte Umfang des Personenkraftwagens abzudecken. Wenn ein Objekt, das bei einer mittleren Entfernung vorhanden ist, detektiert wird, wird z. B. ein Millimeterwellenradar verwendet.
2 ist eine Querschnittansicht, die eine allgemeine Konfiguration eines Funkwellensensors 300 veranschaulicht, der eine Millimeterwelle verarbeitet. Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält der Funkwellensensor 300 ein Antennenelement 301, eine HF-Schaltung 302, die ein HF-Signal erzeugt, eine Platine 303 und eine Abdeckung 304. Die Platine 303 ist eine Hybridplatine, in der ein Material 305 mit niedrigem dielektrischen Verlust und niedriger Dielektrizitätskonstante und ein Glasepoxidharzmaterial 306 gestapelt sind, und das Material 305 mit niedrigem dielektrischen Verlust und niedriger Dielektrizitätskonstante ist auf einer Frontoberflächenseite, die der Abdeckung 304 zugewandt ist, positioniert. Das Antennenelement 301 und die HF-Schaltung 302 sind an einer Frontoberfläche des Materials 305 mit niedrigem dielektrischen Verlust und niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet und ein Millimeterwellensignal, das durch die HF-Schaltung 302 erzeugt wird, breitet sich zum Antennenelement 301 aus und wird als eine Funkwelle vom Antennenelement 301 abgestrahlt.
Hier kann während einer Vermarktung einer elektronischen Vorrichtung, um eine Langzeitzuverlässigkeit (eine Fehlerbeständigkeit) einer Hochfrequenzschaltung zu erhalten, Mittel zum Niederhalten einer Alterung durch Abdecken eines Oberflächenleiters unter Verwendung einer Vergoldung, einer dünnen Abdeckmittelschicht oder eines Dichtungsmaterials wie z. B. Silikon oder Polyurethanharz (z. B. PTL 1) angebracht werden.
Allerdings weist die Millimeterwelle einen größeren Ausbreitungsverlust einer Hochfrequenzverdrahtung und einer Antenne, die an der Platine vorgesehen sind, als eine Mikrowelle auf und beeinflusst die Millimeterwelle einen Diagrammentwurf auf Signalebene der HF-Schaltung und beeinflusst verschiedene Leistungsmerkmale der HF-Schaltung (Beispiel: Ausbreitungsverlust einer Mikrostreifenleitung, die eine charakteristische Impedanz von 50 Ω besitzt: etwa 1 dB/cm@80 GHz). Insbesondere wenn der Oberflächenleiter unter Verwendung des Dichtungsmaterials abgedeckt ist, ist es, da eine Zunahme eines Ausbreitungsverlusts bemerkenswert ist, üblich, eine Verschlechterung der Signalempfindlichkeit einer Radarvorrichtung durch Durchführen einer Massenproduktion in einem Zustand, in dem der Oberflächenleiter zu Luft freigelegt ist, ohne Durchführen eines Beschichtungsprozesses am Oberflächenleiter zu minimieren.
Ein derartiger Millimeterwellensensor ist auf einer Innenoberflächenseite eines Stoßfängers oder dergleichen des Personenkraftwagens angeordnet. Zum Beispiel schlägt PTL 2 eine Radarvorrichtung vor, in der eine filmförmige Antenne, die eine flexible dünne Schicht und mehrere Antennenelemente enthält, unter Berücksichtigung einer Fahrzeuggestaltbarkeit an einem Stoßfänger angebracht ist und ein Antennenelement, das verwendet werden soll, gemäß einem Fahrzustand eines Fahrzeugs gewählt wird.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 2015-156632 A
PTL 2: JP 2017-146100 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In dem oben beschriebenen allgemeinen Funkwellensensor 300 ist, wie in 2 veranschaulicht ist, eine Luftschicht 340 zwischen der Abdeckung 304 und der Platine 303 angeordnet. Somit tritt eine Grenzflächenreflexion aufgrund einer Differenz zwischen einer Dielektrizitätskonstante des Harzes, das die Abdeckung bildet, und einer Dielektrizitätskonstante der Luft in der Abdeckung (siehe Pfeil mit gestrichelter Linie 350 in 2) auf. Die Grenzflächenreflexion dämpft die Funkwelle, die von der Antenne abgestrahlt wird, um die Aufnahmeempfindlichkeit von einem Hindernis abzusenken. Die Funkwelle, die durch die Abdeckung reflektiert wird, wird als Mehrwegausbreitung wieder in die Antenne eingegeben, derart, dass sie das Hindernis während einer Detektion durch den Sensor ist.
In PTL 1 wird das Harz als das Dichtungsmaterial zwischen die Antenne und die Abdeckung gefüllt, jedoch ist, da dieses Harz Urethanschaum ist, die Dielektrizitätskonstante niedrig und in der Nähe der Dielektrizitätskonstante der Luft. Entsprechend wird die Funkwelle, die den großen Azimutwinkel besitzt, zwischen dem Harz und der Abdeckung reflektiert und wird somit auch eine Mehrwegausbreitung verursacht.
In PTL 2 variiert dann, wenn die Antenne nicht ausgelegt ist, einer Dielektrizitätskonstante eines Stoßfängers, die für jeden Fahrzeugtyp verschieden ist, zu entsprechen, eine Resonanzfrequenz der Antenne.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Millimeterfunkwellensensor zu schaffen, in dem eine Schwankung einer Resonanzfrequenz einer Antenne niedergehalten wird, während eine Mehrwegausbreitung in einem großen Azimutwinkel verringert wird.
Lösung des Problems
Um die oben genannten Probleme zu lösen, enthält die vorliegende Erfindung ein Antennenelement, das eine Funkwelle in einem Millimeterwellenband abstrahlt, eine Platine, die eine Frontoberfläche besitzt, an der das Antennenelement gebildet ist, eine Abdeckung, die eine Frontseite der Platine abdeckt, und ein Harz, das eine Oberfläche, die mit dem Antennenelement in Kontakt ist, und die weitere Oberfläche, die mit der Abdeckung in Kontakt ist, besitzt. Eine Dicke des Harzes beträgt das 4-Fache oder mehr einer Dicke der Platine und 1/4 oder mehr einer Wellenlänge der Funkwelle, die das Harz durchläuft.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Millimeterfunkwellensensor zu schaffen, in dem eine Schwankung einer Resonanzfrequenz einer Antenne niedergehalten wird, während eine Mehrwegausbreitung in einem großen Azimutwinkel verringert wird.
Figurenliste

[1] 1 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Millimeterfunkwellensensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[2] 2 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines allgemeinen Millimeterfunkwellensensors des verwandten Gebiets veranschaulicht.
[3] 3 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Millimeterfunkwellensensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[4] 4 ist eine Draufsicht einer HF-Leiterplatte gemäß der zweiten Ausführungsform gesehen von einer Frontseite.
[5] 5 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt von einer HF-Leiterplatte zu einer Abdeckung veranschaulicht.
[6] 6 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt von der HF-Leiterplatte zur Abdeckung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
[7] 7 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Millimeterfunkwellensensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[8] 8 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Millimeterfunkwellensensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[9] 9 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Millimeterfunkwellensensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[10] 10 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Millimeterfunkwellensensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden Elemente, die dieselbe Funktion besitzen, durch dasselbe Bezugszeichen bezeichnet und ihre redundante Beschreibung wird ausgelassen.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Millimeterfunkwellensensor des Harzkontakttyps gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält ein Funkwellensensor 100 der vorliegenden Ausführungsform ein Antennenelement 101, das eine Funkwelle in einem Millimeterwellenband abstrahlt, eine HF-Schaltung 102, die ein Funkwellensignal erzeugt, eine HF-Leiterplatte 103 und eine Abdeckung 104 wie z. B. eine Radarkuppel, die eine Antenne schützt. Die HF-Leiterplatte 103 ist unter Verwendung eines Materials 105 mit niedrigem dielektrischen Verlust und niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet und das Antennenelement 101 ist an einer Oberfläche (einer Frontoberfläche) der HF-Leiterplatte 103 gebildet und eine HF-Schaltung ist an der weiteren Oberfläche (der Rückoberfläche) der HF-Leiterplatte 103 vorgesehen. Die Abdeckung 104 ist aus Harz, das eine Funkwelle einfach weiterleitet, hergestellt.
Eine Platine des Funkwellensensors 100 enthält zusätzlich zur HF-Leiterplatte 103 eine Signalverarbeitungsleiterplatte 107. Die Signalverarbeitungsleiterplatte 107 ist unter Verwendung eines Glasepoxidharzmaterials gebildet und Signalverarbeitungsschaltungen (die eine Stromversorgungsschaltung enthalten) wie z. B. ein Metallleitermuster 108, eine Mikrowellenbandantenne 109, eine integrierte Mikrocomputerschaltung 110, die die HF-Schaltung 102 steuert, und dergleichen sind an der Signalverarbeitungsleiterplatte 107 gebildet. In der Mikrowellenbandantenne 109 können eine Antenne eines F-Typs, eines umgekehrten F-Typs oder beider Typen durch ein Metallleitermuster montiert sein.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Betriebs des Funkwellensensors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn der Strom eingeschaltet wird, liest die integrierte Mikrocomputerschaltung 110 ein Programm, das einen Betrieb einer RFIC definiert und in einem Speicherbereich einer integrierten Speicherschaltung, die in einem Mikrocomputer oder an einer Platine vorgesehen ist, gespeichert ist, und definiert einen HF-Betrieb der HF-Schaltung 102 mittels der HF-Leiterplatte 103. Es existieren verschiedene Betriebseinstellungen der RFIC wie z. B. ein Sendeausgangsanschluss und ein Empfangseingangsanschluss, die verwendet werden sollen, ein Sendeleistungswert, ein veränderlicher Verstärkergewinnwert zum Einstellen einer Empfangsempfindlichkeit, ein Band einer Sendefrequenz der HF-Schaltung, ein Frequenzmodulationsmodus wie z. B. FMCW, FCW oder 2CW, eine Modulationsgeschwindigkeit, die Anzahl von Chirps in der FCW, eine Abtastfrequenz eines empfangenen Doppler-Signals und ein Abtastzeitablauf.
Die HF-Schaltung 102, in der der HF-Betrieb definiert ist, erzeugt ein Millimeterwellensignal durch eine interne Millimeterwellenfrequenz-Erzeugungsschaltung und das Millimeterwellensignal wird mittels eines Multiplizierers, eines Leistungsverstärkers und eines Leistungsteilers in der HF-Schaltung 102 zu einem, mehreren oder allen Sendeausgangsanschlüssen ausgegeben. Das erzeugte Millimeterwellensignal breitet sich mittels einer Hochfrequenzleitung (z. B. eine Mikrostreifenleitung, eine komplanare Leitung, eine geerdete komplanare Leitung oder dergleichen), die an der HF-Leiterplatte 103 vorgesehen ist, zum Antennenelement 101 aus und wird als eine Funkwelle vom Antennenelement 101 abgestrahlt.
Hier wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Harz 121 mit einer Leiteroberfläche des Antennenelements 101 in Kontakt gebracht und wird das Harz 121 auch mit einer Rückoberfläche der Abdeckung 104, die eine Frontseite der HF-Leiterplatte 103 abdeckt, in Kontakt gebracht. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Oberfläche des Harzes 121 in Kontakt mit dem Antennenelement 101 und ist die weitere Oberfläche des Harzes 121 in Kontakt mit der Abdeckung 104, indem ein Bereich zwischen dem Antennenelement 101 und der Abdeckung 104 mit dem Harz 121 gefüllt wird. Somit ist keine Luftschicht in einem Ausbreitungspfad der Funkwelle vom Antennenelement 101 zur Abdeckung 104 vorhanden und kann eine Grenzflächenreflexion, die durch eine Differenz einer Dielektrizitätskonstante zwischen Luft in der Abdeckung 104 und der Abdeckung 104 verursacht wird, verhindert werden. Als Ergebnis wird eine Mehrwegausbreitung auf einer Innenseite (einer Rückseite) der Abdeckung 104 niedergehalten und wird das Interferenzrauschen, das durch das Antennenelement 101 empfangen wird, verringert. Da auch die Antennenverstärkungsschwankung aufgrund einer Entfernung zwischen der Abdeckung 104 und dem Antennenelement 101 verringert wird, wird eine strenge Positionsanpassung des Antennenelements 101 in Bezug auf die Abdeckung 104 unnötig.
In der vorliegenden Ausführungsform tritt, da eine Außenseite (eine Frontseite) der Abdeckung 104 in Kontakt mit Luft kommt, ein bestimmter Grad einer Grenzflächenreflexion auf, wenn die Funkwelle durch die Abdeckung 104 weitergeleitet wird und sich nach außen bewegt. Allerdings wird wie in der vorliegenden Ausführungsform die Grenzflächenreflexion der Funkwellen lediglich durch Füllen eines Raums auf der Innenseite der Abdeckung 104 mit dem Harz 121, das eine Dielektrizitätskonstante besitzt, die 1, was die Dielektrizitätskonstante von Luft ist, überschreitet, wesentlich niedergehalten. Da ein schaumbasiertes Harz eine Dielektrizitätskonstante in der Nähe der Dielektrizitätskonstante von Luft besitzt, wird dann, wenn das schaumbasierte Harz als Beispiel des Harzes 121 verwendet wird, die Funkwelle einfach reflektiert und wird somit wünschenswerterweise ein Harz, das eine Dielektrizitätskonstante von 2 oder mehr besitzt, wie z. B. Polytetrafluorethylen verwendet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Dicke des Harzes 121 zu dem 4-Fachen oder mehr einer Dicke der HF-Leiterplatte 103 und λ/4 oder mehr eingestellt. Hier ist λ eine Wellenlänge der Funkwelle, die eine Innenseite des Harzes 121 durchläuft, d. h. eine Wellenlänge einer Millimeterwelle, die durch die Dielektrizitätskonstante des Harzes 121 verkürzt wird. Das Harz 121 wird auf diese Weise verdickt und somit kann ein Großteil elektrischer Kraftlinien, die durch das Antennenelement 101 erzeugt werden, in die HF-Leiterplatte 103 und das Harz 121 aufgenommen werden. Als Ergebnis werden die elektrischen Kraftlinien, die auf die Abdeckung 104 aufgebracht werden, ausreichend verringert und kann verhindert werden, dass eine Resonanzfrequenz des Antennenelements abhängig von der Magnitude der Dielektrizitätskonstante der Abdeckung 104 variiert. Das heißt, da eine parasitäre Kapazität, die durch die Abdeckung 104 verursacht wird, vom Antennenelement gesehen verringert wird, kann die Schwankung der Resonanzfrequenz des Antennenelements verringert werden, obwohl die Abdeckung 104, die aus einem Material hergestellt ist, das eine verschiedene Dielektrizitätskonstante besitzt, verwendet wird. Zum Beispiel ist es selbst dann, wenn ein Material der Abdeckung oder eines Stoßfängers abhängig von einem Fahrzeugtyp variiert, möglich, eine Änderung von Strahlungseigenschaften des Funkwellensensors 100 durch Vorsehen des Harzes 121, das die Dicke, die in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist, besitzt, niederzuhalten.
Wenn ein Material, in dem die Dielektrizitätskonstante des Harzes 121 ein Wert (wünschenswerterweise ein Zwischenwert) zwischen der Dielektrizitätskonstante der Abdeckung 104 und einer Dielektrizitätskonstante der HF-Leiterplatte 103 ist, angewendet wird, nimmt die Dielektrizitätskonstante von der HF-Leiterplatte 103 zur Abdeckung 104 mittels des Harzes 121 monoton zu oder monoton ab. Als Ergebnis kann ein Reflexionskoeffizient an einer Kontaktfläche aufgrund der Differenz der Dielektrizitätskonstante (ein Reflexionskoeffizient aufgrund einer Diskontinuität der charakteristischen Impedanz) weiter verringert werden. Wenn ein Material, in dem die Dielektrizitätskonstante des Harzes 121 größer als die Dielektrizitätskonstante der Abdeckung 104 und die Dielektrizitätskonstante der HF-Leiterplatte 103 ist, angewendet wird, nimmt der Reflexionskoeffizient etwas zu, jedoch ist es auch möglich, den Sensor unter Ausnutzung der Härte des Harzes derart einzustellen, dass er robust ist.
Ein Musterentwurf, der Luft als ein Medium annimmt, das mit der Leiteroberfläche der HF-Leiterplatte 103 in Kontakt gelangt, wird normalerweise an den Antennenelementen 101 und der Hochfrequenzleitung, die an der HF-Leiterplatte 103 vorgesehen sind, durchgeführt. Allerdings sind in der vorliegenden Ausführungsform, da die Leiteroberfläche des Antennenelements 101 mit dem Harz 121 in Kontakt gebracht wird, eine charakteristische Impedanz und eine Antennenresonanzfrequenz einer Hochfrequenzschaltung durch einen Musterentwurf unter Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstante des Harzes 121 zu gewünschten Werten eingestellt. Zum Beispiel wird ein Musterentwurf derart durchgeführt, dass eine charakteristische Impedanz der Leitung zu 50 Ω eingestellt ist, und wird eine Linienbreite derart angepasst, dass der Reflexionskoeffizient kleiner wird. Auf diese Weise kann, wenn eine Strahlungsverstärkung bei einer gewünschten Frequenz erhöht werden kann, eine Antennengröße durch eine Wellenlängenverringerungswirkung verringert werden.
Da in der vorliegenden Ausführungsform ein Verdrahtungsausb,reitungsverlust an der HF-Leiterplatte 103 durch Abdecken der Leiteroberfläche der Leitung mit dem Harz um einige zehn % verschlechtert wird, kann jedoch der Verschlechterungsgrad einer Empfangssignalempfindlichkeit im Vergleich zu einem Einfluss von 10 dB aufgrund einer Mehrwegausbreitung bemerkenswert niedergehalten werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann, da die HF-Schaltung 102 an einer Oberfläche gegenüber dem Antennenelement 101 in Bezug auf die HF-Leiterplatte 103 montiert ist, eine Dicke des Harzes 121 dünner angebracht werden als eine Höhe der HF-Schaltung 102. In der vorliegenden Ausführungsform ist es, da die Signalverarbeitungsleiterplatte 107 mit einem dazwischen angeordneten Raum auf der Rückseite der HF-Leiterplatte 103 positioniert ist, möglich, zu verhindern, dass das HF-Signal in die Signalverarbeitungsschaltung gemischt wird und Rauschen wird.
Die Abdeckung 104 der vorliegenden Ausführungsform kann unter Verwendung eines fahrzeuginternen Stoßfängers gebildet werden. In diesem Fall breitet sich die Funkwelle vom Antennenelement 101 zum Stoßfänger nicht über die Luftschicht, sondern über eine Isolatorschicht (eine Harzschicht), die eine vorgegebene Dicke mit einer kleinen Differenz einer Dielektrizitätskonstante besitzt, aus. Somit wird selbst dann, wenn der Millimeterfunkwellensensor tatsächlich am Fahrzeug montiert ist, eine Funkwellenabstrahleffizienz in einem großen Azimutwinkel verbessert.
Zweite Ausführungsform
3 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Millimeterfunkwellensensor des Harzkontakttyps gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 3 veranschaulicht ist, enthält ein Funkwellensensor 100 der vorliegenden Ausführungsform ein Harz 121 und ein Harz 122, die voneinander getrennt angeordnet sind.
4 ist eine Draufsicht einer HF-Leiterplatte 103 von einer Frontseite gesehen. Ein Antennenelement 101 enthält Sendeantennenelemente 201, die erste Antennenelemente sind, und Empfangsantennenelemente 202, die zweite Antennenelemente sind. Jedes Antennenelements ist eine ebene Antenne und jedes Antennenelement besitzt eine Öffnungslänge von etwa λ/2 , um einen Strahlungsbereich eines großen Winkels zu erhalten. Ein Layout, das in 4 veranschaulicht ist, ist ein Beispiel einer gleichabständigen Mehrfacheingangs-/Mehrfachausgangs-Konfiguration (MIMO-Konfiguration). Die Empfangsantennen sind in einem Intervall L von etwa λ/2 angeordnet und die Sendeantennen sind in einem Intervall (L × Anzahl von Empfangsantennen) von etwa λ/2 × Anzahl von Empfangsantennen angeordnet.
Wenn ein Brechungsindex des Harzes 121 n ist und ein Detektionswinkelbereich θ (±90°) ist, wird das Intervall L zwischen den Empfangsantennen durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. Gemäß Gleichung (1) ist z. B. dann, wenn der Brechungsindex 1 und der Detektionswinkelbereich 90° ist, das Intervall zwischen den Empfangsantennen λ/2.
[Math. 1] $L = \frac{λ}{2 n \cdot sin (\frac{θ}{n})}$
Wie in 4 veranschaulicht ist, ist zusätzlich zu einem Resonanzmusterelement, das durch die Sendeantennenelemente 201 und die Empfangsantennenelemente 202 gebildet ist, ein Leitermusterelement, das Hochfrequenzleitungen 211 zum Verbreiten einer Millimeterwelle realisieren soll, an einer oberen Oberfläche der HF-Leiterplatte 103 vorgesehen. Das Harz 121 der vorliegenden Ausführungsform besitzt einen Abschnitt, in dem eine Oberfläche mit den Sendeantennenelementen 201 in Kontakt ist, und einen Abschnitt, in dem eine Oberfläche mit den Empfangsantennenelementen 202 in Kontakt ist, und diese Abschnitte sind voneinander getrennt. Andererseits wird dann, wenn das Harz 121 mit den Hochfrequenzleitungen 211 in Kontakt gebracht wird, da ein Leitungsverlust zunimmt, ein Verlust von der HF-Schaltung 102 zur Antenne niedergehalten, indem das Harz nicht mit Frontoberflächen der Hochfrequenzleitungen 211 in Kontakt gebracht wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zum Harz 121 an den Resonanzmusterelementen, das oben beschrieben ist, das Harz 122 auch in einem GND-Musterbereich der HF-Leiterplatte 103 oder zwischen den benachbarten Hochfrequenzleitungen 211 angeordnet. Das Harz 121 und das Harz 122 können aus demselben Material oder verschiedene Materialien hergestellt sein.
Zum Beispiel ist das Harz 122 zwischen der Hochfrequenzleitung 211, die die HF-Schaltung 102 und das Sendeantennenelement 201 verbindet, und der Hochfrequenzleitung 211, die die HF-Schaltung 102 und das Empfangsantennenelement 202 verbindet, vorgesehen. Eine Oberfläche des Harzes 122 ist in Kontakt mit der HF-Leiterplatte 103 und die weitere Oberfläche ist auch in Kontakt mit der Abdeckung 104. Wie oben beschrieben ist, ist das Harz 122 zwischen den benachbarten Hochfrequenzleitungen 211 angeordnet und tritt somit die Reflexion aufgrund der Differenz der Dielektrizitätskonstante zwischen Luft und dem Harz auf. Entsprechend kann ein Übersprechen zwischen den Hochfrequenzleitungen 211 niedergehalten werden. Wenn ein Material, das Eigenschaften des Absörbierens der Funkwelle im Millimeterwellenband besitzt, in das Harz 122 gemischt wird, ist es möglich, die Funkwelle, die über das Harz 122 weitergeleitet wird, weiter niederzuhalten, und es kann auch eine Wirkung des Niederhaltens einer Resonanz an einer Antennenoberfläche des Funkwellensensors 100 erwartet werden.
Das Harz 122, das derart vorgesehen ist, dass es eine Kante der HF-Leiterplatte 103 umgibt, besitzt auch eine Wirkung des Niederhaltens eines Verlusts der Funkwelle. Das Harz 122 ist bei einem weiteren geeigneten Ort an der Frontoberfläche der HF-Leiterplatte 103 vorgesehen und somit kann der Funkwellensensor 100 in einer ausgeglichenen Weise getragen werden, selbst wenn eine Kontaktfläche des Harzes 121 von einem Schwerpunkt der HF-Leiterplatte 103 getrennt ist.
5 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt von der HF-Leiterplatte 103 zur Abdeckung 104 veranschaulicht. Ein dicker Pfeil zeigt eine Szene an, in der die Funkwelle, die von einem Resonanzmusterelement 203 des Antennenelements 101 abgestrahlt wird, das Harz 121 durchläuft, die Innenseite der Abdeckung 104 durchläuft und eine Grenzfläche mit Luft 141 erreicht. Eine GND-Elektrode 204 des Antennenelements 101 dient zum Abschirmen der Funkwelle, die vom Antennenelement 101 abgestrahlt wird, gegen ein Austreten zu der HF-Schaltung 102 und der Signalverarbeitungsleiterplatte 107.
Zur Vereinfachung einer Berechnung wird angenommen, dass die Dielektrizitätskonstanten der Abdeckung 104 und des Harzes 121 „4“ sind. Da ein Brechungsindex mit Luft „2“ die Quadratwurzel von „4“ ist, ist ein kritischer Winkel θ2 an einer Grenzfläche zwischen der Abdeckung 104 und der Luft 141 ±90°/2 = ±45°. Die Funkwelle, die vom Resonanzmusterelement 203 der Antenne, die eine Öffnungslänge der Größe λ/2 besitzt, abgestrahlt wird, ist eine Wellenfront, die sich an einer kugelförmigen Oberfläche, die eine Halbwertsbreite von etwa ±70° besitzt, ausbreitet. Eine Funkwelle, die einen Einfallswinkel, der ±45° in Bezug auf die Grenzfläche überschreitet, besitzt, wird spiegelnd reflektiert und breitet sich aus, während sie in der Abdeckung 104 und dem Harz 121 mehrfach reflektiert wird. Entsprechend erreicht die Funkwelle, die einen Einfallswinkel besitzt, der ±45° überschreitet, und vom Sendeantennenelement 201 abgestrahlt wird, das Empfangsantennenelement unter Verwendung des Harzes 121 als ein Wellenleiter und die Isolation zwischen den Antennenelementen wird verschlechtert.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 veranschaulicht ist, die Isolation durch Bereitstellen des Harzes 121, das mit dem Sendeantennenelement 201 und dem Empfangsantennenelement 202 einzeln in Kontakt ist, und den Wellenleiter unterteilt, unter Verwendung des Harzes 121 niedergehalten. Eine Breite des Harzes 121, das mit dem Antennenelement 101 in Kontakt gebracht werden soll, wird derart beschränkt, dass der kritische Winkel θ2 in ±45° liegt, und somit es ist auch möglich, eine spiegelnde Reflexion niederzuhalten. Entsprechend ist es möglich, das Harz zu der Außenseite der Abdeckung 104 (zu Luft 141) wirksam abzustrahlen.
Dritte Ausführungsform
7 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Millimeterfunkwellensensors des Harzkontakttyps gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 7 veranschaulicht ist, verwendet ein Funkwellensensor 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Hybridplatine 131, in der ein Material 105 mit niedrigem dielektrischen Verlust und niedriger Dielektrizitätskonstante und ein Glasepoxidharzmaterial 106 gestapelt sind. In der Hybridplatine 131 sind eine HF-Leiterplatte 103 und eine Signalverarbeitungsleiterplatte '107 unter Verwendung eines Prepreg oder dergleichen gestapelt. Die Platinen sind auf diese Weise gestapelt und somit kann eine Verdrahtung von einer Signalverarbeitungsschaltung zu einer HF-Schaltung verkürzt werden. Entsprechend wird eine Montage erleichtert.
Eine HF-Schaltung 102 der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich einem Antennenelement 101 an einer Frontoberfläche der Hybridplatine 131 gebildet. Somit ist ein Harz 121 um die HF-Schaltung 102 vorgesehen und somit ist es möglich, zu verhindern, dass eine Funkwelle vom Antennenelement 101 in die HF-Schaltung 102 gemischt wird. Da das Harz 121 derart vorgesehen ist, dass es die HF-Schaltung 102 vermeidet, kann auch eine Beschädigung der HF-Schaltung 102 aufgrund einer Thermoausdehnung des Harzes 121 verhindert werden.
Das Harz 121 der vorliegenden Ausführungsform besitzt auch eine Dicke, die das 4-Fache oder mehr einer Dicke der HF-Leiterplatte 103 und λ/4 oder mehr beträgt, ist jedoch dünner als die HF-Schaltung 102. Somit ist eine Aussparung in einem Abschnitt an einer Rückoberfläche der Abdeckung 104, die der HF-Schaltung 102 zugewandt ist, vorgesehen.
Vierte Ausführungsform
8 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Millimeterfunkwellensensor des Harzkontakttyps gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 8 veranschaulicht ist, besitzt in einem Funkwellensensor 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Abdeckung 104 eine gekrümmte Oberflächenform und besitzt auch eine HF-Leiterplatte 103 eine gekrümmte Oberflächenform, die der Abdeckung 104 entspricht. Die HF-Leiterplatte 103 der vorliegenden Ausführungsform ist eine flexible Platine, die leicht gekrümmt ist und mit einem Harz 121 in Übereinstimmung mit den gekrümmten Oberflächenformen der Abdeckung 104 und der HF-Leiterplatte 103 gefüllt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Funkwellenabstrahleffizienz in einem großen Azimutwinkel im Vergleich zum Funkwellensensor unter Verwendung der ebenen HF-Leiterplatte verbessert.
Wenn die flexible Platine als die HF-Leiterplatte 103 verwendet wird, wird eine Verbindung mit einer Signalverarbeitungsleiterplatte durch Bilden eines Platinenendes als Anschluss ermöglicht und kann eine interne Konfiguration des Funkwellensensors einfach korrigiert werden. Wenn entweder die HF-Schaltung oder die Signalverarbeitungsschaltung ersetzt wird, kann entweder die HF-Schaltung oder die Signalverarbeitungsschaltung einfach gelöst und angebracht werden.
Fünfte Ausführungsform
9 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Millimeterfunkwellensensor des Harzkontakttyps gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 9 veranschaulicht ist, enthält ein Funkwellensensor 100 der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse 111, das eine Rückseite einer Platine abdeckt, und ist die Platine durch eine Abdeckung 104 und das Gehäuse 111 versiegelt. Ein Rahmen 114 ist zwischen einer HF-Leiterplatte 103 und einer Signalverarbeitungsleiterplatte 107 eingesetzt.
Da ein Vorsprung 112 in der Abdeckung 104 vorgesehen ist und ein Loch in der HF-Leiterplatte 103 vorgesehen ist, ist es möglich, die Abdeckung 104 und die HF-Leiterplatte 103 unter Verwendung des Vorsprungs und des Lochs auszurichten. Ein Vorsprung 112 ist auch im Gehäuse 111 vorgesehen und somit können das Gehäuse 111 und die Signalverarbeitungsleiterplatte 107 ausgerichtet werden. In einem Zustand, in dem die HF-Leiterplatte 103, der Rahmen 114 und die Signalverarbeitungsleiterplatte 107 zwischen der Abdeckung 104 und dem Gehäuse 111 eingeklemmt sind, sind die Abdeckung 104 und das Gehäuse 111 unter Verwendung einer Schraube 113 befestigt und ist der Funkwellensensor 100 modularisiert.
Die HF-Leiterplatte 103 und die Signalverarbeitungsleiterplatte 107 sind durch die Abdeckung 104, das Gehäuse 111 und den Rahmen 114 von Umgebungsluft versiegelt und eine Luftdichtheit wird aufrechterhalten. Somit sind die HF-Leiterplatte und die Signalverarbeitungsleiterplatte vor Abgas oder dergleichen, das eine Platinenalterung verursacht, geschützt. Es kann auch verhindert werden, dass ein Harz 121 Wasser absorbiert, indem das Harz 121 in der Abdeckung 104 eingeschlossen wird.
Der Rahmen 114 dient als eine Abschirmplatte, die zwischen der HF-Leiterplatte 103 und der Signalverarbeitungsleiterplatte 107 elektrisch abschirmt. Insbesondere tritt wahrscheinlich ein Millimeterwellensignal einer HF-Schaltung 102 aus und verursacht wahrscheinlich ein Übersprechen eine Verschlechterung der Empfangsempfindlichkeit des Funkwellensensors 100. Somit es ist wichtig, die HF-Schaltung 102 mit einer GND-Oberfläche der HF-Leiterplatte 103 und des Rahmens 114 abzudecken, um den Funkwellensensor 100 zu montieren.
Wenn der Rahmen 114 unter Verwendung eines Metalls gebildet ist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt (z. B. Kupfer oder Aluminium), ist es auch möglich, dass er die Funktion eines Kühlkörpers besitzt, der Wärme, die durch die HF-Schaltung 102, eine integrierte Mikrocomputerschaltung 110 oder dergleichen, die eine große Leistungsaufnahme besitzen, erzeugt wird, nach außen verbreitet. Der Rahmen 114 trägt die HF-Leiterplatte 103, die Signalverarbeitungsleiterplatte 107, die Abdeckung 104 und das Gehäuse 111. Somit wird der Funkwellensensor 100 durch Bereitstellen eines Schraubenlochs 115 im Rahmen 114 an einer vorgegebenen Struktur angebracht.
Sechste Ausführungsform
10 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Stoßfängers veranschaulicht, an dem ein Millimeterfunkwellensensor des Harzkontakttyps gemäß einer sechsten Ausführungsform montiert ist. Wie in 10 veranschaulicht ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Funkwellensensor 100 an einem Stoßfänger 116 eines Fahrzeugs angebracht. Der Stoßfänger 116 der vorliegenden Ausführungsform ist mittels eines Harzes 121 in Kontakt mit einer Abdeckung 104. Das Harz 121 zwischen der Abdeckung 104 und dem Stoßfänger 116 enthält einen Bereich, durch den eine Funkwelle, die von einem Antennenelement 101 abgestrahlt wird, weitergeleitet wird, und einen ringförmigen Bereich, der um den Bereich angeordnet ist.
Hier wird das Harz 121 in dem Bereich, durch den die Funkwelle weitergeleitet wird, in Übereinstimmung mit einer Öffnungsgröße des Antennenelements 101 derart verarbeitet, dass ein Einfallswinkel der Funkwelle, die vom Stoßfänger 116 abgestrahlt wird, kleiner als ±45° ist (z. B. wenn die Dielektrizitätskonstanten des Stoßfängers 116, der Abdeckung 104 und des Harzes 1212 sind). Entsprechend breitet sich die Funkwelle vom Antennenelement 101 zum Stoßfänger 116 aus, ohne eine Luftschicht zu durchlaufen, und wird zur Außenluft abgestrahlt. Das Harz 121 in dem Bereich, durch den die Funkwelle weitergeleitet wird, ist für jedes Antennenelement 101 angeordnet und eine Isolation zwischen den Antennenelementen 101 wird durch Trennen der Harze voneinander niedergehalten.
Andererseits besitzt das Harz 121, das im ringförmigen Bereich angeordnet ist, die Funktion des Niederhaltens einer Alterung des Harzes 121 in dem Bereich, durch den die Funkwelle weitergeleitet wird, aufgrund eines Abgases oder einer Wasserabsorption. Zusätzlich wird ein Kopf einer Schraube 113 unter Verwendung des Harzes 121 im ringförmigen Bereich abgedeckt und somit ist es möglich, zu verhindern, dass Abgas, Wasser und dergleichen durch ein Schraubenloch, das in der Abdeckung 104 vorgesehen ist, in einen Innenraum des Funkwellensensors 100 eintreten.
Die oben erwähnten ersten bis sechsten Ausführungsformen werden genau beschrieben, um ein einfaches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, und sind nicht darauf beschränkt, notwendigerweise alle beschriebenen Komponenten zu enthalten. Ein Teil der Komponenten einer bestimmten Ausführungsform kann in die Komponenten einer weiteren Ausführungsform eingesetzt werden und die Komponenten einer weiteren Ausführungsform können den Komponenten einer bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. Zusätzlich können die Komponenten einer weiteren Ausführungsform zu einigen Komponenten der oben erwähnten Ausführungsformen hinzugefügt, von ihnen entfernt und in ihnen ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

100: Funkwellensensor
101: Antennenelement
102: HF-Schaltung
103: HF-Leiterplatte
104: Abdeckung
105: Material mit niedrigem dielektrischen Verlust und niedriger Dielektrizitätskonstante
106: Glasepoxidharzmaterial
107: Signalverarbeitungsleiterplatte
108: Metallleitermuster
109: Mikrowellenbandantenne
110: Integrierte Mikrocomputerschaltung
111: Gehäuse
112: Vorsprung
113: Schraube
114: Rahmen
115: Schraubenloch
116: Stoßfänger
121, 122: Harz
131: Hybridplatine
141: Luft
201: Sendeantennenelement
202: Empfangsantennenelement
203: Resonanzmusterelement
204: GND-Elektrode
211: Hochfrequenzleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015156632 A [0006]
JP 2017146100 A [0006]

Claims

Millimeterfunkwellensensor, der Folgendes umfasst: ein Antennenelement, das eine Funkwelle in einem Millimeterwellenband abstrahlt; eine Platine, die eine Frontoberfläche besitzt, an der das Antennenelement gebildet ist; eine Abdeckung, die eine Frontseite der Platine abdeckt; und ein Harz, das eine Oberfläche, die mit dem Antennenelement in Kontakt ist, und die weitere Oberfläche, die mit der Abdeckung in Kontakt ist, besitzt, wobei eine Dicke des Harzes das 4-Fache oder mehr einer Dicke der Platine und 1/4 oder mehr einer Wellenlänge der Funkwelle, die das Harz durchläuft, beträgt.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 1, wobei das Antennenelement ein erstes Antennenelement und ein zweites Antennenelement enthält, das Harz einen Abschnitt, in dem die eine Oberfläche in Kontakt mit dem ersten Antennenelement ist, und einen Abschnitt, in dem die weitere Oberfläche in Kontakt mit dem zweiten Antennenelement ist, besitzt und die Abschnitte voneinander getrennt sind.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 1, wobei eine HF-Schaltung, die ein Funkwellensignal erzeugt, an der Platine gebildet ist, das Antennenelement ein erstes Antennenelement und ein zweites Antennenelement enthält und ein Harz, das eine Oberfläche in Kontakt mit der Platine und die weitere Oberfläche in Kontakt mit der Abdeckung besitzt, zwischen einer Hochfrequenzleitung, die die HF-Schaltung und das erste Antennenelement verbindet, und einer Hochfrequenzleitung, die die HF-Schaltung und das zweite Antennenelement verbindet, positioniert ist.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 1, wobei eine HF-Schaltung, die ein Funkwellensignal erzeugt, an der Frontoberfläche der Platine gebildet ist und das Harz derart positioniert ist, dass die HF-Schaltung gemieden wird.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 4, wobei eine Aussparung in einem Abschnitt an einer Rückoberfläche der Abdeckung, die der HF-Schaltung zugewandt ist, gebildet ist.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 1, wobei die Platine eine HF-Leiterplatte, an der eine HF-Schaltung, die ein Funkwellensignal erzeugt, gebildet ist, und eine Signalverarbeitungsleiterplatte, an der eine Signalverarbeitungsschaltung, die die HF-Schaltung steuert, gebildet ist, enthält, das Antennenelement an einer Frontoberfläche der HF-Leiterplatte gebildet ist und die Signalverarbeitungsleiterplatte auf einer Rückseite der HF-Leiterplatte positioniert ist, wobei ein Raum dazwischen angeordnet ist.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 6, wobei eine Metallplatte zwischen der HF-Leiterplatte und der Signalverarbeitungsleiterplatte eingesetzt ist.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 6, wobei die Abdeckung eine gekrümmte Oberflächenform besitzt und die HF-Leiterplatte eine gekrümmte Oberflächenform besitzt, die der Abdeckung entspricht.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 1, wobei eine HF-Schaltung, die ein Funkwellensignal erzeugt, an einer Rückoberfläche der Platine gebildet ist und eine Dicke der HF-Schaltung größer als eine Dicke des Harzes ist.
Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: ein Gehäuse, das eine Rückseite der Platine abdeckt; wobei die Platine durch die Abdeckung und das Gehäuse versiegelt ist.
Fahrzeug, das den Millimeterfunkwellensensor nach Anspruch 10, der an einem Stoßfänger angebracht ist, umfasst.