JP7130129B2 - レーダセンサ - Google Patents

Description

本発明はレーダセンサに関する。

レーダセンサは、離れた物体を検出するために用いられる。このために、電磁レーダ波が予め設定された方向に放出され、かつ物体で反射された部分が再び受信および評価される。レーダセンサは例えば自動車内で、障害物またはそのほかの道路使用者を検出するために用いられ得る。

ＤＥ１０２０１２２０２９１３Ａ１がレーダセンサを説明している。

これを踏まえて、ここで紹介されるアプローチにより、独立請求項によるレーダセンサが紹介される。ここで紹介されるアプローチの有利な変形および改善は、明細書から明らかであり、かつ従属請求項に記載されている。
［本発明の利点］
本発明の実施形態は、レーダセンサの動作時に発生する基板波を、アンテナ基板からコントロールしてカップリング波としてデカップリングし、かつコントロールして吸収することを可能にし得ることが有利である。これにより、レーダセンサの機能性およびとりわけレーダセンサの放射特性が改善され得る。

少なくとも１つのアンテナ構造および少なくとも１つのカップリング構造を備えたレーダセンサが提案され、このカップリング構造は、基板波を、アンテナ構造およびカップリング構造のための支持体として使用されるアンテナ基板からデカップリングし、かつカップリング波として放射領域内に放射するために形成されており、この場合、レーダセンサは、カップリング波を吸収するために放射領域内に配置された吸収体をさらに有している。

本発明の実施形態についてのアイデアは、なかでも以下に説明される思想および知見に基づくと見なされ得る。
アンテナ基板はプリント基板と呼ばれ得る。アンテナ基板は非導電性である。アンテナ基板上および／またはアンテナ基板中には、導電性構造、例えば導体路、貫通ビア、および金属被覆面が配置または集積され得る。導電性構造の一部分はアンテナ構造を形成し得る。導電性構造の別の部分はカップリング構造を形成し得る。アンテナ構造は制御電子機器と接続されている。アンテナ構造は、制御電子機器により、電気的な高周波信号によって印加されると、電磁波を放射し得る。つまりアンテナ構造は送信アンテナとして作用し得る。アンテナ構造は指向特性を有することができ、かつアンテナ構造に高周波信号によって供給される電気エネルギーの大部分を規定の角度範囲内に放射し得る。アンテナ構造はさらに、到着する電磁信号を高周波信号に再現でき、つまり受信アンテナとして作用し得る。

とりわけ、アンテナ基板の表面の導電性の部分領域が、アンテナ構造を形成し得る。導電性材料が、アンテナ構造を形成するために表面に配置され得る。導電性材料は、表面に印刷され得る。様々な印刷方法、例えばスクリーン印刷、輪転印刷などが用いられ得る。その代わりに導電性材料は、別のやり方で表面に堆積され得る。様々な堆積方法、例えば気相からの堆積（例えばＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法）または液相からの堆積（例えばガルバニめっきもしくは無電解めっき）が用いられ得る。堆積前に、導電性材料が堆積されるべきでない面がマスクによってマスキングされ得る。マスクは堆積後に再び除去され得る。その代わりに、導電性材料を全面的に堆積することができ、その後、マスクを施した後に望ましくない部分領域をエッチングにより再び除去できる。マスキングおよび堆積により、アンテナ構造が、表面で非常に精密に方向づけられ得る。部分領域は、相互に導電性に接続され得る。部分領域は、異なる大きさまたは厚さのアンテナ構造を形成し得る。

高周波効果に基づき、制御電子機器によって提供された電気エネルギーの一部が、基板波としてアンテナ構造からアンテナ基板中にカップリングされ、かつアンテナ基板中を伝播し得る。アンテナ基板の端、例えば周縁では、基板波がコントロールされずにデカップリングし、かつコントロールされていない方向に放射し、こうしてノイズを引き起こし得る。

カップリング構造は、基板波のための捕獲機構またはトラップとして作用することができ、かつ基板波を的確にアンテナ基板からデカップリングし得る。この場合、カップリング構造自体はアンテナとして作用し、アンテナ側で、電磁波（ここではカップリング波と呼ばれる）を放射し得る。カップリング構造は、電磁波をとりわけ放射領域内に放出し得る。このためにカップリング構造は固有の指向特性を有し得る。カップリング構造の指向特性は、アンテナ構造の指向特性とは著しく異なり得る。カップリング構造の指向特性は吸収体へ方向づけられ得る。

吸収体は、吸収した電磁波を熱に変換する。例えば吸収体は、炭素、例えばグラファイトから成る導電性の粒子および／または繊維を高い割合で含有するプラスチック材料から成り得る。吸収体は、金属のまたは金属被覆されたフォームから成っていてもよい。

アンテナ構造は、指向特性を有するために、主要延び方向に方向づけられ得る。主要放射方向は、アンテナ構造の隣の主要延び方向に沿って配置され得る。カップリング構造は、アンテナ構造の隣に配置され得る。言い換えれば、カップリング構造は、アンテナ構造に対して横にずれて配置され得る。

カップリング構造は、アンテナ構造から電気的に分離され得る。カップリング構造は、アンテナ基板によりアンテナ構造から絶縁され得る。アンテナ構造とカップリング構造の間に電流は流れ得ない。カップリング構造はレーダセンサの受動素子であり得る。

アンテナ基板の表面の導電性の部分領域が、カップリング構造を形成し得る。アンテナ構造の製造中に、カップリング構造のための導電性材料が、同じ作業ステップ内で表面に配置され得る。アンテナ構造のための導電性材料もカップリング構造のための導電性材料も、１つの共通の作業ステップ内で表面に印刷され得る。導電性材料が、１つの共通の作業ステップ内で表面に堆積され得る。堆積前に、アンテナ構造のためにもカップリング構造のためにも導電性材料が堆積されるべきでない面が、マスクによってマスキングされ得る。マスクは堆積後に再び除去され得る。マスキングおよび堆積により、カップリング構造が、アンテナ構造に対して非常に精密に方向づけられ得る。表面でのカップリング構造の配置により、表面に沿って進む基板波が特に良好にデカップリングされ得る。

部分領域は、電気的に互いに分離され得る。カップリング構造は、関連のない単一面を有し得る。互いに分離された単一面により、カップリング構造の個々の部分領域の相互の影響を少なくすることができる。

部分領域は、異なる方向に方向づけられたアンテナ構造を形成し得る。方向づけが異なるアンテナ構造は、アンテナ構造の主要延び方向に対して異なる角度で方向づけられている。この異なる角度により、カップリング構造は、アンテナ構造より弱い指向特性を有する。この異なる角度により、カップリング構造は、異なる方向からの基板波を、アンテナ基板からデカップリングし得る。

方向づけが同じアンテナ構造がグループ化されて配置され得る。方向づけが同じアンテナ構造は、規則的な間隔をあけて配置され得る。アンテナ構造の計画的な方向づけにより、基板波の予測された周波数が特に良好にアンテナ基板からデカップリングされ得る。

吸収体は、レーダセンサのレーダドームの、カップリング構造に向かい合っている表面に配置され得る。レーダドームはレーダセンサの保護カバーであり得る。レーダドームは電磁波に対して透過性であり得る。吸収体は、アンテナ基板から空間的に分離されて配置され得る。この空間的な分離により、吸収体は、アンテナ構造から確実に電気絶縁され得る。ことによると吸収体中で生じるかもしれない電流は、こうして確実にアンテナ構造から分離されている。発生する熱はレーダドームを介して導出され得る。

吸収体はさらに、レーダセンサの制御電子機器を守るために形成され得る。吸収体は、カップリング構造の放射領域内の制御電子機器の前に配置され得る。こうして単一の部品が両方の機能を果たし得る。

以下では、本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら説明するが、これに関しては図面も説明も本発明として制限的に解釈するべきではない。

１つの例示的実施形態によるレーダセンサを示す図である。 １つの例示的実施形態によるレーダセンサの断面図である。

図は概略的にすぎず、縮尺には従っていない。同じ符号は、図では同じまたは同じ作用をする特徴を意味する。
高周波（ＨＦ）基板上でのアンテナを備えたレーダセンサの場合、実現形態に応じて、プリント基板中を伝播する望ましくない出力部分、いわゆる基板波が生じ得る。基板波を抑制するため、いわゆるハイインピーダンス構造が使用され得る。ハイインピーダンス構造を使用する際には、接地面に対する貫通ビアが必要である。多数の構造により、追加的な製造費および製作リスクが発生し得る。

したがって、ここで紹介するアプローチでは、基板波の出力を吸収体中に放射し、かつ追加的な製造ステップを必要としない構造が使用される。
本発明の実施形態
図１は、１つの例示的実施形態によるレーダセンサ１００の図を示している。レーダセンサ１００は、レーダセンサ１００の少なくとも１つのアンテナ構造１０４およびレーダセンサ１００の少なくとも１つのカップリング構造１０６のための支持体として働くアンテナ基板１０２を有している。アンテナ構造１０４はアンテナアレイと呼ばれ得る。アンテナ構造１０４は、１列に相並んで配置された複数の個々のアンテナ構造１０８を有している。この列は、アンテナ構造１０４の主要方向に方向づけられている。ここでは６つの個々のアンテナ構造１０８を備えたアンテナ構造１０４を示している。個々のアンテナ構造１０８の数は、要求に応じて適合され得る。アンテナ構造１０８は、相互におよびレーダセンサ１００の制御電子機器と、アンテナ基板１０２の導電性の導体路１１０によって接続されている。導体路１１０も主要方向に方向づけられている。アンテナ構造１０８は、ここではアンテナ基板１０２の表面の金属被覆面である。アンテナ構造１０４の中央のアンテナ構造１０８は、外側に配置されたアンテナ構造１０８より大きい。

カップリング構造１０６は、アンテナ構造１０４の両側に配置されている。ここではカップリング構造１０６は、アンテナ基板１０２の表面の多数の金属被覆面から成っている。カップリング構造１０６の個々の面は、相互にまたはアンテナ構造１０４と電気接続されていない。カップリング構造１０６の金属被覆面もアンテナ構造１０８を形成している。カップリング構造１０６のアンテナ構造１０８は、異なって方向づけられている。この場合、方向づけが同じそれぞれ９つのアンテナ構造１０８が、３×３のマトリクスでグループ化されている。これに関し、隣り合うマトリクスのアンテナ構造は、それぞれ異なって方向づけられている。ここでは、アンテナ構造１０８が２つの方向に方向づけられている。アンテナ構造１０８の半分は主要方向に方向づけられている。アンテナ構造１０８の別の半分は主要方向を横切って方向づけられている。

導体路１１０を介して電気的な励起信号がアンテナ構造１０４のアンテナ構造１０８に印加されると、アンテナ構造１０４は、提供された出力の一部分を電磁レーダ波として、設計に基づく放射方向に放射する。出力の別の部分は、基板波１１４としてアンテナ基板１０２中にカップリングされる。

カップリング構造１０６のアンテナ構造１０８は、基板波１１４をアンテナ基板１０２からデカップリングし、かつカップリング構造１０６のアンテナ構造１０８の側ではカップリング波を、カップリング構造１０６の放射領域内に放射する。

放射領域内には、少なくとも１つのここでは図示されていない吸収体が配置されており、この吸収体が、カップリング波を吸収して熱に変換する。
アンテナ構造１０４は、例えば７６ＧＨｚの周波数で動作され得る。その際、寄生的高周波効果が発生する。このような高周波効果が基板波１１４であり、基板波１１４は、別の導電体までまたはアンテナ基板１０２の端まで進んで、そこから放射される。

アンテナ基板１０２の端は製造公差を有しており、それにより、端での放射の方向は決まっていない。決まっていない放射は、レーダセンサのアンテナ放射パターンを変化させ得る。

図２は、１つの例示的実施形態によるレーダセンサ１００の断面図を示している。このレーダセンサ１００は、図１でのレーダセンサに実質的に対応している。それに加えてここではカップリング波２００、吸収体２０２、およびレーダセンサ１００のレーダドーム２０４が示されている。カップリング構造１０６のアンテナ構造１０８は、基板波１１４をアンテナ基板１０２からデカップリングし、かつカップリング波２００を放射領域２０６内に放射する。放射領域２０６内には吸収体２０２が配置されている。ここでは、吸収体２０２はレーダドーム２０４に配置されている。吸収体は、隙間によりカップリング構造１０６から分離されており、したがってカップリング構造１０６のアンテナ構造１０８から電気絶縁されている。

レーダドーム２０４は、アンテナ構造１０４によって放射されるレーダ波２０８に対して透過性であり、かつレーダセンサ１００の電気コンポーネントを環境の及ぼす影響から保護している。

言い換えれば、製造のために、センサプリント基板とも呼ばれるアンテナ基板１０２上で、アンテナの隣にまたはアンテナの周りに追加的な構造が施され、これらの追加的な構造が、到着する基板波１１４を、その上にある吸収体２０２の方向に転換または放射し、したがって減衰させる。こうしてアンテナ特性は可能な限り少ない影響しか受けない。これらの構造を製造するために、製造プロセスにおけるさらなる製作ステップは必要ない。つまり、ここで紹介しているアプローチはコストニュートラルである。そのうえ、基板波１１４をハイインピーダンス構造において反射する代わりに、こうして基板波１１４を基板から放射する。

ここで紹介しているアプローチによるレーダセンサ１００は、アンテナの上にあるレーダ透過性のレーダドーム２０４を備えたハウジング内の送信アンテナおよび受信アンテナを備えたプリント基板と、ハウジング内の吸収体２０２とを有している。アンテナ構造１０４の隣にはさらなる金属構造が配置されており、この金属構造は、アンテナから基板中を進む出力を、吸収体２０２の方向に転換する。構造として、パッチアンテナが使用され得ることが好ましく、なぜならパッチアンテナは簡単にプリント基板の製作プロセス内で製造され得るからである。パッチアンテナは、長方形の構造として、アンテナの隣に配置され得る。これらの構造は、基板波１１４がアンテナ特性を変化させないように、放射された基板波１１４を吸収体２０２中で吸収するために、吸収体２０２の下またはすぐ隣に配置され得る。

カップリング構造１０６およびアンテナ構造１０４は、金属エッチングおよび／または金属堆積され得る。カップリング構造１０６の個々の面は、例えば長さ４ミリメートルおよび幅２ミリメートルを有し得る。長さは、放射されるレーダ波２０８の波長に依存する。個々の面の長さは、波長に対して調和の取れた関係にあり得る。例えば、長さは１／４λまたは波長の整数倍であり得る。適切な長さは、アンテナ基板１０２の寸法および／または高周波特性にも依存している。

最後に、「有している」、「含んでいる」などのような概念は別の要素または別のステップを排除せず、かつ「１つ」のような概念は複数を排除しないことを指摘しておく。請求項における符号は制限と見なすべきではない。

Claims (6)

1. 少なくとも１つのアンテナ構造（１０４）および少なくとも１つのカップリング構造（１０６）を備えたレーダセンサ（１００）であって、前記カップリング構造（１０６）が、基板波（１１４）を、前記アンテナ構造（１０４）および前記カップリング構造（１０６）のための支持体として使用されるアンテナ基板（１０２）からデカップリングし、かつカップリング波（２００）として放射領域（２０６）内に放射するために形成されており、この場合、前記レーダセンサ（１００）が、前記カップリング波（２００）を吸収するために前記放射領域（２０６）内に配置された吸収体（２０２）をさらに有し、
   前記アンテナ基板（１０２）の表面の導電性の部分領域が、前記カップリング構造（１０６）を形成し、
   前記部分領域は、複数のアンテナ構造（１０８）を含むグループを複数形成し、隣り合うグループのアンテナ構造（１０８）は、互いに異なる方向に方向づけられており、
   前記複数のグループの各々においては、方向づけが同じアンテナ構造（１０８）がグループ化されて配置されている、レーダセンサ（１００）。
2. 前記カップリング構造（１０６）が、前記アンテナ構造（１０４）の隣に配置されている、請求項１に記載のレーダセンサ（１００）。
3. 前記カップリング構造（１０６）が、前記アンテナ構造（１０４）から電気的に分離されている、請求項１または２に記載のレーダセンサ（１００）。
4. 前記部分領域が、電気的に互いに分離されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーダセンサ（１００）。
   
5. 前記吸収体（２０２）が、前記レーダセンサ（１００）のレーダドーム（２０４）の、前記カップリング構造（１０６）に向かい合っている表面に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーダセンサ（１００）。
6. 前記吸収体（２０２）がさらに、前記レーダセンサ（１００）の制御電子機器を守るために形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーダセンサ（１００）。

Images