EP1794841A1

EP1794841A1 - Trägeranordnung für eine hochfrequenzantenne und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: EP1794841A1
Application number: EP05779905A
Authority: EP
Inventors: Frank Gottwald; Johann Wehrmann; Thomas Haalboom; Hubert Straub; Hans Lubik
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-25
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-06-13
Also published as: US7889150B2; DE102004046633A1; US20090015509A1; WO2006032579A1

Abstract

Eine Trägeranordnung für eine Hochfrequenzantenne mit wenigstens zwei in vorgegebenem Abstand zueinander angeordneten, im wesentlichen flach ausgebildeten Elektroden, wobei zwischen den wenigstens zwei Elektroden ein Dielektrikum angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Elektroden an einem möglichst schwer verformbaren Rahmenteil angeordnet sind. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Rahmenteil Aussparungen oder Durchbrechungen derart auf, daß zwischen den wenigstens zwei Elektroden als Dielektrikum im wesentlichen Luft mit e<SUB>r</SUB> = 1 angeordnet ist.

Description

Trägeranordnung für eine Hochfrequenzantenne und Verfahren zu ihrer Herstellung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Trägeranordnung für eine Hochfrequenzantenne insbesondere eines im Nahbereich sensierenden Antennenradars (sog. , Short Range Radar' = SRR) zur Verwendung in der Automobiltechnik sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.

Hier betroffene, bspw. in der genannten automobilen Radartechnik eingesetzte Hochfrequenz(HF)- Antennen beruhen auf dem Prinzip der kapazitiven Kopplung und weisen zu diesem Zweck wenigstens zwei in geringem Abstand zueinander angeordnete, als „Patches" oder , ,Patch Arrays" bezeichnete und meist aus Kupfer gebildete Elektrodenflächen auf, in deren Zwischenraum ein dielektrisches Material mit einer

Dielektrizitätskonstante ε,. möglichst nahe dem Wert 1 angeordnet ist.

Damit der Abstand zwischen diesen Elektrodenflächen möglichst präzise eingehalten wird, ist das dielektrische Material üblicherweise aus einem Feststoff gebildet. Meist werden gleichzeitig als Träger für die Elektrodenflächen dienende

Kunststoffschaumfolien oder Kunststoffschaumplatten eingesetzt, da diese den gewünschten Wert von ε,. nahe 1 aufweisen. Die genannten Patches werden dabei auf beide Seiten des dielektrischen Materials aufgebracht. Die genannten Schaumfolien haben die Nachteile, daß ε,. nicht genau 1 ist, die Folien nur schlecht in den für die Großserienherstellung notwendigen größeren Mengen verfügbar und zudem teuer sind und deren Verarbeitbarkeit in der Großserienproduktion insbesondere im Bereich der Automobiltechnik noch wenig erprobt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Trägeranordnung dahingehend zu verbessern, daß die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik ausgeräumt bzw. vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte

Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Vorteile der Erfindung

Die erfϊndungsgemäße Trägeranordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die genannten Elektrodenflächen (sog. ,Patches') an einem möglichst gering verformbaren, wenigstens teilweise durchbrochenen Rahmenteil angeordnet sind, welches zum einen sicherstellt, daß der Abstand zwischen den Patches präzise und dauerhaft eingestellt werden kann und zum anderen sicherstellt, daß als Dielektrikum Luft mit ε, = 1 verwendet wird.

Mit dem vorgeschlagenen Rahmenteil werden die erreichbare Präzision beim Abstand zwischen den Patches sowie die Genauigkeit des zu erzielenden Wertes von ε, gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbessert.

In bevorzugter Ausgestaltung ist das genannte Rahmenteil aus einem Hartkunststoffmaterial wie bspw. PBT oder GF30 gebildet und kann dabei mittels üblicher Spritzgußtechnik hergestellt werden. Ein solcher wenigstens teilweise Durchbrüche aufweisender Kunststoffrahmen bietet eine vereinfachte und damit noch kostengünstigere Herstellung, insbesondere in der Serienproduktion. Das relativ geringere

Gewicht eines solchen Kunststoffrahmens sowie die bereits in der Automobiltechnik erfolgte Felderprobung ähnlicher Kunststoffrahmenteile begünstigt zudem einen Einsatz der erfindungsgemäßen Trägeranordnung in Automobilen. In weiterer Ausgestaltung wird eine auf einer Seite des Rahmenteils angeordnete Untermenge der genannten Patches in Form einer elektrisch leitenden Folie vormontiert. Die übrigen Patches werden auf einer Leiterplatte angeordnet, welche weitere für den Betrieb der HF-Antenne erforderliche Baugruppen aufweist. Derart gestapelt angeordnete

Patches erhöhen allgemein die grundsätzlich mögliche Frequenzbandbreite der HF- Antenne.

Zu Zwecken einer vereinfachten Montage der elektrisch leitenden Folie an das Rahmenteil können geeignete Klebeschichten an der Folie und/oder an dem Rahmenteil vormontiert sein.

Alternativ können an der Folie Bohrungen und an dem Rahmenteil zugeordnete, in die genannten Bohrungen paßgenau eingreifende Zapfen vorgesehen sein, mittels derer die Folie zunächst an dem Rahmenteil präzise geführt befestigt werden kann und die Zapfen im Anschluß daran mittels Wärmeeinwirkung oder Ultraschall verstemmt bzw. vernietet werden können. Die genannte Anordnung der Befestigungselemente bietet die Vorteile einer relativ hohen Montagegenauigkeit sowie einer kostengünstigeren Herstellung des erfindungsgemäßen Antennenträgers.

Wiederum alternativ kann die Montage der Folie an das Rahmenteil unmittelbar mittels Spritzguß erfolgen, wobei die Folie in das Spritzwerkzeug eingelegt wird und danach das Rahmenteil an die so eingelegte Folie angespritzt wird. Die Haftung der Folie an dem Rahmenteil erfolgt dabei bevorzugt durch Verkrallung des eingespritzten Kunststoffs mit in der Folie angeordneter Bohrungen. Aufgrund des in der genannten Weise montagefertig anlieferbaren Antennenträgers sind keine zusätzlichen Montageprozesse erforderlich, wodurch im Ergebnis wiederum die Herstellungskosten in vorteilhafter Weise gesenkt werden können.

Zu Zwecken einer noch weiter vereinfachten Montage des bereits mit der Folie versehenen Rahmenteils an die genannte Leiterplatte kann entweder wiederum eine Klebetechnik angewendet werden, wobei auf das Rahmenteil und/oder die Leiterplatte, bspw. mittels Siebdruck, eine geeignete Klebeschicht aufgebracht wird und mittels einer Schutzfolie abgedeckt wird. Bei in diesem Zustand angeliefertem Rahmenteil wird zur - A -

Endmontage der erfindungsgemäßen Trägeranordnung nur die Schutzfolie abgezogen und das Rahmenteil auf der Leiterplatte positioniert und angedrückt.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß ein geeigneter Klebstoff mit anderen an sich bekannten Verfahren wie bspw. dem Dispensen oder dem Dosieren, auf die Leiterplatte aufgebracht wird und danach das Rahmenteil auf die Klebeschicht bzw. in den noch nicht gehärteten Kleber gesetzt wird.

Wiederum alternativ kann vorgesehen sein, daß das Rahmenteil mit der Leiterplatte mittels lösbarer Befestigungsmittel mechanisch verbunden wird, bspw. unter

Zuhilfenahme von Klipsen, Verrastungen oder dergleichen.

Die erfindungsgemäße Trägeranordnung läßt sich mit den genannten Vorteilen bevorzugt in einer HF-Antenne eines bevorzugt in der Automobiltechnik einsetzbaren SRR verwenden.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der beigefügten Zeichnung illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiels noch eingehender beschrieben, aus dem sich weitere

Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 eine noch unverbaute erfindungsgemäße Trägeranordnung für eine HF-Antenne, und zwar in Explosivdarstellung;

Fig. 2a, beine Draufsicht (a) einer erfindungsgemäßen Trägeranordnung gemäß Fig. 1 sowie eine seitliche Schnittansicht (b) entlang der in Fig. 2a gezeigten Linie A-A; und

Fig. 3 eine noch detailgetreuer dargestellte seitliche Schnittansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Trägeranordnung. Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die in der Fig. 1 gezeigte HF-Antenne weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei gegenüber liegende Elektroden 100, 105 auf, wobei die jeweils aktive, mit einem HF-Signal gespeiste Elektrode 100 aus einem im wesentlichen flächenförmig angeordneten 2x4 Patch- Array 110 - 145 gebildet ist. Dieses 2x4 Patch- Array 110 - 145 besteht aus zwei linearen Anordnungen 110 - 125 und 130 - 145 von einzelnen Elektrodenflächen, wobei jeweils zwei benachbarte Elektrodenpaare 110, 115 und 120, 125 sowie 130, 135 und 140, 145 mittels einer Leiteranordnung 150 elektrisch parallel geschaltet sind. Die Elektrodenflächen 110 - 145 sind auf einer üblichen HF-Leiterplatte

160 aufgebracht.

Die HF-Leiterplatte 160 wird mittels zweier abgeschirmter elektrischer Zuleitungen 163, 164 mit dem erwähnten HF-Signal gespeist. Die zweite passive Elektrode 105 ist in definiertem Abstand zum 2x4 Patch- Array angeordnet und als relativ dünne FR4-

Leiterplatte der Dicke 0,1 mm ausgebildet. Die FR4-Leiterplatte kann auch durch eine dünne Folie realisiert sein.

Zwischen der HF-Leiterplatte 160 und der FR4-Leiterplatte 105 ist ein Kunststoffrahmen 165 angeordnet, mittels dessen der Abstand zwischen den beiden Elektroden 100, 105 präzise einstellbar ist. Der Kunststoffrahmen weist Durchbrüche 170 auf, aufgrund derer das Dielektrikum zwischen den ersten Elektroden 110 - 145 und der zweiten Elektrode 105 durch Luft gebildet wird.

Zur Herstellung des in der Fig. 1 gezeigten Antennenträgers wird auf die eine Seite des

Kunststoffrahmens 165 zunächst die genannte FR4-Leiterplatte 105 aufgebracht. Danach wird der Kunststoffrahmen 165 auf die HF-Leiterplatte 160, und zwar in der in der Fig. 1 gezeigten Weise über das 2x4 Patch- Array montiert.

Die FR4-Leiterplatte 105 wird bevorzugt mittels eines der folgenden

Befestigungsverfahren auf den Kunststoffrahmen 165 montiert, insbesondere auf diesen vormontiert: a) Auf der FR4- Leiterplatte 105 und/oder an dem Rahmenteil 165 sind bereits Klebeschichten (bspw. Kontakt- bzw. Adhäsionskleber) aufgebracht, mittels derer die Teile 105, 165 durch Zusammendrücken fest miteinander verbunden werden können. Das Rahmenteil 165 weist dazu auch im Innenbereich des 2x4 Patch- Arrays 110 - 145 entsprechende Stege 175 auf, um auch in diesen Bereichen eine bestmögliche Haftung zu gewährleisten. Die Klebeschichten können zunächst durch Schutzfolien abgedeckt sein.

b) In der FR4-Leiterplatte bzw. -folie 105 sind Bohrungen bzw. Durchbrechungen und an dem Rahmenteil 165 in diese Bohrungen/Durchbrechungen hier nicht gezeigte paßgenau eingreifende Zapfen vorgesehen. Mittels der Bohrungen und zugeordneten

Zapfen wird die FR4-Leiterplatte bzw. -folie zunächst an dem Rahmenteil 165 präzise geführt befestigt und die Zapfen im Anschluß daran mittels Wärmeeinwirkung oder Ultraschall verstemmt bzw. vernietet. Ein hier anwendbares Verfahren zum Heißverstemmen geht bspw. aus der Voranmeldung Aktenzeichen 10 2004 020684.4 (Anmelder- Az.: R. 307250) hervor, auf welche in dem vorliegenden Zusammenhang vollumfänglich Bezug genommen wird.

c) Die FR4-Leiterplatte bzw. -folie 105 wird mittels Spritzguß unmittelbar an das Rahmenteil 165 montiert, wobei die FR4-Leiterplatte bzw. -folie in das Spritzwerkzeug eingelegt wird und danach das Rahmenteil 165 an die so eingelegte Platte/Folie 105 angespritzt wird. Die Haftung der Platte/Folie 105 an dem Rahmenteil 165 erfolgt dabei bevorzugt durch Verkrallung des eingespritzten Kunststoffs mit in der Platte/Folie 105 angeordneter Bohrungen.

Die Montage des bereits die FR4-Leiterplatte 105 aufweisenden Rahmenteils 165 an die

HF-Leiterplatte 160 erfolgt bevorzugt mittels eines der folgenden Befestigungsverfahren:

a') Einsatz einer Klebetechnik, wobei auf das Rahmenteil 165 und/oder die

Leiterplatten 105, 160, bspw. mittels Siebdruck, bereits vorab eine geeignete Klebeschicht aufgebracht wird und zu Transportzwecken zunächst mittels einer

Schutzfolie abgedeckt wird. Bei dem so gelieferten Rahmenteil 165 wird zur Endmontage die Schutzfolie abgezogen und das Rahmenteil 165 an den Leiterplatten 105, 160 jeweils positioniert und angedrückt. b') Ein geeigneter Klebstoff wird mittels an sich bekannter Verfahren wie das

Dispensen oder das Dosieren auf die Leiterplatten 105, 160 aufgebracht und im Anschluß daran das Rahmenteil 165 auf die Klebeschicht bzw. in den Kleber gesetzt.

c') Das Rahmenteil 165 wird mechanisch mit den Leiterplatten 105, 160 verbunden, bspw. unter Zuhilfenahme von Klipsen, Verrastungen oder dgl.

Die Fig. 2a zeigt eine oberhalb der HF-Leiterplatte 160 geschnittene, virtuelle Draufsicht der bereits zusammengefügten, in der Fig. 1 noch in Explosivdarstellung gezeigten Antennenträgeranordnung. Diese Draufsicht verdeutlicht insbesondere die relative

Anordnung der Elektroden 110 - 145 des 2x4 Patch-Arrays und der Stege 175 des Rahmenteils 165.

Die Fig. 2b zeigt eine Schnittansicht der Antennenträgeranordnung entlang der in der Fig. 2a eingezeichneten Schnittlinie A-A. Die Fig. 2b verdeutlicht insbesondere die räumliche

Anordnung der FR4-Leiterplatte 105 an dem Rahmenteil 165 und wiederum die Anordnung des Rahmenteils 165 an der HF-Leiterplatte 160. Der mit ,Z' bezeichnete Montagebereich ist in der Fig. 3 zudem vergrößert dargestellt.

In der Fig. 3 ist mit dem Bezugszeichen ,205' ein exemplarisches, an der HF-Leiterplatte

160 angeordnetes erstes Patch bezeichnet. Mittels einer Klebeschicht 200 ist das in der vorliegenden Darstellung (in der Zeichnungsebene) senkrecht geschnittene Rahmenteil 165 an der HF-Leiterplatte 160 befestigt. Die FR4-Leiterplatte 105 wiederum ist an dem Rahmenteil 165 mittels einer weiteren Klebeschicht 215 befestigt. Ein dem ersten Patch 205 gegenüberliegend, an der FR4-Leiterplatte 105 angeordnetes zweites Patch ist vorliegend mit dem Bezugszeichen 210 gekennzeichnet.

Claims

Patentansprüche

1. Trägeranordnung für eine Hochfrequenzantenne mit wenigstens zwei in vorgegebenem Abstand zueinander angeordneten, im wesentlichen flach ausgebildeten Elektroden, wobei zwischen den wenigstens zwei Elektroden ein Dielektrikum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Elektroden an einem möglichst schwer verformbaren Rahmenteil angeordnet sind.

2. Trägeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenteil Aussparungen oder Durchbrechungen derart aufweist, daß zwischen den wenigstens zwei Elektroden als Dielektrikum im wesentlichen Luft mit ε,. = 1 angeordnet ist.

3. Trägeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der einen Seite des Rahmenteils angeordnete Untermenge der Elektroden in Form einer elektrisch leitenden Folie vormontiert sind und die übrigen Elektroden auf einer

Leiterplatte angeordnet sind, welche weitere für den Betrieb der Hochfrequenzantenne erforderliche Baugruppen aufweist.

4. Trägeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Folie und/oder an dem Rahmenteil Klebeschichten angeordnet sind, mittels derer die elektrisch leitende Folie an das Rahmenteil montiert ist.

5. Trägeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Folie Bohrungen und an dem Rahmenteil zugeordnete, in die genannten Bohrungen eingreifende Zapfen angeordnet sind, mittels derer die Folie an dem Rahmenteil präzise geführt befestigt wird und die Zapfen daran befestigt sind.

6. Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenteil mit der Leiterplatte mittels Klipsen, Verrastungen oder dgl. mechanisch verbunden ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Trägeranordnung für eine Hochfrequenzantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche wenigstens zwei in vorgegebenem Abstand zueinander angeordnete, im wesentlichen flach ausgebildete Elektroden aufweist, wobei zwischen den wenigstens zwei Elektroden ein Dielektrikum angeordnet ist und welche ein Rahmenteil zur Anordnung der wenigstens zwei Elektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenteil aus einem möglichst schwer verformbaren Kunststoffmaterial hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenteil mittels Spritzguß hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der einen Seite des Rahmenteils angeordnete Untermenge der Elektroden in Form einer elektrisch leitenden Folie vormontiert wird und die übrigen Elektroden auf einer Leiterplatte angeordnet werden, welche weitere für den Betrieb der Hochfrequenzantenne erforderliche Baugruppen aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Folie mittels an der Folie und/oder an dem Rahmenteil angeordneter Klebeschichten an das Rahmenteil montiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Folie Bohrungen und an dem Rahmenteil zugeordnete, in die Bohrungen eingreifende

Zapfen vorgesehen sind, mittels derer die Folie zunächst an dem Rahmenteil präzise geführt befestigt wird und die Zapfen im Anschluß daran mittels Wärmeeinwirkung oder Ultraschall verstemmt bzw. vernietet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Montage der Folie an das Rahmenteil mittels Spritzguß erfolgt, wobei die Folie in ein Spritzwerkzeug eingelegt wird und danach das Rahmenteil an die so eingelegte Folie angespritzt wird, wobei die Haftung der Folie an dem Rahmenteil durch Verkrallung des eingespritzten Kunststoffs mit in der Folie angeordneter Bohrungen erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das bereits mit der Folie versehene Rahmenteil an der Leiterplatte verklebt wird, wobei auf das Rahmenteil und/oder die Leiterplatte, bevorzugt mittels Siebdruck, eine geeignete Klebeschicht aufgebracht wird und mittels einer Schutzfolie abgedeckt wird, wobei zur

Endmontage die Schutzfolie abgezogen und das Rahmenteil auf der Leiterplatte positioniert und angedrückt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Dispensen oder Dosieren auf die Leiterplatte ein Klebemittel aufgebracht wird und das Rahmenteil auf das Klebemittel gesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenteil mit der Leiterplatte mittels Klipsen, Verrastungen oder dgl. mechanisch verbunden wird.

16. Hochfrequenzantenne insbesondere zur Verwendung in einem Nahbereichsradarsystem (Short Range Radar), gekennzeichnet durch eine Trägeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.