EP4562444A1 - Radarsystem - Google Patents

Radarsystem

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Publication number
EP4562444A1
EP4562444A1 EP23744416.1A EP23744416A EP4562444A1 EP 4562444 A1 EP4562444 A1 EP 4562444A1 EP 23744416 A EP23744416 A EP 23744416A EP 4562444 A1 EP4562444 A1 EP 4562444A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radar system
heat
antenna element
recesses
openings
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP23744416.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Langner
Florian Rieger
Matthias Hauer
Maximilian Schäffner
Sascha Möller
Christoph L. Klingshirn
Stanislaus Schmidt
Marc Knapp
Dirk MÖHRING
Michael Sarlea
Birgit Möbius
Ulla Pressler
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.)
Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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 Carl Freudenberg KG filed Critical Carl Freudenberg KG
Publication of EP4562444A1 publication Critical patent/EP4562444A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/02—Arrangements for de-icing; Arrangements for drying-out ; Arrangements for cooling; Arrangements for preventing corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material
    • H01Q1/405—Radome integrated radiating elements

Definitions

  • the invention relates to a radar system, comprising an electronic component for sending and/or receiving radar signals and an antenna element, the antenna element being designed as a plastic body in which channels with metallized channel walls are introduced, the channels forming waveguides.
  • Such a radar system is known, for example, from US 2021/0183797 A1.
  • Radar systems of the type mentioned at the beginning are often used in motor vehicles and form part of driver assistance systems.
  • radar systems record the surroundings and, based on the recorded data, enable an automatic reaction of a motor vehicle or at least information to the driver, in particular in the form of a warning.
  • This makes it possible, on the one hand, to regulate the speed of a vehicle to a speed specified by the driver if the traffic situation permits this, with the speed being automatically adapted to the traffic situation.
  • automatic emergency braking can be initiated.
  • radar systems are often combined with other sensors, such as wheel sensors and camera sensors. Compared to other systems, radar systems have the advantage that they are reliable even in bad weather conditions. In addition to recording distances to detected vehicles and objects, it is also possible to use the Doppler effect to determine the relative speed to other vehicles.
  • the antenna element is a central element that significantly influences the functionality of the radar system. It is there known to form the antenna element from a one-piece or multi-part plastic body, channels being introduced into the antenna element and the channel walls of the channels being equipped to be electrically conductive, which form waveguides. The antenna element is brought into operative connection with the electronic component for sending and/or receiving radar signals.
  • the electronic component is usually a microchip in the form of a high-frequency chip that is arranged on a circuit board.
  • the problem here is that a significant amount of heat is emitted during operation of the radar system, which is due in particular to the need to provide electromagnetic waves in a spectrum that is usual for radar waves and has a sufficient range.
  • the heat emission can amount to several watts, which is associated with a high heat load in a small space, especially in compact radar systems. Due to their low thermal conductivity, antenna elements made of plastic are only partially suitable for dissipating heat from the system in a suitable form.
  • the invention is based on the object of providing a radar system which has improved thermal properties.
  • the radar system comprises an electronic component for sending and/or receiving radar signals and an antenna element, wherein the antenna element is made of a plastic body, in which channels with electrically conductive channel walls are introduced, the channels forming waveguides, heat-conducting elements being introduced into the antenna element are.
  • the antenna element has, in addition to the electromagnetic
  • the antenna element can transport away heat introduced during production via the heat-conducting elements. This makes it possible to supply more heat during production and also shorten the cooling time. Furthermore, it is possible to design a compact radar system that is robust and can be operated over a long period of time. The improved thermal properties of the antenna element even out the temperature within the antenna element. In addition, the heat dissipation of the chip that sends and receives the radar radiation also improves, so that the measurement accuracy of the radar system and the transmission power improve.
  • the individual elements are often connected to one another using a soldering process.
  • the heat is usually supplied via an air flow that is applied to both sides of the antenna element.
  • the heat-conducting elements improve the transport of warm air and it improves heat can be better transported into the interior of the elements. This allows the joining process to be accelerated and at the same time results in a soldered connection with improved quality.
  • the heat-conducting elements can include recesses and/or openings that are made in the plastic body.
  • the recesses and/or openings are made into the plastic body independently of the channels forming the waveguides.
  • temperature-resistant polymers such as polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), polyphenylene ether (PPE), polyamide (PA), liquid crystalline polymer (LCP), polycarbonate (PC), polyphthalamide (PPA), polyether ether ketone (PEEK) are used as plastic for the antenna element. or mixtures of the aforementioned polymers.
  • the areas of the antenna element are free of recesses and/or openings that are assigned to the microchip or the corresponding area of the circuit board.
  • the thermal conductivity can be improved by coating the recesses and/or openings with thermally conductive material.
  • Advantageous materials for the coating include metals such as nickel, chrome, aluminum, copper, tin, zinc, silver or gold. These materials are also suitable for making the channel walls electrically conductive.
  • the metallic coating can be single-layer or multi-layer. Thermal conduction occurs parallel to the material of the antenna element via the coating of the recesses and/or openings, so that the overall thermal conductivity improves. For example, a typical thermal conductivity coefficient for plastic is around 0.3 W/m*K and for copper around 300 W/mxK.
  • the application of a metallic coating can be carried out in particular by galvanic coating.
  • Ceramic coatings for example based on aluminum oxide, are also conceivable. Ceramic coatings can be applied using a vacuum process.
  • the layer thickness of the coating is preferably between 0.5 pm and 40 pm. Such a coating is inexpensive and has good thermal conductivity.
  • the recesses can be designed, for example, in the form of blind holes or through holes. It is conceivable to design the recesses circular. However, the recesses or openings particularly preferably have a shape that deviates from the circular shape. It is advantageous that the lateral surface of the recesses or openings increases, which in turn increases the thermal conductivity. This applies in particular if the wall of the recesses and/or openings is coated with thermally conductive material. For example, the recesses or openings can be designed in the shape of a cloverleaf when viewed from above. To improve cooling performance The recesses and/or openings preferably do not accommodate any objects, in particular no holding means such as screws and the like.
  • the recesses and/or openings can form channels.
  • the recesses protrude into the plastic body or pass through the plastic body in the case of openings. This makes it possible to dissipate heat from the radar system through the plastic body or to transfer it to other components of the radar system via the plastic body.
  • the heat flow through the antenna element increases with the number of recesses and/or openings per unit area.
  • the area unit preferably refers to the surface of the antenna element that faces the electronic component. It has proven to be advantageous if between 10 and 50 recesses and/or openings are provided per cm 2 of surface facing the electronic component. A good heat flow results from just 3 recesses and/or openings per cm 2 .
  • the recesses and openings can have a wide variety of geometric shapes, with the geometric shape and in particular the surface available for heat transfer influencing the heat transfer.
  • the recesses can be arranged in the area of the surface facing the electronic component.
  • the openings are preferably designed so that they pass through the antenna element.
  • the recesses and/or openings it may be sufficient if between 3 to 15 recesses or openings are provided per cm 2 of surface facing the electronic component, if the recesses or openings are elongated and in particular have a length of more than 10 mm exhibit. For meandering structures, 1 to 10 per cm 2 of surface facing the electronic component may be sufficient. Meandering structures are particularly advantageous for recesses close to the surface. Overall, with this design good heat conduction through the antenna element, especially during production and the associated joining processes. At the same time, the functionality of the antenna element is not impaired.
  • the heat-conducting elements can include recesses in the form of surface structures.
  • surface structures in the form of ribs or grooves can be introduced into the surface of the plastic body, the surface structures increasing the surface area of the plastic body, which in turn is accompanied by an increase in thermal conductivity. It is particularly conceivable to introduce the surface structuring in the areas of the plastic body that are not related to the channels forming the waveguides.
  • An advantageous heat release via the surface structures results if 3 to 15 structures in the form of ribs or grooves are provided per cm 2 of surface facing the electronic component. This is particularly true if the structures are elongated and have a length of more than 10 mm. For meandering structures, 1 to 10 recesses per cm 2 of surface facing the electronic component may be sufficient.
  • Heat conducting bodies can be embedded in the antenna element. Heat-conducting bodies have a higher thermal conductivity coefficient than the material of the plastic body. This means that heat can be transported to the outside particularly quickly and effectively via the heat-conducting bodies.
  • the heat-conducting bodies can be made of metallic material.
  • the heat-conducting bodies can be made of metallic material.
  • Heat-conducting materials made of metallic materials such as copper or aluminum are particularly suitable as materials for the heat-conducting bodies.
  • the heat-conducting bodies can consist of thermally conductive plastic.
  • the heat-conducting bodies are designed in such a way that the thermal conductivity is greater than that of the material of the plastic body.
  • the thermally conductive plastic preferably has a thermal conductivity of at least 1 W/m*K.
  • the antenna element can be designed in multiple layers. In this embodiment, it is possible to form particularly complex channels and/or to arrange heat-conducting elements within the plastic body. In addition, it is conceivable that the layers of the multilayer antenna element have different heat conduction properties. It is particularly advantageous in this context if the layer that faces the component or the circuit board has a higher thermal conductivity than the other layers. For this purpose, the layer facing the component or the circuit board can be provided with a thicker coating, in particular with a thicker metallic coating.
  • the heat-conducting elements can include applied, for example printed, structures.
  • the antenna element can be covered by a radome.
  • the radome protects the antenna element from external influences.
  • the radome can form a structural unit with the antenna element.
  • the waveguides are closed on the side where the electromagnetic radiation exits and the electromagnetic radiation is passed through by appropriately modifying the coating.
  • Fig. 1 shows a radar system in section
  • Fig. 2 shows an antenna element in a spatial view obliquely from above
  • Fig. 3 shows an antenna element in a spatial view obliquely from below
  • Fig. 5 is a diagram which illustrates the thermal conductivity depending on the number of heat-conducting elements.
  • the figures show a radar system 1, which is part of a driver assistance system of a vehicle.
  • the radar system 1 includes an electronic component 2 for sending and/or receiving radar signals and an antenna element 3, which is arranged on the electronic component 2.
  • the component 2 is designed in the form of an integrated circuit and is arranged on a circuit board 6.
  • the antenna element 3 is cohesively connected to the component 2 via an adhesive connection.
  • the electronic component 2 is arranged on one main side of the circuit board 6 and the antenna element 3 on the other main side.
  • the circuit board 6 is set up to allow electromagnetic radiation to pass between the component 2 and the antenna element 3.
  • the antenna element 3 is designed as a plastic body made of polyether ether ketone (PEEK), the plastic body forming the antenna element 3 being designed in multiple layers and made from several plates stacked one on top of the other. Several channels 4 with metallized channel walls are introduced into the plastic body, the channels 4 forming waveguides. The waveguides are in operative connection with the transmitter/receiver units of the electronic component 2.
  • the antenna element is covered by a radome.
  • Heat-conducting elements 5 are introduced into the antenna element 3, which in the present embodiment include recesses and openings.
  • the recesses and openings form channels. These are the recesses on the side facing the component 2 so that surface structures are formed there.
  • Heat-conducting bodies which are made of metallic material, in this case aluminum, are embedded in the recesses.
  • the heat-conducting bodies are made of thermally conductive plastic.
  • the heat-conducting elements 5 comprise printed structures
  • Figure 1 shows the previously described radar system 1 in section.
  • Figure 2 shows an antenna element 3 in a spatial view obliquely from above and
  • Figure 3 shows an antenna element 3 in a spatial view obliquely from below with heat-conducting elements 5 in the form of meandering openings and recesses.
  • the walls of the recesses and openings are coated with a thermally conductive material.
  • Figure 4 shows a top view of an embodiment of an antenna element 3, in which the heat-conducting elements 5 are designed in the form of openings which penetrate the antenna element 3.
  • the cross-sectional shape of the openings in this design is cloverleaf-shaped. With this configuration, based on the cross-sectional area of the recess, which represents the space required by an opening, there is a larger area of the channel walls and thus an improvement in heat conduction.
  • the channel walls are provided with a coating made of metallic material, in this case aluminum.
  • the layer thickness of the coating is 20 pm.
  • 24 recesses are made in the antenna element for each cm 2 of surface facing the electronic component 2.
  • Figure 5 shows a diagram of a simulation calculation, which shows that the heat flow increases with the number of breakthroughs.
  • the number of breakthroughs from 0 to 12 is plotted on the abscissa and the heat flow at 40 Kelvin from 0 watts to 3 watts is plotted on the ordinate.
  • the calculation is based on the fact that a cube consisting of polyamide with an edge length of 25 mm elongated openings with a length of 23 mm and a width of 1.2 mm are introduced.
  • the surface of the cube is covered with a gold coating with a layer thickness of 10 pm.
  • a temperature difference is created in the direction of the openings, which causes heat to flow in the same direction.

Landscapes

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Abstract

Radarsystem (1), umfassend ein elektronisches Bauelement (2) zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen und ein Antennenelement (3), wobei das Antennenelement (3) als Kunststoffkörper ausgebildet ist, in welchen Kanäle (4) mit metallisierten Kanalwänden eingebracht sind, wobei die Kanäle (4) Hohlleiter bilden, wobei in das Antennenelement (3) Wärmeleitelemente (5) eingebracht sind.

Description

Radarsystem
Die Erfindung betrifft ein Radarsystem, umfassend ein elektronisches Bauelement zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen und ein Antennenelement, wobei das Antennenelement als Kunststoffkörper ausgebildet ist, in welchen Kanäle mit metallisierten Kanalwänden eingebracht sind, wobei die Kanäle Hohlleiter bilden.
Ein derartiges Radarsystem ist beispielsweise aus der US 2021/0183797 A1 bekannt. Radarsysteme der eingangs genannten Art werden häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt und bilden dort einen Bestandteil von Fahrerassistenzsystemen. Hierzu erfassen Radarsysteme die Umgebung und ermöglichen anhand der erfassten Daten eine automatische Reaktion eines Kraftfahrzeugs oder zumindest eine Information des Fahrers, insbesondere in Form einer Warnung. Dadurch ist es einerseits möglich, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine von dem Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit zu regeln, wenn die Verkehrssituation dies zulässt, wobei automatisiert eine Anpassung der Geschwindigkeit an die Verkehrssituation erfolgt. In Notsituationen, die durch das Radarsystem erfasst werden, beispielsweise hervorgerufen durch unerwartete Spurwechsel anderer Fahrzeuge, kann eine automatische Notbremsung veranlasst werden. In Fahrerassistenzsystemen und Systemen des autonomen Fahrens werden Radarsysteme häufig mit weiteren Sensoren, beispielsweise Radsensoren und Kamerasensoren kombiniert. Radarsysteme haben im Vergleich zu den anderen Systemen dabei den Vorteil, dass diese auch bei schlechten Wetterbedingungen zuverlässig sind. Darüber hinaus ist es möglich, neben der Erfassung von Abständen zu erfassten Fahrzeugen und Gegenständen, über die Nutzung des Dopplereffekts auch die Relativgeschwindigkeit zu anderen Fahrzeugen bestimmen zu können.
Bei einem Radarsystem bildet das Antennenelement ein zentrales Element, welches die Funktionsfähigkeit des Radarsystems maßgeblich beeinflusst. Dabei ist es bekannt, das Antennenelement aus einem ein- oder mehrteiligen Kunststoffkörper auszubilden, wobei in das Antennenelement Kanäle eingebracht sind und wobei die Kanalwände der Kanäle elektrisch leitfähig ausgerüstet sind, welche Hohlleiter bilden. Das Antennenelement wird dabei in Wirkverbindung mit dem elektronischen Bauelement zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen gebracht.
Das elektronische Bauelement ist zumeist ein Mikrochip in Form eines Hochfrequenzchips, der auf einer Platine angeordnet ist. Dabei ist problematisch, dass während des Betriebs des Radarsystems eine nennenswerte Wärmeemission erfolgt, was insbesondere auf das Erfordernis der Bereitstellung von elektromagnetischen Wellen in einem für Radarwellen üblichen Spektrum mit ausreichender Reichweite zurückzuführen ist. Die Wärmeemission kann je nach Ausgestaltung des Radarsystems mehrere Watt betragen, was insbesondere bei kompakt ausgebildeten Radarsystemen mit einer hohen Wärmebelastung auf kleinem Raum einhergeht. Aus Kunststoff ausgebildete Antennenelemente sind dabei aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit nur bedingt geeignet, Wärme in geeigneter Form aus dem System abzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radarsystem bereitzustellen, welches verbesserte thermische Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Das erfindungsgemäße Radarsystem umfasst ein elektronisches Bauelement zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen und ein Antennenelement, wobei das Antennenelement aus Kunststoffkörper ausgebildet ist, in welchen Kanäle mit elektrisch leitfähig ausgerüsteten Kanalwänden eingebracht sind, wobei die Kanäle Hohlleiter bilden, wobei in das Antennenelement Wärmeleitelemente eingebracht sind.
Erfindungsgemäß hat das Antennenelement neben den elektromagnetischen
Eigenschaften auch thermische Eigenschaften und kann Wärme durch das Antennenelement, aber auch aus dem Antennenelement heraus transportieren. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Antennenelement über die Wärmeleitelemente während der Fertigung eingebracht Wärme abzutransportieren. Dadurch ist während der Fertigung einerseits eine höhere Wärmezufuhr und andererseits auch eine Verkürzung der Abkühlzeit möglich. Des Weiteren ist es möglich, ein kompaktes Radarsystem auszubilden, welches robust ist und über einen langen Zeitraum betrieben werden kann. Durch die verbesserten thermischen Eigenschaften des Antennenelementes vergleichmäßigt sich die Temperatur innerhalb des Antennenelementes. Darüber hinaus verbessert sich auch die Wärmeableitung des die Radarstrahlung sendenden und empfangenden Chips, so dass sich die Messgenauigkeit des Radarsystems und die Sendeleistung verbessert.
Bei mehrteiligen Antennenelemente werden die einzelnen Elemente häufig über ein Lötverfahren miteinander verbunden. Die Wärmezufuhr erfolgt dabei zumeist über einen Luftstrom, der beidseitig auf das Antennenelement aufgebracht wird. Die Wärmeleitelemente verbessern den Transport der Warmluft und es verbessert Wärme besser in das Innere der Elemente transportiert werden kann. Dadurch kann der Fügeprozess beschleunigt werden, gleichzeitig ergibt sich eine Lötverbindung mit verbesserter Qualität.
Die Wärmeleitelemente können Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen umfassen, die in den Kunststoffkörper eingebracht sind. Dabei sind die Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen unabhängig von den die Hohlleiter bildenden Kanälen in den Kunststoffkörper eingebracht. Als Kunststoff für das Antennenelement kommen insbesondere temperaturbeständige Polymere wie Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherimid (PEI), Polyphenylenether (PPE), Polyamid (PA), flüssigkristallines Polymer (LCP), Polycarbonat (PC), Polyphthalamid (PPA), Polyetheretherketon (PEEK) oder Mischungen der vorgenannten Polymere in Betracht.
Vorzugsweise sind die Bereiche des Antennenelementes frei von Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen, die dem Mikrochip oder dem entsprechenden Bereich der Platine zugeordnet sind. Die Wärmeleitfähigkeit kann durch eine Beschichtung der Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen mit wärmeleitfähigem Material verbessert werden. Vorteilhafte Materialien für die Beschichtung sind beispielsweise Metalle wie Nickel, Chrom, Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Silber oder Gold. Diese Materialien sind auch für eine elektrische leitfähige Ausrüstung der Kanalwände geeignet. Die metallische Beschichtung kann einlagig oder mehrlagig sein. Über die Beschichtung der Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen erfolgt eine Wärmeleitung parallel zu dem Material des Antennenelementes, so dass sich die Wärmeleitfähigkeit insgesamt verbessert. Ein typischer Wärmeleitkoeffizient für Kunststoff beträgt beispielsweise etwa 0,3 W/m*K und für Kupfer etwa 300 W/mxK.
Das Aufbringen einer metallischen Beschichtung kann insbesondere durch galvanisches Beschichten erfolgen.
Denkbar sind auch keramische Beschichtungen, beispielsweise auf der Basis von Aluminiumoxid. Keramische Beschichtungen können über ein Vakuumverfahren aufgebracht sein.
Die Schichtdicke der Beschichtung beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 pm und 40 pm. Eine derartige Beschichtung ist kostengünstig und weist eine gute thermische Leitfähigkeit auf.
Die Ausnehmungen können dabei beispielsweise in Form von Sacklöchern oder Durchgangslöchern ausgebildet sein. Dabei ist denkbar, die Ausnehmungen kreisförmig auszugestalten. Besonders bevorzugt weisen die Ausnehmungen oder Durchbrechungen aber eine von der Kreisform abweichende Gestalt auf. Dabei ist vorteilhaft, dass sich die Mantelfläche der Ausnehmungen beziehungsweise Durchbrechungen vergrößert, was wiederum die Wärmeleitfähigkeit erhöht. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Wandung der Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen mit wärmeleitfähigem Material beschichtet ist. Beispielsweise können die Ausnehmungen beziehungsweise Durchbrechungen in der Draufsicht betrachtet kleeblattförmig ausgebildet sein. Zur Verbesserung der Kühlleistung nehmen die Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen vorzugsweise keine Gegenstände, insbesondere keine Haltemittel, wie Schrauben und dergleichen auf.
Die Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen können Kanäle bilden. Dabei ragen die Ausnehmungen in den Kunststoffkörper hinein, beziehungsweise durchgreifen den Kunststoffkörper im Fall der Durchbrechungen. Dadurch ist es möglich, Wärme durch den Kunststoffkörper hindurch aus dem Radarsystem abzuführen, beziehungsweise über den Kunststoffkörper an andere Komponenten des Radarsystems zu übertragen.
Der Wärmfluss durch das Antennenelement steigt mit der Anzahl der Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen je Flächeneinheit an. Vorzugsweise bezieht sich die Flächeneinheit dabei auf die Oberfläche des Antennenelementes die dem elektronischen Bauelement zugewandt ist. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn je cm2 dem elektronischen Bauelement zugewandter Oberfläche zwischen 10 und 50 Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen vorgesehen sind. Ein guter Wärmefluss ergibt sich bereits ab 3 Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen je cm2. Die Ausnehmungen und Durchbrechungen können verschiedenste geometrische Formen aufweisen, wobei die geometrische Gestalt und insbesondere die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Oberfläche die Wärmeübertragung beeinflusst. Insbesondere die Ausnehmungen können im Bereich der dem elektronischen Bauelement zugewandten Oberfläche angeordnet sein. Die Durchbrechungen sind vorzugsweise so ausgebildet, dass diese das Antennenelement durchgreifen.
Je nach Ausgestaltung der Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen kann es ausreichend sein, wenn je cm2 dem elektronischen Bauelement zugewandter Oberfläche zwischen 3 bis 15 Ausnehmungen oder Durchbrechungen vorgesehen sind, wenn die Ausnehmungen oder Durchbrechungen länglich ausgebildet sind und insbesondere eine Länge von mehr als 10 mm aufweisen. Bei mäandrierenden Strukturen können 1 bis 10 je cm2 dem elektronischen Bauelement zugewandter Oberfläche ausreichend sein. Mäandrierende Strukturen sind insbesondere bei oberflächennahen Ausnehmungen vorteilhaft. Insgesamt ist bei dieser Ausgestaltung eine gute Wärmeleitung durch das Antennenelement hindurch gegeben, insbesondere während der Herstellung und der damit verbundenen Fügevorgänge. Gleichzeitig ist die Funktionsfähigkeit des Antennenelementes nicht beeinträchtigt.
Die Wärmeleitelemente können Ausnehmungen in Form von Oberflächenstrukturierungen umfassen. Beispielsweise können in die Oberfläche des Kunststoffkörpers Oberflächenstrukturierungen in Form von Rippen oder Nuten eingebracht werden, wobei die Oberflächenstrukturen die Oberfläche des Kunststoffkörpers vergrößern, was wiederum mit einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit einhergeht. Dabei ist insbesondere denkbar, die Oberflächenstrukturierung in den Bereichen des Kunststoffkörpers einzubringen, die nicht im Zusammenhang mit den die Hohlleiter bildenden Kanälen stehen. Eine vorteilhafte Wärmeabgabe über die Oberflächenstrukturen ergibt sich, wenn je cm2 dem elektronischen Bauelement zugewandter Oberfläche 3 bis 15 Strukturen in Form von Rippen oder Nuten vorgesehen sind. Dies gilt insbesondere, wenn die Strukturen länglich ausgebildet sind und eine Länge von mehr als 10 mm aufweisen. Bei mäandrierenden Strukturen können 1 bis 10 Ausnehmungen je cm2 dem elektronischen Bauelement zugewandter Oberfläche ausreichend sein.
In das Antennenelement können Wärmeleitkörper eingebettet sein. Wärmeleitkörper weisen dabei einen höheren Wärmeleitkoeffizienten auf als das Material des Kunststoffkörpers. Dadurch kann besonders schnell und effektiv Wärme über die Wärmeleitkörper nach außen transportiert werden.
Die Wärmeleitkörper können aus metallischem Werkstoff bestehen. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere denkbar, die Wärmeleitkörper als Formteile auszubilden, beispielsweise in Form von zylindrischen Elementen, wie Hülsen oder Drähte. Denkbar ist auch, die Wärmeleitkörper in Form von Blechen auszubilden. Als Material für die Wärmeleitkörper kommen insbesondere wärmeleitende Materialien aus metallischen Werkstoffen wie Kupfer oder Aluminium in Betracht.
Die Wärmeleitkörper können aus thermisch leitfähigem Kunststoff bestehen. Dabei sind die Wärmeleitkörper so ausgebildet, dass die thermische Leitfähigkeit größer ist als die des Materials des Kunststoffkörpers. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere denkbar, die Wärmeleitkörper in Form von flexiblen Leiterbahnen oder aus Vorspritzlingen auszubilden. Diese weisen zwar im Vergleich zu Wärmeleitkörpern aus metallischen Werkstoffen eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf, vorteilhaft ist aber, dass aus Kunststoffen Wärmeleitkörper in komplexen Geometrien realisiert werden können. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit komplexen Hohlleiterstrukturen vorteilhaft. Vorzugsweise weist der thermisch leitfähige Kunststoff eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/m*K auf.
Das Antennenelement kann mehrschichtig ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, innerhalb des Kunststoffkörpers besonders komplex ausgebildete Kanäle auszubilden und/oder Wärmeleitelemente anzuordnen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Schichten des mehrschichtigen Antennenelementes unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweisen. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Schicht, die dem Bauelement oder der Platine zugewandt ist, eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die anderen Schichten. Hierzu kann die dem Bauelement oder der Platine zugewandte Schicht mit einer dickeren Beschichtung, insbesondere mit einer dickeren metallischen Beschichtung versehen sein.
Die Wärmeleitelemente können applizierte, beispielsweise aufgedruckte Strukturen umfassen. Beispielsweise ist es denkbar, außenseitig auf den Kunststoffkörper ein thermisch leitfähiges Material aufzudrucken oder aufzukleben
Das Antennenelement kann durch ein Radom abgedeckt sein. Das Radom schützt das Antennenelement vor äußeren Einflüssen. Das Radom kann mit dem Antennenelement eine Baueinheit bilden. Bei dieser Ausgestaltung sind die Hohlleiter auf der Seite des Austritts der elektromagnetischen Strahlung geschlossen und das Durchleiten der elektromagnetischen Strahlung erfolgt durch eine entsprechende Modifikation der Beschichtung.
Einige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Radarsystems werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen, jeweils schematisch: Fig. 1 ein Radarsystem im Schnitt;
Fig. 2 ein Antennenelement in räumlicher Ansicht von schräg oben;
Fig. 3 ein Antennenelement in räumlicher Ansicht von schräg unten;
Fig. 4 eine Antennenelement in der Draufsicht;
Fig. 5 ein Diagramm, welches die Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit der Anzahl der Wärmeleitelement illustriert.
Die Figuren zeigen ein Radarsystem 1 , welches Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems eines Fahrzeugs ist. Das Radarsystem 1 umfasst ein elektronisches Bauelement 2 zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen und ein Antennenelement 3, welches auf dem elektronischen Bauelement 2 angeordnet ist. Das Bauelement 2 ist in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet und auf einer Platine 6 angeordnet. Das Antennenelement 3 ist über eine Klebeverbindung stoffschlüssig mit dem Bauelement 2 verbunden.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das elektronische Bauelement 2 auf einer Hauptseite der Platine 6 angeordnet und das Antennenelement 3 auf der anderen Hauptseite. Dabei ist die Platine 6 eingerichtet, elektromagnetische Strahlung zwischen dem Bauelement 2 und dem Antennenelement 3 durchzulassen.
Das Antennenelement 3 ist als aus Polyetheretherketon (PEEK) bestehender Kunststoffkörper ausgebildet, wobei der das Antennenelement 3 bildende Kunststoffkörper mehrschichtig ausgebildet ist und aus mehreren übereinander gestapelten Platten ausgebildet ist. In den Kunststoffkörper sind mehrere Kanäle 4 mit metallisierten Kanalwänden eingebracht sind, wobei die Kanäle 4 Hohlleiter bilden. Die Hohlleiter stehen mit den Sende-ZEmpfangseinheiten des elektronischen Bauelementes 2 in Wirkverbindung. Das Antennenelement ist durch ein Radom abgedeckt.
In das Antennenelement 3 sind Wärmeleitelemente 5 eingebracht, welcher bei der vorliegenden Ausgestaltung Ausnehmungen und Durchbrechungen umfassen. Die Ausnehmungen und Durchbrechungen bilden Kanäle. Dabei sind die Ausnehmungen auf der dem Bauelement 2 zugewandten Seite so ausgebildet, dass sich dort Oberflächenstrukturierungen ausbilden. In die Ausnehmungen sind Wärmeleitkörper eingebettet, welche aus metallischem Werkstoff, vorliegend Aluminium, ausgebildet sind. In einer alternativen Ausgestaltung sind die Wärmeleitkörper aus thermisch leitfähigem Kunststoff ausgebildet. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung umfassen die Wärmeleitelemente 5 aufgedruckte Strukturen
Figur 1 zeigt das zuvor beschriebene Radarsystem 1 im Schnitt. Figur 2 zeigt ein Antennenelement 3 in räumlicher Ansicht von schräg oben und Figur 3 zeigt ein Antennenelement 3 in räumlicher Ansicht von schräg unten mit Wärmeleitelementen 5 in Form von mäandrierenden Durchbrüchen und Ausnehmungen. Die Wandungen der Ausnehmungen und Durchbrechungen sind mit einem wärmeleitfähigen Material beschichtet.
Figur 4 zeigt in der Draufsichtung eine Ausgestaltung eines Antennenelementes 3, bei welchem die Wärmeleitelemente 5 in Form von Durchbrechungen ausgebildet sind, welche das Antennenelement 3 durchdringen. Die Querschnittsform der Durchbrechungen ist bei dieser Ausgestaltung kleeblattförmig. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich bezogen auf die Querschnittsfläche der Ausnehmung, welche den Platzbedarf einer Durchbrechung repräsentiert, eine größere Fläche der Kanalwände und damit eine Verbesserung der Wärmleitung.
Die Kanalwände sind mit einer Beschichtung aus metallischem Material, vorliegend Aluminium, versehen. Die Schichtdicke der Beschichtung beträgt 20 pm. In das Antennenelement sind bei der vorliegenden Ausgestaltung je cm2 dem elektronischen Bauelement 2 zugewandter Oberfläche 24 Ausnehmungen eingebracht.
Figur 5 zeigt ein Diagramm einer Simulationsrechnung, welchem entnehmbar ist, dass der Wärmefluss mit der Anzahl der Durchbrechungen ansteigt. Auf der Abszisse ist die Anzahl der Durchbrüche von 0 bis 12 und auf der Ordinate der Wärmefluss bei 40 Kelvin von 0 Watt bis 3 Watt aufgetragen. Der Berechnung liegt zugrunde, dass in einen Würfel bestehend aus Polyamid mit einer Kantenlänge von 25 mm längliche Durchbrechungen mit einer Länge von 23 mm Länge und einer Breite von 1 ,2 mm eingebracht sind. Die Oberfläche des Würfels ist mit einer Gold- Beschichtung mit einer Schichtdicke von 10 pm versehen. In Richtung der Durchbrechungen wird eine Temperaturdifferenz erzeugt, welche in derselben Richtung einen Wärmefluss bewirkt.

Claims

Patentansprüche
1. Radarsystem (1 ), umfassend ein elektronisches Bauelement (2) zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen und ein Antennenelement (3), wobei das Antennenelement (3) als Kunststoffkörper ausgebildet ist, in welchen Kanäle (4) mit metallisierten Kanalwänden eingebracht sind, wobei die Kanäle (4) Hohlleiter bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in das Antennenelement (3) Wärmeleitelemente (5) eingebracht sind.
2. Radarsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (5) Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen umfassen.
3. Radarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen Kanäle bilden.
4. Radarsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen mit einer wärmeleitfähigen Beschichtung versehen sind.
5. Radarsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass je cm2 dem elektronischen Bauelement (2) zugewandter Oberfläche zwischen 1 bis 50, insbesondere zwischen 3 bis 15 Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen vorgesehen sind
6. Radarsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung einen metallischen Werkstoff umfasst.
7. Radarsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Beschichtung zwischen 0,5 pm und 40 pm beträgt.
8. Radarsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als galvanische Beschichtung ausgebildet ist.
9. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (5) Oberflächenstrukturierungen umfassen.
10. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (5) in das Antennenelement (3) eingebettete Wärmeleitkörper umfassen.
11 . Radarsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitkörper aus metallischem Werkstoff ausgebildet sind.
12. Radarsystem nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeleitkörper aus thermisch leitfähigem Kunststoff ausgebildet sind.
13. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement (3) mehrschichtig ausgebildet ist.
14. Radarsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Bauelement (2) zugeordnete Schicht eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die übrigen Schichten.
15. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (5) aufgedruckte Strukturen umfassen.
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