EP1469552A2 - Schlitzgekoppelte Radarantenne mit Strahlungsflächen - Google Patents

Schlitzgekoppelte Radarantenne mit Strahlungsflächen Download PDF

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EP1469552A2
EP1469552A2 EP04003723A EP04003723A EP1469552A2 EP 1469552 A2 EP1469552 A2 EP 1469552A2 EP 04003723 A EP04003723 A EP 04003723A EP 04003723 A EP04003723 A EP 04003723A EP 1469552 A2 EP1469552 A2 EP 1469552A2
Authority
EP
European Patent Office
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housing
radiation
radiation surface
ground surface
radar antenna
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04003723A
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English (en)
French (fr)
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EP1469552A3 (de
Inventor
Uwe Papziner
Bernd Biehlman
Dirk Walz
Frank Künzler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP1469552A2 publication Critical patent/EP1469552A2/de
Publication of EP1469552A3 publication Critical patent/EP1469552A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the invention relates to a radar antenna for motor vehicle applications with at least one feed network on a first side of a high-frequency substrate, a metallic ground plane on a second side of the high-frequency substrate, which is opposite the feed network, and with at least one radiation surface, which has an assigned aperture in the metallic ground plane and above a dielectric arranged between the ground surface and the radiation surface is excited by the feed network to emit electromagnetic waves, and with a housing that accommodates the radar antenna.
  • the invention also relates to a method for producing a radar sensor which has the features mentioned.
  • radar sensors are generally used for surveillance in motor vehicles the vehicle environment used, applications such as Parking assistance, blind spot monitoring, accident anticipation (Pre-crash sensing), start / stop mode or driving mode with distance monitoring and / or regulation (cruise control support) come into question.
  • Such an antenna has radiation areas (patches), which have an assigned aperture in a metallic Ground plane and over a between ground plane and Radiation area arranged dielectric of one Antenna feed network for radiation electromagnetic waves are excited.
  • the aperture is usually designed as an elongated slot.
  • Planar basic antenna elements can be used periodic arrangement of the basic antenna elements Build group spotlights, their dimensioning and geometric arrangement the direction of radiation, that is Field distribution in front of the antenna, determined.
  • suitable phase-controlled excitation of phase-coupled resonators periodically arranged basic antenna elements can be a scanning of different spatial directions without change achieve the geometric alignment of the radar sensor (Principle of the phased array radar).
  • planar antenna structures conventional antennas are in manufacture inexpensive and compact lightweight construction leave and easily with microstrip circuits in wide frequency ranges (approx. 100 MHz to 100 GHz) can be integrated.
  • a broadband signal is desirable because the local resolution of reflecting objects, i.e. the smallest possible distance at which two separate objects as can be recognized separately, with increasing bandwidth improved.
  • the Radar sensors are usually operated in pulsed mode since the Signal bandwidth with a shorter pulse width increased.
  • the antenna areas are like this applied to a dielectric foam in front of or after applying the antenna surfaces to a solid Foam cures.
  • the application of the antenna surfaces is typically done by sticking a film that carries several radiation surfaces (patches).
  • the dimensions of the solid foam set the distance between the radiation surfaces from the apertures in the ground plane. A must the predetermined distance is observed as precisely as possible, because the distance affects the radiation. That's how it is Low radiation at comparatively small distances. while distances with a ratio of distance to radiated wavelength lambda between 0.1 and 0.2 the Favor radiation effect.
  • That for carrying the antenna area in a certain Material used should be as low as possible Have dielectric constant when a broadband Radiation is desired. Because foams are low Have dielectric constant, they are in the known radar sensor used as a carrier material.
  • the prefabricated sensor board with the antenna surfaces is in a protective plastic housing inserted.
  • Another disadvantage is that the form and properties of the Foam material due to the constant temperature changes over the course of a vehicle's lifespan of several years change, so aging. In extreme cases, aging can Detach the radiation surfaces from the foam. In addition, a production of radar sensors is under Use of a foam as a carrier for one Large-scale production rather unsuitable.
  • the object of the invention is the specification of a radar sensor does not have these disadvantages having.
  • the task continues to be a process to manufacture a radar sensor indicate that the above avoids disadvantages mentioned.
  • This task is the beginning of a radar sensor mentioned type solved in that the radiation area is firmly connected to the housing. This will be accordingly Task in a method of the type mentioned solved that the radiation surface firmly with the Housing is connected.
  • a Reinforcement structure is arranged, the thickness of the Distance of the ground surface from the radiation surface defined.
  • an air volume serving as a dielectric is defined by a recess in the reinforcing structure arranged between the radiation surface and the ground surface.
  • the at least one Radiation area on one of the ground surface Side of the housing is arranged.
  • the at least one Radiation area on one of the ground surfaces opposite, opposite side of the housing is arranged.
  • This configuration has the advantage that the housing itself at least part of the distance from the Radiation area fills from the ground surface. This can the radar sensor should be kept flatter overall.
  • the fixed Connection of the at least one radiation surface with the Housing is generated in that at least one prefabricated metallic radiation surface by a Hot stamping process is pressed onto the housing.
  • Such a hot stamping process is technically high Placement accuracy of the radiation surfaces and with low technical effort feasible. Furthermore there is a very high quality of the connection of the Housing with the radiation surfaces because of the connection long-term stable and very firm.
  • the hot stamping technology is a very inexpensive, reliable and reliable placement-accurate manufacturing method that is known that if the process parameters and the Plastic material even in demanding environmental environments as shows good results in the motor vehicle.
  • the fixed connection of the thereby at least one radiation surface with the housing is generated that at least one prefabricated metallic radiation surface is glued to the housing.
  • Adhesive processes are also technically easy to master, to carry out inexpensively and inexpensively.
  • Etching processes also result in very high accuracy the arrangement of the radiation surfaces in connection with a high quality of connection. This also applies to that Cut out the patches with a laser.
  • the number 10 in Figure 1 denotes the schematic General view of a radar sensor with a housing 12, the is completed by a lid 14.
  • the dashed Lines 15 indicate the alignment or arrangement of individual radiation surfaces within the housing 12.
  • the number 16 denotes a connection element via which the Radar sensor 10, for example, a supply voltage is supplied and / or via which the radar sensor 10 signals outputs to control units of a motor vehicle.
  • the one with the Number 17 indicated arrow indicates the direction of Longitudinal axis of the motor vehicle.
  • the orientation of the radar sensor 10 relative to the direction 17 of the longitudinal axis represents a typical installation position of the Radar sensor 10 in a motor vehicle application
  • invention is not based on such relative orientation of the radar sensor 10 to the direction 17 the longitudinal axis of the motor vehicle is limited.
  • FIG. 2 shows the radar sensor 10 of Figure 1 in Partial section, the inner shown in Figure 2 Structure of the radar sensor 10 is known per se.
  • the figure 2 denotes the number 18 a feed network, which with the Connection element 16 from Figure 1 is connected and on the first side 20 of a high-frequency substrate 22 is arranged.
  • a metallic ground surface 24 is on the second side 26 of the high-frequency substrate 22 is arranged.
  • the radar sensor 10 also has at least one Radiation area 28 (patch) over an aperture 30 in the metallic ground plane 24 and over between the ground surface 24 and the radiation surface 28 Dielectric 32 from the feed network 18 for radiation electromagnetic waves is excited.
  • the known Radar sensor is the radiation surface 28 on the Dielectric 32 is arranged and is therefore from the Dielectric 32 supported and carried.
  • Dielectric 32 is usually realized as a hardening foam. The Use of a hardening foam as dielectric 32 brings with it the disadvantages mentioned at the outset.
  • the radiation surface 28 is not a foam 32nd supported as a dielectric, but is rather firmly with connected to the housing 12.
  • a first embodiment of a Radar sensor 10 according to the invention is in partial section in the Figure 3 shown.
  • the radar sensor 10 according to FIG. 3 has also a feed network 18, which is based on a first Page 20 of the high-frequency substrate 22 is arranged and which is opposed by a metallic ground surface 24 which a second side of the high-frequency substrate 22 is arranged.
  • the radiation area 28 is also here an associated aperture 30 in the metallic ground plane 24 stimulated to emit electromagnetic waves.
  • the radar sensor 10 according to FIG. 3 does not Foam as a dielectric 32 which covers the radiation surface 28 would wear. Instead, the radiation area is at Design according to Figure 3 fixed to the inside of the Connected housing 12 and there opposite the aperture 30 in the metallic ground surface 24 is arranged.
  • the thickness 36 den Distance 38 of the ground surface 24 from the radiation surface 28 are defined.
  • a recess 40 in the reinforcement structure 34 defines an air volume 32 between the Radiation area 28 and the ground area 24.
  • the volume of air 32 in the embodiment according to FIG. 3 Dielectric between the ground surface 24 and the Radiation area 28.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a housing 14 for a radar sensor 10.
  • the subject of FIG. 4 is the radiation surface 28 on one of the ground surface 24 arranged away side 44 of the housing 14. With in other words: the radiation surface 28 is at 4 arranged on the outside of the housing 14.
  • the radiation surface 28 is in the configuration 3 on a side facing the ground surface 24 42 of the housing 12, that is to say inside the housing 12 arranged.
  • Figure 5 shows a perspective view of a part of the housing 12 of the configuration according to FIG. 4 with externally attached radiation surfaces 28.
  • FIG. 5 shows a matching perspective Representation of the reinforcement structure 34 with the recess 40 and FIG. 6 shows a suitable one Perspective representation of the ground surface 24 with slot-shaped apertures 30 on a high-frequency substrate 22nd
  • the number 46 represents a hot stamp that with an electrical insulation 48 embedded heater 50 is equipped.
  • Figure 8 serves thus to illustrate an embodiment of a Process for producing the radar sensor 10.
  • Der Hot stamping stamp 46 is made by an electrical in a insulating mass 48 embedded electric heater 48 heated.
  • the hot stamp 46 holds one Radiation area 28 in thermal contact, so that the Heat of the hot stamp 46 on the radiation surface 28 is transmitted.
  • the metal rectangles of the patches Radiation areas were preferred beforehand using the Hot stamping stamp punched out of a metal foil.
  • the hot stamp 46 in the Representation of Figure 8 down to the detail shown structure of the housing 12 pressed so that the heated radiation surface 28 hot into the housing structure 12 is embossed and an intimate connection with the material the housing structure 12 is received.
  • the metal foil from which the patches were punched out can be coated with a pad that is used at elevated Temperature becomes sticky so it gets through the stamp too an adhesive comes with the plastic housing.
  • the patches are heated up so much that they when stamping the plastic surface of the housing melt.
  • the radiation surface 28 can both in a the inner surface 42 of the housing facing the ground surface 24 12 as well as in an outer surface facing away from the ground surface 24 Page 44 of the housing structure 12 are embossed.
  • An alternative variant is in a wet chemical Process a metal layer is applied. The patches are lasered out of this metal layer or etched out.

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Abstract

Vorgestellt wird eine Radarantenne (10) für Kraftfahrzeuganwendungen mit wenigstens einem Speisenetzwerk (18) auf einer ersten Seite (20) eines Hochfrequenzsubstrates (22), einer metallischen Massefläche (24) auf einer zweiten Seite (26) des Hochfrequenzsubstrates (22), die dem Speisenetzwerk (18) gegenüberliegt, mit wenigstens einer Strahlungsfläche (28), die über eine zugeordnete Apertur (30) in der metallischen Massefläche (24) und über ein zwischen Massefläche (24) und Strahlungsfläche (28) angeordnetes Dielektrikum (32) von dem Speisenetzwerk (18) zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen angeregt wird, und mit einem Gehäuse (12). Die Radarantenne (10) zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsfläche (28) fest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist. Vorgestellt werden auch Verfahren zur Herstellung solcher Radarsensoren (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarantenne für Kraftfahrzeuganwendungen mit wenigstens einem Speisenetzwerk auf einer ersten Seite eines Hochfrequenzsubstrates, einer metallischen Massefläche auf einer zweiten Seite des Hochfrequenzsubstrates, die dem Speisenetzwerk gegenüberliegt, und mit wenigstens einer Strahlungsfläche, die über eine zugeordnete Apertur in der metallischen Massefläche und über ein zwischen Massefläche und Strahlungsfläche angeordnetes Dielektrikum von dem Speisenetzwerk zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen angeregt wird, und mit einem Gehäuse, dass die Radarantenne aufnimmt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors, der die genannten Merkmale aufweist.
Ein solcher Radarsensor und ein solches Herstellungsverfahren sind per se bekannt. Radarsensoren werden bei Kraftfahrzeugen im Allgemeinen zur Überwachung der Fahrzeugumgebung eingesetzt, wobei Anwendungen wie Einparkhilfe, Totwinkelüberwachung, Unfall-Antizipierung (Pre-Crash Sensing), Start/Stopp-Betrieb oder Fahrbetrieb mit Abstandsüberwachung und/oder -regelung (Cruise Control-Unterstützung) in Frage kommen.
Dabei werden für die üblicherweise in diesem technischen Umfeld verwendeten breitbandigen Pulsradarsensoren vorzugsweise schlitzgekoppelte Patchantennen verwendet. Eine solche Antenne weist Strahlungsflächen (Patches) auf, die über eine zugeordnete Apertur in einer metallischen Massefläche und über ein zwischen Massefläche und Strahlungsfläche angeordnetes Dielektrikum von einem Speisenetzwerk der Antenne zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen angeregt werden. Die Apertur ist in der Regel als länglicher Schlitz ausgeführt.
Soweit wie bis hier beschrieben, wirkt das Strahlungselement als Resonator, der von dem Speisenetzwerk durch kapazitive Kopplung über das Dielektrikum angeregt wird.
Aus planaren Antennen-Grundelementen lassen sich durch periodische Anordnung der Antennen-Grundelemente Gruppenstrahler aufbauen, deren Dimensionierung und geometrische Anordnung die Abstrahlrichtung, also die Feldverteilung vor der Antenne, bestimmt. Durch geeignete phasengesteuerte Anregung phasengekoppelter Resonatoren der periodisch angeordneten Antennen-Grundelemente lässt sich eine Abtastung verschiedener Raumrichtungen ohne Änderung der geometrischen Ausrichtung des Radarsensors erzielen (Prinzip des Phased Array Radars).
Ein Vorteil der planaren Antennenstrukturen gegenüber konventionellen Antennen liegt darin, dass sie sich in kostengünstiger und kompakter Leichtbauweise fertigen lassen und leicht mit Mikrostreifenleitungsschaltungen in weiten Frequenzbereichen (etwa 100 MHz bis 100 GHz) integriert werden können. Diesen Vorteilen steht als Nachteil eine vergleichsweise geringe Bandbreite gegenüber, da die Zeitdauer delta_t eines Signal und der von ihm beanspruchte Frequenzbedarf, d.h. die Bandbreite, umgekehrt proportional zueinander sind.
Ein breitbandiges Signal ist wünschenswert, da sich die örtliche Auflösung reflektierender Objekte, also der kleinstmögliche Abstand, bei dem zwei getrennte Objekte als getrennt erkannt werden, mit zunehmender Bandbreite verbessert. Zur Bandbreitenerhöhung werden die Radarsensoren in der Regel gepulst betrieben, da sich die Signalbandbreite mit kürzer werdender Pulsbreite vergrößert.
Die geringe Dicke des Metalls der Strahlungsflächen sowie die Tatsache, dass bei den elektrisch leitfähigen Flächen der Patches nicht unbedingt eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit benötigt wird, lässt viele verschiedene Herstellungsmethoden zu.
Bei dem bekannten Radarsensor werden die Antennenflächen so auf einen dielektrischen Schaum aufgebracht, der vor oder nach dem Aufbringen der Antennenflächen zu einem festen Schaum aushärtet. Das Aufbringen der Antennenflächen erfolgt typischerweise durch Aufkleben einer Folie, die mehrere Strahlungsflächen (Patches) trägt. Die Abmessungen des festen Schaums legen den Abstand der Strahlungsflächen von den Aperturen in der Massefläche fest. Dabei muss ein vorbestimmter Abstand möglichst genau eingehalten werden, da der Abstand die Abstrahlung beeinflusst. So ist die Abstrahlung bei vergleichsweise kleinen Abständen gering. während Abstände mit einem Verhältnis von Abstand zu abgestrahlter Wellenlänge Lambda zwischen 0,1 und 0,2 die Strahlungswirkung begünstigen.
Das zum Tragen der Antennenfläche in einem bestimmten Abstand verwendete Material sollte ein möglichst niedrige Dielektrizitätskonstante besitzen, wenn eine breitbandige Abstrahlung gewünscht wird. Da Schäume eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen, werden sie bei dem bekannten Radarsensor als Trägermaterial verwendet. Die vorgefertigte Sensorplatine mit den Antennenflächen wird in ein schützendes Kunststoffgehäuse eingefügt.
Dieser per se bekannte Aufbau eines Radarsensors mit dem Schaum als Träger der Antennenpatches ist jedoch für den Einsatz im Automobilbereich denkbar ungeeignet, da das Schaummaterial nur eine geringe Dauerhaltbarkeit gegenüber Umwelteinflüssen besitzt, wenn eine hohe Formstabilität gefordert ist.
Weiter ist nachteilig, dass sich Form and Eigenschaften des Schaummaterials durch die andauernden Temperaturänderungen im Lauf einer Fahrzeuglebensdauer von mehreren Jahren verändern, also altern. Im Extremfall kann die Alterung zum Ablösen der Strahlungsflächen von dem Schaum führen. Außerdem ist eine Herstellung von Radarsensoren unter Verwendung eines Schaumes als Träger für eine Großserienfertigung eher schlecht geeignet.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Radarsensors der diese Nachteile nicht aufweist. Die Aufgabe besteht weiter darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors anzugeben, dass die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird bei einem Radarsensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Strahlungsfläche fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Entsprechend wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Strahlungsfläche fest mit dem Gehäuse verbunden wird.
Durch diese Merkmale wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst. Durch das direkte, feste Aufbringen der Strahlungsflächen auf dem Gehäuse des Radarsensors kann auf den Einsatz des Schaums als koppelndes Medium and Träger für die Strahlungsflächen vollständig verzichtet werden. Ferner erlaubt das direkte, feste Anbringen der Strahlungsflächen an dem Sensorgehäuse eine Realisierung der aperturgekoppelten Antenne mit einem Luftraum als ideales Koppelmedium zur Bandbreitenerhöhung. Luft trägt wegen ihrer kleinen Dielektrizitätskonstante, die nahezu gleich Eins ist, zu einer möglichst großen Bandbreite bei.
Darüber hinaus hat diese Lösung, neben Preisvorteilen in der Herstellung, die Vorteile, dass sich der Herstellungsprozess des Radarsensors erheblich vereinfacht, da kein Schaum mehr verarbeitet werden muss und die Antennenflächen nicht mehr auf ein Schaummaterial aufgebracht werden müssen. Daher können aus der Verwendung von Schäumen als Trägermaterial resultierende Probleme, die unter Umständen erst im jahrelangen Betrieb eines Fahrzeugs auftreten, vollständig vermieden werden. Die Erfindung macht eine preiswerte, zuverlässige und bewährte Herstellungstechnologie, die darüber hinaus den Umwelteinflüssen bei Kraftfahrzeuganwendungen zuverlässig und dauerhaft widersteht, zur Aufbringung der metallischen Strahlungsflächen auf einem Plastikgehäuse nutzbar.
In der Summe wird damit ein einfaches Prinzip zur preiswerten and großserientauglichen Herstellung einer Radar-Sensor-Antenne für Kraftfahrzeuganwendungen bereitgestellt.
Es ist bevorzugt, dass zwischen der Massefläche und dem Gehäuse oder der Ebene der Strahlungsfläche eine Verstärkungsstruktur angeordnet ist, deren Dicke den Abstand der Massefläche von der Strahlungsfläche definiert.
Damit ist der Vorteil eines langzeitstabilen Abstands von Strahlungsfläche und Massefläche verbunden, so dass die Strahlungscharakteristik der Antenne auch über lange Zeiträume in der Größenordnung der Lebensdauer von Kraftfahrzeugen konstant bleibt.
Weiter ist bevorzugt, dass ein als Dielektrikum dienendes Luftvolumen durch eine zwischen der Strahlungsfläche und der Massefläche angeordnete Ausnehmung in der Verstärkungsstruktur definiert wird.
Das Nutzen von Luft als Dielektrikum in der Ausnehmung hat den Vorteil, dass die Bandbreite der Antenne, die von der Dielektrizitätszahl des Dielektrikums abhängt, wegen des nahe bei Eins liegenden Wertes von Luft nahezu maximal ist.
Bevorzugt ist auch, dass die wenigstens eine Strahlungsfläche auf einer der Massefläche zugewandten Seite des Gehäuses angeordnet ist.
Durch eine solche Anordnung der Strahlungsfläche im Inneren des Gehäuses ist die Strahlungsfläche optimal vor Umwelteinflüssen wie Spritzwasser geschützt, was ebenfalls die Langzeitstabilität der Strahlungseigenschaften begünstigt.
Ferner ist bevorzugt, dass die wenigstens eine Strahlungsfläche auf einer der Massefläche gegenüberliegenden, abgewandten Seite des Gehäuses angeordnet ist.
Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass das Gehäuse selbst zumindest einen Teil des Abstands der Strahlungsfläche von der Massefläche ausfüllt. Dadurch kann der Radarsensor insgesamt flacher gehalten werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors für Kraftfahrzeuganwendungen ist auch bevorzugt, dass die feste Verbindung der wenigstens einen Strahlungsfläche mit dem Gehäuse dadurch erzeugt wird, dass wenigstens eine vorgefertigte metallische Strahlungsfläche durch einen Heißprägeprozess auf das Gehäuse gepresst wird.
Ein solcher Heißprägeprozess ist technisch mit hoher Platzierungsgenauigkeit der Strahlungsflächen und mit geringem technischen Aufwand durchführbar. Darüber hinaus ergibt sich eine sehr hohe Qualität der Verbindung des Gehäuses mit den Strahlungsflächen, weil die Verbindung langzeitstabil und sehr fest ist. Die Heißprägetechnik ist eine sehr preiswerte, großserientaugliche, zuverlässige und platziergenaue Herstellungsmethode, von der bekannt ist, dass sie bei richtiger Wahl der Prozessparameter and des Kunststoffmaterials auch in anspruchsvollen Umwelt-Umgebungen wie im Kraftfahrzeug gute Resultate zeigt.
Alternativ ist bevorzugt, dass die feste Verbindung der wenigstens einen Strahlungsfläche mit dem Gehäuse dadurch erzeugt wird, dass wenigstens eine vorgefertigte metallische Strahlungsfläche mit dem Gehäuse verklebt wird.
Klebeprozesse sind ebenfalls technisch leicht beherrschbar, kostengünstig und preiswert durchzuführen.
Eine weitere bevorzugte Alternative zeichnet sich dadurch aus, dass die feste Verbindung der wenigstens einen Strahlungsfläche mit dem Gehäuse dadurch erzeugt wird, dass wenigstens ein Teil des Gehäuses metallisch beschichtet wird und dass die Beschichtung anschließend mit der Ausnahme einer vorbestimmten Strahlungsfläche durch einen Ätzprozess entfernt wird oder dass die Strahlungsflächen mit einem Laser ausgeschnitten werden.
Solche mit photolithografischen Methoden verbundenen Ätzprozesse ergeben ebenfalls eine sehr hohe Genauigkeit der Anordnung der Strahlungsflächen in Verbindung mit einer hohen Qualität der Verbindung. Das gilt ebenso für das Ausschneiden der Patches mit einem Laser.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
schematisch eine Gesamtansicht eines Radarsensors für Kraftfahrzeuganwendungen;
Fig. 2
eine schematische Schnittdarstellung des Radarsensors nach Fig. 1 mit einem inneren Aufbau, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist;
Fig. 3
eine schematische Schnittdarstellung eines Radarsensors nach Fig. 1 mit einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Aufbaus;
Fig. 4
eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Aufbaus;
Fig. 5
eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Gehäuse eines Radarsensors;
Fig. 6
eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Verstärkungsstruktur;
Fig. 7
eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Massefläche auf einem Hochfrequenzsubstrat; und
Fig. 8
einen Heißprägeschritt im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Ziffer 10 in der Figur 1 bezeichnet die schematische Gesamtansicht eines Radarsensors mit einem Gehäuse 12, das von einem Deckel 14 abgeschlossen wird. Die gestrichelten Linien 15 geben die Ausrichtung oder Anordnung von einzelnen Strahlungsflächen innerhalb des Gehäuses 12 an. Die Ziffer 16 bezeichnet ein Anschlusselement, über das dem Radarsensor 10 beispielsweise eine Versorgungsspannung zugeführt wird und/oder über das der Radarsensor 10 Signale an Steuergeräte eines Kraftfahrzeugs ausgibt. Der mit der Ziffer 17 bezeichnete Pfeil gibt die Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs an.
Die Orientierung des Radarsensors 10 relativ zur Richtung 17 der Längsachse stellt eine typische Einbaulage des Radarsensors 10 bei einer Kraftfahrzeug-Anwendung dar. Die Erfindung ist aber selbstverständlich nicht auf eine solche relative Ausrichtung des Radarsensors 10 zur Richtung 17 der Längsachse des Kraftfahrzeugs beschränkt.
Figur 2 zeigt den Radarsensor 10 nach Figur 1 im Teilschnitt, wobei der in der Figur 2 dargestellte innere Aufbau des Radarsensors 10 per se bekannt ist. In der Figur 2 bezeichnet die Ziffer 18 ein Speisenetzwerk, das mit dem Anschlusselement 16 aus Figur 1 in Verbindung steht und auf der ersten Seite 20 eines Hochfrequenzsubstrates 22 angeordnet ist. Eine metallische Massefläche 24 ist auf der zweiten Seite 26 des Hochfrequenzsubstrates 22 angeordnet. Der Radarsensor 10 weist ferner wenigstens eine Strahlungsfläche 28 (Patch) auf, die über eine Apertur 30 in der metallischen Massefläche 24 und über ein zwischen der Massefläche 24 und der Strahlungsfläche 28 angeordnetes Dielektrikum 32 von dem Speisenetzwerk 18 zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen angeregt wird. Bei dem bekannten Radarsensor ist die Strahlungsfläche 28 auf dem Dielektrikum 32 angeordnet und wird daher von dem Dielektrikum 32 gestützt und getragen. Dielektrikum 32 ist in der Regel als aushärtender Schaum realisiert. Die Verwendung eines aushärtenden Schaums als Dielektrikum 32 bringt die eingangs erwähnten Nachteile mit sich.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird im Rahmen der Erfindung die Strahlungsfläche 28 nicht von einem Schaum 32 als Dielektrikum abgestützt, sondern ist vielmehr fest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Radarsensors 10 ist im Teilschnitt in der Figur 3 dargestellt. Der Radarsensor 10 nach Figur 3 weist ebenfalls ein Speisenetzwerk 18 auf, das auf einer ersten Seite 20 des Hochfrequenzsubstrates 22 angeordnet ist und dem eine metallische Massefläche 24 gegenüberliegt, die auf einer zweiten Seite des Hochfrequenzsubstrates 22 angeordnet ist. Die Strahlungsfläche 28 wird auch hier über eine zugeordnete Apertur 30 in der metallischen Massefläche 24 zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen angeregt.
Im Unterschied zu dem bekannten Radarsensor 10 nach Figur 2 weist der Radarsensor 10 nach der Figur 3 jedoch keinen Schaum als Dielektrikum 32 auf, der die Strahlungsfläche 28 tragen würde. Stattdessen ist die Strahlungsfläche bei der Ausgestaltung nach Figur 3 fest mit der Innenseite des Gehäuses 12 verbunden und dort gegenüber der Apertur 30 in der metallischen Massefläche 24 angeordnet.
Zwischen der Massefläche 24 und dem Gehäuse 12 ist eine Verstärkungsstruktur 34 angeordnet, deren Dicke 36 den Abstand 38 der Massefläche 24 von der Strahlungsfläche 28 definiert. Eine Ausnehmung 40 in der Verstärkungsstruktur 34 definiert ein Luftvolumen 32 zwischen der Strahlungsfläche 28 und der Massefläche 24. Das Luftvolumen 32 stellt bei der Ausgestaltung nach Figur 3 das Dielektrikum zwischen der Massefläche 24 und der Strahlungsfläche 28 dar.
Figur 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines Gehäuses 14 für einen Radarsensor 10. Beim Gegenstand der Figur 4 ist die Strahlungsfläche 28 auf einer der Massefläche 24 abgewandten Seite 44 des Gehäuses 14 angeordnet. Mit anderen Worten: Die Strahlungsfläche 28 ist bei der Ausgestaltung nach Figur 4 außen am Gehäuse 14 angeordnet.
Dagegen ist die Strahlungsfläche 28 bei der Ausgestaltung nach Figur 3 auf einer der Massefläche 24 zugewandten Seite 42 des Gehäuses 12, also im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils des Gehäuses 12 der Ausgestaltung nach der Figur 4 mit außen angebrachten Strahlungsflächen 28.
Figur 5 zeigt eine dazu passende perspektivische Darstellung der Verstärkungsstruktur 34 mit der Ausnehmung 40 und die Figur 6 zeigt eine ebenfalls passende perspektivische Darstellung der Massefläche 24 mit schlitzförmigen Aperturen 30 auf einem Hochfrequenzsubstrat 22.
In der Figur 8 stellt die Ziffer 46 einen Heißprägestempel dar, der mit einer in einer elektrischen Isolierung 48 eingebetteten Heizung 50 ausgestattet ist. Figur 8 dient damit zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung des Radarsensors 10. Der Heißprägestempel 46 wird durch eine in eine elektrisch isolierende Masse 48 eingebettete elektrische Heizung 48 aufgeheizt. Der Heißprägestempel 46 hält eine Strahlungsfläche 28 in thermischem Kontakt, so dass die Wärme des Heißprägestempels 46 auf die Strahlungsfläche 28 übertragen wird. Die Metallrechtecke der Patches Strahlungsflächen wurden bevorzugt vorher mit Hilfe des Heißprägestempels aus einer Metall-Folie ausgestanzt. Mit einer Kraft F wird der Heißprägestempel 46 in der Darstellung der Figur 8 nach unten auf die ausschnittsweise dargestellte Struktur des Gehäuses 12 gepresst, so dass die erhitzte Strahlungsfläche 28 heiß in die Gehäusestruktur 12 eingeprägt wird und eine innige Verbindung mit dem Material der Gehäusestruktur 12 eingeht.
Die Metallfolie, aus der die Patches ausgestanzt wurden, kann mit einer Auflage beschichtet sein, die bei erhöhter Temperatur klebrig wird, so dass es durch den Stempel zu einer Verklebung mit dem Kunststoffgehäuse kommt.
Alternativ werden die Patches so stark aufgeheizt, dass sie beim Aufprägen die Kunststoffoberfläche des Gehäuses aufschmelzen.
Wie bereits bei den Gegenständen der Figuren 3 und 4 dargestellt, kann die Strahlungsfläche 28 sowohl in eine der Massefläche 24 zugewandte innere Seite 42 des Gehäuses 12 als auch in eine der Massefläche 24 abgewandte äußere Seite 44 der Gehäusestruktur 12 eingeprägt werden.
In einer alternativen Variante wird in einem nasschemischen Prozess eine Metallschicht aufgebracht wird. Die Patches werden aus dieser Metallschicht herausgelasert bzw. herausgeätzt.

Claims (10)

  1. Radarantenne (10) für Kraftfahrzeuganwendungen mit wenigstens einem Speisenetzwerk (18) auf einer ersten Seite (20) eines Hochfrequenzsubstrates (22), einer metallischen Massefläche (24) auf einer zweiten Seite (26) des Hochfrequenzsubstrates (22), die dem Speisenetzwerk (18) gegenüberliegt, und mit wenigstens einer Strahlungsfläche (28), die über eine zugeordnete Apertur (30) in der metallischen Massefläche (24) und über ein zwischen Massefläche (24) und Strahlungsfläche (28) angeordnetes Dielektrikum (32) von dem Speisenetzwerk (18) zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen angeregt wird, und mit einem Gehäuse (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfläche (28) fest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.
  2. Radarantenne (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Luft als Dielektrikum.
  3. Radarantenne (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Massefläche (24) und dem Gehäuse (12) oder der Ebene der Strahlungsfläche (28) eine Verstärkungsstruktur (34) angeordnet ist, deren Dicke (36) den Abstand (38) der Massefläche (24) von der Strahlungsfläche (28) definiert.
  4. Radarantenne (10) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Dielektrikum (32) dienendes Luftvolumen (72) durch eine zwischen der Strahlungsfläche (28) und der Massefläche (24) angeordnete Ausnehmung (40) in der Verstärkungsstruktur (34) definiert wird.
  5. Radarantenne (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahlungsfläche (28) auf einer der Massefläche (24) zugewandten Seite (42) des Gehäuses (12) angeordnet ist.
  6. Radarantenne (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahlungsfläche (28) auf einer der Massefläche (24) gegenüberliegenden, abgewandten Seite (44) des Gehäuses (12) angeordnet ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors (10) für Kraftfahrzeuganwendungen mit wenigstens einem Speisenetzwerk (18) auf einer ersten Seite (20) eines Hochfrequenzsubstrates (22), einer metallischen Massefläche (24) auf einer zweiten Seite (24) des Hochfrequenzsubstrates (22), die dem Speisenetzwerk (18) gegenüberliegt, und mit wenigstens einer Strahlungsfläche (28), die über eine zugeordnete Apertur (30) in der metallischen Massefläche (24) und über ein zwischen Massefläche (24) und Strahlungsfläche (28) angeordnetes Dielektrikum (32) von dem Speisenetzwerk (18) zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen angeregt wird, und mit einem Gehäuse (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfläche (28) fest mit dem Gehäuse (12) verbunden wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung der wenigstens einen Strahlungsfläche (28) mit dem Gehäuse (12) dadurch erzeugt wird, dass wenigstens eine vorgefertigte metallische Strahlungsfläche (28) durch einen Heißprägeprozess auf das Gehäuse (12) gepresst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung der wenigstens einen Strahlungsfläche (28) mit dem Gehäuse (12) dadurch erzeugt wird, dass wenigstens eine vorgefertigte metallische Strahlungsfläche (28) mit dem Gehäuse (12) verklebt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung der wenigstens einen Strahlungsfläche (28) mit dem Gehäuse (12) dadurch erzeugt wird, dass wenigstens ein Teil des Gehäuses (12) metallisch beschichtet wird und dass die Beschichtung anschließend mit der Ausnahme einer vorbestimmten Strahlungsfläche (28) durch einen Ätzprozess entfernt wird oder dass die Strahlungsflächen mit einem Laser ausgeschnitten werden.
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