WO2023165756A1 - Vorrichtung für einen übergang einer hochfrequenzverbindung zwischen einer streifenleiterverbindung und einem hohlleiter, hochfrequenzanordnung und radarsystem - Google Patents

Vorrichtung für einen übergang einer hochfrequenzverbindung zwischen einer streifenleiterverbindung und einem hohlleiter, hochfrequenzanordnung und radarsystem Download PDF

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WO2023165756A1
WO2023165756A1 PCT/EP2023/051091 EP2023051091W WO2023165756A1 WO 2023165756 A1 WO2023165756 A1 WO 2023165756A1 EP 2023051091 W EP2023051091 W EP 2023051091W WO 2023165756 A1 WO2023165756 A1 WO 2023165756A1
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WO
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carrier substrate
waveguide
section
connection
electrically conductive
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PCT/EP2023/051091
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Klaus Baur
Minh Nhat Pham
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a device for a transition of a high-frequency connection between a stripline connection and a waveguide.
  • the present invention also relates to a high-frequency arrangement and a radar system with such a device.
  • Radar systems such as those used in the automotive sector, require an antenna or an antenna system for transmitting high-frequency signals and for receiving the reflections from the high-frequency signals transmitted.
  • waveguide antennas for example, can also be used as an alternative. In this case, however, a transition of the high-frequency line between the waveguide and a strip line connection is required to connect the high-frequency electronics.
  • the document EP 0 925 617 B1 describes, for example, a transition from a waveguide to a strip line.
  • this publication proposes providing a web in the transition area, which emanates from a waveguide wall opposite the stripline and is contacted with the stripline.
  • the present invention discloses a device for a transition of a radio frequency connection between a stripline connection and a Waveguide, a high-frequency arrangement and a radar system with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are the subject matter of the dependent patent claims.
  • the carrier substrate includes a first section with a strip line structure.
  • the carrier substrate includes a second section with a waveguide structure integrated into the carrier substrate.
  • the carrier substrate includes a third section with a waveguide arranged on an outside of the carrier substrate. The second section is arranged between the first section and the third section.
  • the MMIC is arranged in the first section on the upper side of the carrier substrate.
  • a radar system with a high-frequency arrangement according to the invention.
  • the MMIC can be designed here to generate high-frequency signals that are emitted by an antenna structure of the radar system and to evaluate reflected high-frequency signals that have been received by an antenna structure of the radar system.
  • Numerous electronic circuits for high-frequency applications can provide the high-frequency signals generated by the circuit via a stripline connection and receive external signals via such a stripline connection.
  • Patch antennas for example, can be connected very easily by means of stripline connections of this type.
  • waveguide antennas can also be used in numerous areas of application. To connect waveguide antennas, however, a transition between the stripline connection and the waveguide is required.
  • MMIC monolithic integrated microwave circuits
  • the carrier substrate which can also be used for the printed circuit board substrate for accommodating the MMIC.
  • the carrier substrate which can also be used for the printed circuit board substrate for accommodating the MMIC.
  • this waveguide structure integrated into the carrier substrate is followed by a waveguide on an outside of the carrier substrate.
  • This two-stage transition initially from the strip line connection to the connection integrated in the carrier substrate Waveguide structure and then from the waveguide structure integrated into the carrier substrate to the actual waveguide, an adapted and low-loss transition from the stripline to the waveguide can be realized in a simple and efficient manner.
  • the printed circuit board substrate can be used as the carrier substrate, on which the electronic components and, for example, the MMIC are arranged.
  • the strip line structure in the first section comprises an electrical conductor track on the upper side of the carrier substrate and an electrically conductive coating on the underside of the carrier substrate.
  • the waveguide in the third section can also be arranged on the upper side of the carrier substrate. In this way, all raised components such as waveguides and other electronic components, for example the MMIC, are arranged on the top, while only an electrically conductive coating is provided on the bottom. This results in a smooth and flat underside without any raised structures.
  • the waveguide structure of the second section integrated into the carrier substrate comprises an electrically conductive coating on the upper side and the lower side of the carrier substrate. Furthermore, the lateral delimitation of the waveguide structure integrated into the carrier substrate of the second section is formed by means of electrically conductive vias between the upper side and the lower side. Thus, these electrically conductive vias form a kind of side walls of the waveguide structure integrated into the carrier substrate. As a result, a waveguide structure adapted to the respective requirements and the properties of the radio frequency to be transmitted can be formed in the substrate in a simple manner.
  • the waveguide structure of the second section integrated into the carrier substrate and the waveguide arranged on the carrier substrate overlap in an overlapping region.
  • the transition from the waveguide structure integrated into the carrier substrate to the waveguide on the carrier substrate takes place in the overlapping area.
  • an opening is provided on the upper side of the electrically conductive coating in the overlapping region between the waveguide structure integrated into the carrier substrate and the waveguide arranged on the carrier substrate. Accordingly, the high-frequency signal can propagate through this opening.
  • an electrically conductive connecting element is provided at an edge of this opening.
  • Such an electrically conductive connecting element can form an electrical short circuit between the upper side and the lower side at this position to close off the waveguide structure integrated into the carrier substrate. In this way, the waveguide structure integrated in the substrate can be adapted.
  • an electrically conductive adjustment element is provided in an interior area of the opening.
  • This matching element is arranged insulated from the surrounding electrically conductive coating.
  • the waveguide comprises at least one antenna element in the third section.
  • Such an antenna element can emit a high-frequency signal into the environment and/or high-frequency signals from the environment can be received and guided into the waveguide.
  • the antenna element(s) in the waveguide can be horn antennas or the like, for example.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through a high-frequency arrangement in a device for the transition between a stripline connection and a waveguide according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective representation of a device for the transition of a high-frequency connection between a stripline connection and a waveguide according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a perspective representation of a partial view of a device for the transition of a high-frequency connection between a stripline connection and a waveguide according to a further embodiment
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through a high-frequency arrangement according to an embodiment.
  • a high-frequency arrangement can be used, for example, for a radar system, in particular a radar system in a motor vehicle.
  • the high-frequency arrangement comprises a component 20 with a monolithic integrated microwave circuit (MMIC).
  • MMIC monolithic integrated microwave circuit
  • This component 20 can be arranged on a circuit board 10 .
  • the connection elements of the component 20 can be soldered to corresponding conductor track structures on the carrier substrate 10 .
  • a ball grid array (BGA) structure can be provided on the underside of the component 20, for example.
  • BGA ball grid array
  • the component 20 can also have one or more connections for sending out high-frequency signals and/or receiving high-frequency signals.
  • the corresponding connections can be connected to one or more striplines, which are located in the area of component 20 on carrier substrate 10 .
  • Such a strip line arrangement can be formed, for example, by an electrically conductive structure on the upper side 11 and an electrically conductive coating on the underside 12 of the carrier structure 10 .
  • the side of the carrier structure 10 on which the component 20 is located is referred to as the upper side 11 .
  • the strip conductor structure in the first section I in the region of the component 20 transitions into a waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 in region II.
  • a corresponding transition element can be provided in section II in the transition from the stripline structure in section I to the waveguide structure integrated in the carrier substrate.
  • Section II with the waveguide structure integrated into carrier substrate 10 is followed by a waveguide 30 on upper side 11 of carrier substrate 10 in section III. In this way, a transition between the waveguide 30 in the third section III and the stripline structure in section I can be created.
  • Such an arrangement makes it possible to direct the high-frequency signals output by the component 20, for example the MMIC, to the stripline structure in the waveguide 30 and subsequently to emit the high-frequency signals via a waveguide antenna, for example one or more horn antennas. It is also possible from Waveguide antennas received radio frequency signals to the
  • FIG. 2 shows a perspective view of the device for the transition between the stripline connection in section I and the waveguide in section III according to an embodiment.
  • a conductor track 15 for a stripline structure is provided on the upper side.
  • this stripline structure merges into a waveguide structure integrated in the carrier substrate 10 .
  • This waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 extends over section II.
  • the waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 is formed by electrically conductive coatings on the upper side 11 and the lower side 12 of the carrier substrate 10 .
  • the lateral delimitations of this waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 can be formed, for example, by means of electrically conductive via elements 16 . It goes without saying that in this case a material is selected for the carrier substrate 10 which is suitable for the propagation of the high-frequency signals in the waveguide structure integrated in the carrier substrate 10 .
  • a waveguide 30 adjoins the upper side 11 of the carrier substrate 10 in section III.
  • the waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 and the waveguide 30 arranged on the carrier substrate 10 can overlap in an overlapping region.
  • an opening can be provided in the electrically conductive coating on the upper side 11 of the carrier substrate. The high-frequency signal can thus propagate through this opening between the waveguide structure integrated in the carrier substrate 10 and the waveguide 30 .
  • the frequency or propagation properties of the waveguide structure integrated in the carrier substrate 10 can be adapted, for example, by means of an electrically conductive connection between the coating on the upper side 11 and the coating on the lower side 12 .
  • the waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 is thereby terminated by a short circuit 17 .
  • Figure 3 shows a schematic representation of an alternative adaptation of the transition between the waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 and the adjoining waveguide 30 on the carrier substrate 10.
  • an electrically conductive matching element 18 may be provided in the opening of the electrically conductive coating on the upper side of the carrier substrate 10, through which the transition between the waveguide 30 and the waveguide structure integrated into the carrier substrate 10 takes place.
  • This adaptation element 18 can be, for example, an electrically conductive element which is arranged at a distance, ie insulated from the rest of the electrically conductive coating on the upper side 11 of the carrier substrate 10 .
  • the structure corresponds to the previously described structure for the transition from the stripline connection to the waveguide 30.
  • FIG. 4 shows a perspective external view of a device for the transition of a high-frequency connection between a stripline connection and a waveguide 30 according to an embodiment.
  • This can be, for example, one of the previously described embodiments.
  • one or more antenna elements 31 can be arranged on the waveguide 30 .
  • slots can be provided in the waveguide 30, to which one or more antenna elements 31 are connected.
  • This can be, for example, horn antenna elements, as shown in FIG. The number of four horn antenna elements shown here serves only as an example and does not represent a limitation of the present invention.
  • the present invention relates to a transition between a stripline connection and a waveguide for a high-frequency connection.
  • a stripline connection is followed by a transition to a waveguide structure integrated into the carrier substrate.
  • This waveguide structure integrated into the carrier substrate is then followed by a waveguide on an outside of the carrier substrate.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Übergang zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter für eine Hochfrequenzverbindung. Hierzu wird auf einem Trägersubstrat eine Streifenleiterverbindung angeordnet, an die sich ein Übergang an eine in das Trägersubstrat integrierte Hohlleiterstruktur anschließt. Dieser in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur schließt sich ein Hohlleiter auf einer Außenseite des Trägersubstrats an.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung für einen Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter, Hochfrequenzanordnung und Radarsystem
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Hochfrequenzanordnung und ein Radarsystem mit einer solchen Vorrichtung.
Stand der Technik
Radarsysteme, wie sie beispielsweise im Automobilbereich Verwendung finden, erfordern eine Antenne oder ein Antennensystem zum Aussenden von Hochfrequenzsignalen sowie zum Empfange der Reflektionen von den ausgesendeten Hochfrequenzsignalen. Neben den häufig verwendeten Patchantennen können hierzu auch alternativ beispielsweise Hohlleiterantennen eingesetzt werden. Hierbei ist jedoch ein Übergang der Hochfrequenzleitung zwischen dem Hohlleiter und einer Streifenleiterverbindung zur Anbindung der Hochfrequenzelektronik erforderlich.
Die Druckschrift EP 0 925 617 Bl beschreibt beispielsweise einen Übergang von einem Hohlleiter auf eine Streifenleitung. Hierfür schlägt diese Druckschrift vor, im Übergangsbereich einen Steg vorzusehen, der von einer der Streifenleitung gegenüberliegenden Hohlleiterwand ausgeht und mit der Streifenleitung kontaktiert ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung für einen Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter, eine Hochfrequenzanordnung und ein Radarsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Vorrichtung für einen Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter, mit einem elektrisch isolierenden Trägersubstrat, wobei das elektrisch isolierende Trägersubstrat eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite aufweist. Das Trägersubstrat umfasst einen ersten Abschnitt mit einer Streifeneiterstruktur. Ferner umfasst das Trägersubstrat einen zweiten Abschnitt mit einer in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur. Darüber hinaus umfasst das Trägersubstrat einen dritten Abschnitt mit einem auf einer Außenseite des Trägersubstrats angeordneten Hohlleiter. Dabei ist der zweite Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet.
Weiterhin ist vorgesehen:
Eine Hochfrequenzanordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Übergang zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter sowie einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung (MMIC). Die MMIC ist dabei in dem ersten Abschnitt auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnet.
Schließlich ist vorgesehen:
Ein Radarsystem mit einer erfindungsgemäßen Hochfrequenzanordnung. Insbesondere kann hierbei die MMIC dazu ausgelegt sein, Hochfrequenzsignale zu generieren, die von einer Antennenstruktur des Radarsystems emittiert werden, und reflektierte Hochfrequenzsignale auszuwerten, welche von einer Antennenstruktur des Radarsystems empfangen worden sind.
Vorteile der Erfindung Zahlreiche elektronische Schaltungen für Hochfrequenzanwendungen, wie sie beispielsweise auch für Radarsysteme in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, können die von der Schaltung generierten Hochfrequenzsignale über eine Streifenleiterverbindung bereitstellen sowie externe Signale über eine solche Streifenleiterverbindung empfangen. Mittels derartiger Streifenleiterverbindungen können beispielsweise Patchantennen sehr einfach angebunden werden. Als Alternative zu solchen Patchantennen können jedoch auch in zahlreichen Anwendungsgebieten Hohlleiterantennen eingesetzt werden. Zur Anbindung von Hohlleiterantennen ist jedoch ein Übergang zwischen der Streifenleiterverbindung und dem Hohlleiter erforderlich.
Im Zuge der zunehmenden Optimierung und Miniaturisierung kommen für die Erzeugung sowie Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen auch zunehmend monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMIC) o.ä. zum Einsatz. Diese werden in der Regel auf einem Leiterplattensubstrat angeordnet, wobei die Hochfrequenzanbindung über die zuvor genannte Streifenleiterverbindung erfolgt.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, einen Übergang von einer Streifenleiterverbindung zu einem Hohlleiter zu schaffen, welcher sich effizient in ein Gesamtkonzept mit eines MMIC auf einem Leiterplattensubstrat einfügt.
Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Übergang von einer Streifenleiterverbindung auf einen Hohlleiter mittels des Trägersubstrats zu realisieren, welches auch für das Leiterplattensubstrat zur Aufnahme des MMIC verwendet werden kann. Auf diese Weise kann ein kompakter und verlustarmer Übergang zwischen der Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter geschaffen werden.
Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, zunächst einen Übergang von der Streifenleiterverbindung in einen Abschnitt mit einer in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur zu bilden. Im weiteren Verlauf schließt sich dieser in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur ein Hohlleiter auf einer Außenseite des Trägersubstrats an. Durch diesen zweistufigen Übergang zunächst von der Streifenleiterverbindung in die in das Trägersubstrat integrierte Hohlleiterstruktur und anschließend von der in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur auf den eigentlichen Hohlleiter kann auf einfache und effiziente Weise ein angepasster und verlustarmer Übergang von dem Streifenleiter auf den Hohlleiter realisiert werden. Insbesondere kann dabei als Trägersubstrat das Leiterplattensubstrat genutzt werden, auf welchem die elektronischen Bauelemente und beispielsweise der MMIC angeordnet ist. Somit kann eine kompakte und dabei gleichzeitige kostengünstige Bauform für den Übergang von der Streifen leiterstruktur auf den Hohlleiter genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Streifenleiterstruktur in dem ersten Abschnitt eine elektrische Leiterbahn auf der Oberseite des Trägersubstrats und eine elektrisch leifähige Beschichtung auf der Unterseite des Trägersubstrats. Hierbei kann der Hohlleiter in dem dritten Abschnitt ebenfalls auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnet sein. Auf diese Weise sind alle erhabenen Bauelemente wie Hohlleiter und andere elektronischen Bauelemente, beispielsweise der MMIC, auf der Oberseite angeordnet, während auf der Unterseite lediglich eine elektrisch leitfähige Beschichtung vorgesehen ist. Somit ergibt sich eine glatte bzw. plane Unterseite ohne erhabene Strukturen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die in das Trägersubstrat integrierte Hohlleiterstruktur des zweiten Abschnitts jeweils eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Oberseite und der Unterseite des Trägersubstrats. Ferner wird die seitliche Begrenzung der in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur des zweiten Abschnitts mittels elektrisch leitfähiger Durchkontaktierungen zwischen der Oberseite und der Unterseite gebildet. Somit bilden diese elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungen eine Art Seitenwände der in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur. Hierdurch kann auf einfache Weise eine an die jeweiligen Bedürfnisse und die Eigenschaften der zu übertragenden Hochfrequenz angepasste Hohlleiterstruktur in dem Substrat gebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform überlappen sich die in das Trägersubstrat integrierte Hohlleiterstruktur des zweiten Abschnitts und der auf dem Trägersubstrat angeordnete Hohlleiter in einem Überlappungsbereich. In diesem Überlappungsbereich erfolgt dabei der Übergang von der in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur in den Hohlleiter auf dem Trägersubstrat.
Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Überlappungsbereich zwischen der in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur und dem auf dem Trägersubstrat angeordneten Hohlleiter eine Öffnung auf der Oberseite der elektrisch leitfähigen Beschichtung vorgesehen. Entsprechend kann sich das Hochfrequenzsignal durch diese Öffnung hindurch ausbreiten.
Gemäß einer Ausführungsform ist an einem Rand dieser Öffnung ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement vorgesehen. Durch ein solches elektrisch leitfähiges Verbindungselement kann an dieser Position ein elektrischer Kurzschluss zwischen der Oberseite und der Unterseite zum Abschluss der in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur gebildet werden. Auf diese Weise kann eine Anpassung der in das Substrat integrierten Hohlleiterstruktur erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform ist einem Innenbereich der Öffnung ein elektrisch leitfähiges Anpassungselement vorgesehen. Dieses Anpassungselement ist dabei von der umgebenden elektrisch leitfähigen Beschichtung isoliert angeordnet. Hierdurch kann eine alternative Anpassung für den Übergang von der in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur auf den auf der Oberseite angeordneten Hohlleiter realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Hohleiter in dem dritten Abschnitt mindestens ein Antennenelement. Durch ein solches Antennenelement kann ein Hochfrequenzsignal in die Umgebung emittiert werden und/oder Hochfrequenzsignale von der Umgebung können empfangen und in den Hohlleiter geleitet werden. Bei dem bzw. den Antennenelementen in dem Hohlleiter kann es sich beispielsweise um Hornantennen oder Ähnliches handeln.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Hochfrequenzanordnung in einer Vorrichtung zum Übergang zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung für den Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 3: eine perspektivische Darstellung einer Teilansicht einer Vorrichtung für den Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für den Übergang einer Hochfrequenzverbindung mit integrierten Antennenelementen gemäß einer Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Hochfrequenzanordnung gemäß einer Ausführungsform. Eine solche Hochfrequenzanordnung kann beispielsweise für ein Radarsystem, insbesondere ein Radarsystem in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Die Hochfrequenzanordnung umfasst ein Bauelement 20 mit einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung (MMIC). Dieses Bauelement 20 kann auf einer Leiterplatte 10 angeordnet sein. Beispielsweise können die Anschlusselemente des Bauelements 20 mit korrespondierenden Leiterbahnstrukturen auf dem Trägersubstrat 10 verlötet werden. Hierzu kann beispielsweise auf der Unterseite des Bauelements 20 eine Ball Grid Array (BGA)-Struktur vorgesehen sein. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere geeignete Kontaktierungsmöglichkeiten denkbar. Neben der Spannungsversorgung und den Daten- und Signalleitungen kann das Bauelement 20 auch einen oder mehrere Anschlüsse zum Aussenden von Hochfrequenzsignalen und/oder Empfangen von Hochfrequenzsignalen aufweisen. Hierzu können die entsprechenden Anschlüsse mit einer oder mehreren Streifenleitungen verbunden werden, welche sich im Bereich des Bauelements 20 auf dem Trägersubstrat 10 befinden. Eine solche Streifenleiteranordnung kann beispielsweise durch eine elektrisch leitfähige Struktur auf der Oberseite 11 sowie einer elektrisch leitfähigen Beschichtung auf der Unterseite 12 der Trägerstruktur 10 gebildet werden. Als Oberseite 11 wird hier und im Folgenden die Seite der Trägerstruktur 10 bezeichnet, auf welcher sich das Bauelement 20 befindet.
Die Streifen leiterstruktur in dem ersten Abschnitt I im Bereich des Bauelements 20 geht im Bereich II in eine in das Trägersubstrat 10 integrierte Hohlleiterstruktur über. Hierzu kann im Übergang von der Streifenleiterstruktur im Abschnitt I zu der in dem Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur in Abschnitt II ein entsprechendes Übergangselement vorgesehen sein. Dem Abschnitt II mit der in das Trägersubstrat 10 integrierten Hohlleiterstruktur schließt sich in Abschnitt III ein Hohlleiter 30 auf der Oberseite 11 des Trägersubstrats 10 an. Auf diese Weise kann ein Übergang zwischen dem Hohlleiter 30 in dem dritten Abschnitt III und der Streifenleiterstruktur in Abschnitt I geschaffen werden.
Eine solche Anordnung ermöglicht es, die von dem Bauelement 20, beispielsweise dem MMIC ausgegebenen Hochfrequenzsignale an der Streifenleiterstruktur in den Hohlleiter 30 zu leiten und im weiteren Verlauf die Hochfrequenzsignale über eine Hohlleiterantenne, beispielsweise eine oder mehrere Hornantennen zu emittieren. Ebenso ist es möglich, von Hohlleiterantennen empfangene Hochfrequenzsignale an die
Streifenleiterstruktur und weiter an das Bauelement 20 zu leiten.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung für den Übergang zwischen der Streifenleiterverbindung in Abschnitt I und dem Hohlleiter in Abschnitt III gemäß einer Ausführungsform. Im ersten Abschnitt I ist auf der Oberseite eine Leiterbahn 15 für eine Streifenleiterstruktur vorgesehen. Diese Streifenleiterstruktur geht im Bereich eines Übergangselements 14 in eine in dem Trägersubstrat 10 integrierte Hohlleiterstruktur über. Diese in das Trägersubstrat 10 integrierte Hohlleiterstruktur erstreckt sich über den Abschnitt II.
Die in das Trägersubstrat 10 integrierte Hohlleiterstruktur wird dabei durch elektrisch leitfähige Beschichtungen auf der Oberseite 11 und der Unterseite 12 des Trägersubstrats 10 gebildet. Die seitlichen Begrenzungen dieser in das Trägersubstrat 10 integrierten Hohlleiterstruktur können beispielsweise mittels elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungselementen 16 gebildet werden. Es versteht sich, dass hierbei für das Material für das Trägersubstrat 10 ein Material gewählt wird, welches für die Ausbreitung der Hochfrequenzsignale in der in dem Trägersubstrat 10 integrierten Hohlleiterstruktur geeignet ist.
In Abschnitt III schließt sich, wie oben bereits beschrieben, auf der Oberseite 11 des Trägersubstrats 10 ein Hohlleiter 30 an. Hierbei können sich die in das Trägersubstrat 10 integrierte Hohlleiterstruktur und der auf dem Trägersubstrat 10 angeordnete Hohlleiter 30 in einem Überlappungsbereich überlappen. In diesem Überlappungsbereich kann in der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf der Oberseite 11 des Trägersubstrats eine Öffnung vorgesehen sein. Somit kann das Hochfrequenzsignal durch diese Öffnung sich zwischen der in das Trägersubstrat 10 integrierten Hohlleiterstruktur und dem Hohlleiter 30 ausbreiten.
Ferner kann beispielsweise mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen der Beschichtung auf der Oberseite 11 und der Beschichtung auf der Unterseite 12 eine Anpassung der Frequenz- bzw. Ausbreitungseigenschaften der in das Trägersubstrat 10 integrierten Hohlleiterstruktur erfolgen. Insbesondere wird hierdurch die in das Trägersubstrat 10 integrierte Hohlleiterstruktur durch einen Kurzschluss 17 abgeschlossen.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung für eine alternative Anpassung des Übergangs zwischen der in das Trägersubstrat 10 integrierten Hohlleiterstruktur und dem sich daran anschließenden Hohlleiter 30 auf dem Trägersubstrat 10. Hierbei kann in der Öffnung der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf der Oberseite des Trägersubstrats 10, durch welche der Übergang zwischen dem Hohlleiter 30 und der in das Trägersubstrat 10 integrierten Hohlleiterstruktur erfolgt, ein elektrisch leitfähiges Anpassungselement 18 vorgesehen sein. Bei diesem Anpassungselement 18 kann es sich beispielsweise um ein elektrisch leitfähiges Element handeln, welches beabstandet, das heißt isoliert von der übrigen elektrisch leitfähigen Beschichtung auf der Oberseite 11 des Trägersubstrats 10 angeordnet ist.
Im Übrigen entspricht der Aufbau hierbei dem zuvor beschriebenen Aufbau für den Übergang von der Streifenleiterverbindung zu dem Hohlleiter 30.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Außenansicht einer Vorrichtung für den Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter 30 gemäß einer Ausführungsform. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen handeln. Wie in Figur 4 zusätzlich zu erkennen ist, können an dem Hohlleiter 30 ein oder mehrere Antennenelemente 31 angeordnet sein. Beispielsweise können in dem Hohlleiter 30 Schlitze vorgesehen sein, an welchen sich ein oder mehrere Antennenelemente 31 anschließen. Dabei kann es sich beispielsweise um, wie in Figur 4 dargestellt, Hornantennenelemente handeln. Die hier dargestellte Anzahl von vier Hornantennenelementen dient dabei lediglich als Beispiel und stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar.
Eine solche Anordnung mit einem Übergang von einer Streifen leiterstruktur zu einem Hohlleiter und gegebenenfalls sich daran anschließenden Hohlleiterantennenelementen kann beispielsweise für ein Radarsystem, insbesondere ein Radarsystem in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung einen Übergang zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter für eine Hochfrequenzverbindung. Hierzu wird vorgeschlagen, auf einem Trägersubstrat eine Streifenleiterverbindung anzuordnen. An diese Streifenleiterverbindung schließt sich ein Übergang an eine in das Trägersubstrat integrierte Hohlleiterstruktur an. Dieser in das Trägersubstrat integrierten Hohlleiterstruktur schließt sich daraufhin ein Hohlleiter auf einer Außenseite des Trägersubstrats an.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung für einen Übergang einer Hochfrequenzverbindung zwischen einer Streifenleiterverbindung und einem Hohlleiter (30), mit: einem elektrisch isolierenden Trägersubstrat (10) mit einer Oberseite (11) und einer der Oberseite (11) gegenüberliegenden Unterseite (12), wobei das Trägersubstrat (10) einen ersten Abschnitt (I) mit einer Streifeneiterstruktur, einen zweiten Abschnitt (II) mit einer in das Trägersubstrat (10) integrierten Hohlleiterstruktur und einen dritten Abschnitt (III) mit einem auf einer Außenseite des Trägersubstrats (10) angeordneten Hohlleiter (30) umfasst, und wobei der zweite Abschnitt (II) zwischen dem ersten Abschnitt (I) und dem dritten Abschnitt (III) angeordnet ist.
2 Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Streifenleiterstruktur in dem ersten Abschnitt (I) eine elektrische Leiterbahn (15) auf der Oberseite (11) und eine elektrisch leifähige Beschichtung auf der Unterseite (12) des Trägersubstrats (10) umfasst, und wobei der Hohlleiter (30) in dem dritten Abschnitt (III) auf der Oberseite (11) des Trägersubstrats (10) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die in das Trägersubstrat (10) integrierte Hohlleiterstruktur des zweiten Abschnitts (II) eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Oberseite (11) und der Unterseite (12) umfasst, und wobei seitliche Begrenzungen der in das Trägersubstrat integrierte Hohlleiterstruktur des zweiten Abschnitts (II) mittels elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungselementen (16) zwischen der Oberseite (11) und der Unterseite (12) gebildet wird. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die in das Trägersubstrat (10) integrierte Hohlleiterstruktur des zweiten Abschnitts (II) und der auf dem Trägersubstrat (10) angeordnete Hohlleiter (30) in einem Überlappungsbereich zumindest teilweise überlappen. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei in der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf der Oberseite (11) des Trägersubstrats (10) für die in das Trägersubstrat (10) integrierte Hohlleiterstruktur in dem Überlappungsbereich eine Öffnung vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei an einem Rand der Öffnung ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (17) vorgesehen ist, das dazu ausgelegt ist, die elektrisch leitfähigen Beschichtungen auf der Oberseite (11) und der Unterseite (12) des Trägersubstrats (10) elektrisch miteinander zu kontaktieren. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei in einem Innenbereich der Öffnung ein elektrisch leitfähige Anpassungselement (18) vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Hohleiter (30) des dritten Abschnitts (III) mindestens ein Antennenelement (31) umfasst. Hochfrequenzanordnung, mit: einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltungen (20), die in dem ersten Abschnitt (I) auf der Oberseite (11) des Trägersubstrats (10) angeordnet ist. Radarsystem mit einer Hochfrequenzanordnung nach Anspruch 9.
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