DE102020206215A1 - Radar sensor and circuit board for contactless permittivity measurement - Google Patents
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Abstract
Leiterplatte (10) für einen Radarsensor, umfassend ein Leiterplattensubstrat (20), wenigstens eine auf dem Leiterplattensubstrat (20) angeordnetes Element (12) zum Führen von Radarsignalen und wenigstens zwei unterschiedliche polarisationsdrehende Strukturen (14, 16, 18), die an unterschiedlichen Positionen der Leiterplatte (10) angeordnet sind und unterschiedliche Frequenzlagen (f1, f2, f3) einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen aufweisen; sowie Radarsensor mit einer solchen Leiterplatte (10).Circuit board (10) for a radar sensor, comprising a circuit board substrate (20), at least one element (12) arranged on the circuit board substrate (20) for guiding radar signals and at least two different polarization-rotating structures (14, 16, 18) which are at different positions the circuit board (10) are arranged and have different frequency positions (f1, f2, f3) of a maximum polarization rotation of reflected radar waves; as well as radar sensor with such a circuit board (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte für einen Radarsensor, umfassend ein Leiterplattensubstrat und wenigstens eine auf dem Leiterplattensubstrat angeordnetes Element zum Führen von Radarsignalen. Bei dem Element zum Führen von Radarsignalen kann es sich insbesondere um eine Radar-Antenne oder eine Hohlleiter-Übergangsstruktur für Radarsignale handeln.The invention relates to a circuit board for a radar sensor, comprising a circuit board substrate and at least one element arranged on the circuit board substrate for carrying radar signals. The element for guiding radar signals can in particular be a radar antenna or a waveguide transition structure for radar signals.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein zentraler Parameter für die Leistung eines Radarsensors für Kraftfahrzeuge mit Antennen in Mikrostreifentechnologie, mit einer Hohlleiter-Übergangsstruktur für Radarsignale oder mit einem anderen Element zum Führen von Radarsignalen ist die Permittivität des Leiterplattensubstrats. Abweichungen der Permittivität von einem erwarteten Wert der Permittivität können zu systematischen Fehlern in der Winkelschätzung des Radarsensors und zu verminderter Reichweite des Radarsensors führen. Eine vom erwarteten Wert abweichende Permittivität einer Leiterplatte kann somit dazu führen, dass die fertig bestückte Leiterplatte aufgrund eines negativen Endprüfungstests entsorgt werden muss.A central parameter for the performance of a radar sensor for motor vehicles with antennas in microstrip technology, with a waveguide transition structure for radar signals or with another element for guiding radar signals is the permittivity of the printed circuit board substrate. Deviations of the permittivity from an expected value of the permittivity can lead to systematic errors in the angle estimation of the radar sensor and to a reduced range of the radar sensor. A permittivity of a circuit board that deviates from the expected value can result in the fully assembled circuit board having to be disposed of due to a negative final test.
Eine Prüfung der Permittivität kann herkömmlich entweder im Fall der bereits bestückten Leiterplatte durch Verwendung beispielsweise von Anpassungsüberwachungen der verwendeten MMICs auf Basis der Antennenanpassung ausgeführt werden. Eine noch nicht bestückte Leiterplatte kann hingegen herkömmlich durch Kontaktierung mit Tastköpfen an beispielsweise für diesen Zweck auf der Leiterplatte ausgebildeten Ringresonatoren vermessen werden. Dies erfordert eine genaue Positionierung der genutzten Tastköpfe. Die für die Prüfung verwendeten Resonatorstrukturen und ihre Zuleitungen bedingen einen erhöhten Flächenbedarf auf der Leiterplatte.A test of the permittivity can conventionally be carried out either in the case of the already populated circuit board by using, for example, adaptation monitoring of the MMICs used on the basis of the antenna adaptation. A circuit board that has not yet been populated, on the other hand, can be measured conventionally by making contact with probe heads on ring resonators formed on the circuit board for this purpose, for example. This requires precise positioning of the probes used. The resonator structures used for the test and their supply lines require more space on the circuit board.
Beide Methoden erfordern eine Kontaktierung der Leiterplatte und haben deshalb Nachteil in Bezug auf die Produktionskosten. Nachteilig ist außerdem, dass bei einer Prüfung der Permittivität an der bestückten Leiterplatte bei einem negativen Ergebnis zusammen mit der bestückten Leiterplatte jedoch mindestens ein MMIC (monolithic microwave integrated circuit, monolithische integrierte Mikrowellenschaltung) entsorgt wird, so dass Kostennachteile entstehen.Both methods require contact to be made with the circuit board and therefore have disadvantages in terms of production costs. Another disadvantage is that when testing the permittivity of the assembled circuit board with a negative result, at least one MMIC (monolithic microwave integrated circuit) is disposed of, so that cost disadvantages arise.
Außerdem ist aufgrund der komplexen Geometrie der zu vermessenden Struktur bei beiden Methoden eine eindeutige Rückführung des Messergebnisses auf die Permittivität erschwert.In addition, due to the complex geometry of the structure to be measured, it is difficult for both methods to clearly trace the measurement result back to the permittivity.
Aus an einem Objekt reflektierter Mikrowellenstrahlung kann Information über eine Permittivität des Objekts erhalten werden. So beschreibt
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leiterplatte für einen Radarsensor zur Verfügung zu stellen, die eine vereinfachte Überprüfung der Permittivität gestattet. Besonders wünschenswert ist es, wenn die Permittivität bereits an der unbestückten Leiterplatte bestimmt werden kann.The object of the invention is to provide a circuit board for a radar sensor that allows a simplified check of the permittivity. It is particularly desirable if the permittivity can already be determined on the unpopulated circuit board.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Leiterplatte für einen Radarsensor, umfassend ein Leiterplattensubstrat, wenigstens eine auf dem Leiterplattensubstrat angeordnetes Element zum Führen von Radarsignalen und wenigstens zwei unterschiedliche polarisationsdrehende Strukturen, die an unterschiedlichen Positionen der Leiterplatte angeordnet sind und unterschiedliche Frequenzlagen einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen aufweisen.The object is achieved according to the invention by a circuit board for a radar sensor, comprising a circuit board substrate, at least one element arranged on the circuit board substrate for guiding radar signals and at least two different polarization-rotating structures which are arranged at different positions on the circuit board and different frequency positions of a maximum polarization rotation of reflected radar waves exhibit.
Das Element zum Führen von Radarsignalen kann auch als radarsignalführendes Element oder als Element zum Weiterleiten von Radarsignalen bezeichnet werden.The element for carrying radar signals can also be referred to as an element carrying radar signals or as an element for forwarding radar signals.
Unter einer maximalen Polarisationsdrehung wird eine maximal nahe an 90° liegende Polarisationsdrehung verstanden. Die maximale Polarisationsdrehung kann auch als maximal orthogonale Polarisationsdrehung bezeichnet werden. Sie entspricht einer maximalen Annäherung an eine Drehung um 90° (orthogonale Polarisationsdrehung), insbesondere einem Erreichen der Polarisationsdrehung um 90°.A maximum polarization rotation is understood to mean a polarization rotation that is at most close to 90 °. The maximum polarization rotation can also be referred to as the maximum orthogonal polarization rotation. It corresponds to a maximum approximation of a rotation by 90 ° (orthogonal polarization rotation), in particular reaching the polarization rotation by 90 °.
Unter einer polarisationsdrehenden Struktur wird eine Struktur verstanden, die geeignet ist, bei Bestrahlung mit Radarwellen einer vorgegebenen Polarisation und Anregungsfrequenz diese Radarwellen zumindest teilweise mit einer gedrehten Polarisation zu reflektieren. Eine solche polarisationsdrehende Struktur kann beispielsweise durch eine metallische Form auf dem Leiterplattensubstrat gebildet werden. Rechteckige polarisationsdrehende Strukturen sind aus
Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine auf dem Leiterplattensubstrat angeordnete Element zum Führen von Radarsignalen wenigstens eine RadarAntenne oder wenigstens eine Hohlleiter-Übergangsstruktur für Radarsignale. Bei dem Element zum Führen von Radarsignalen kann es sich insbesondere um eine Radar-Antenne oder eine Hohlleiter-Übergangsstruktur für Radarsignale handeln.The at least one element arranged on the printed circuit board substrate for guiding radar signals preferably comprises at least one radar antenna or at least one waveguide transition structure for radar signals. The element for guiding radar signals can in particular be a radar antenna or a waveguide transition structure for radar signals.
Die Radar-Antenne kann insbesondere in Mikrostreifentechnologie ausgeführt sein, also eine Patch-Antenne sein. Sie kann insbesondere ein oder mehrere Antennenelemente (Antennen-Patches) auf dem Leiterplattensubstrat umfassen, insbesondere Antennenelemente in Form von leitfähigen Flächen, insbesondere Metallflächen. Bei der Radar-Antenne handelt es sich beispielsweise um eine Empfangsantenne und/oder Sendeantenne für Radarwellenstrahlung, insbesondere Millimeterwellenstrahlung.The radar antenna can in particular be designed using microstrip technology, that is to say a patch antenna. In particular, it can comprise one or more antenna elements (antenna patches) on the circuit board substrate, in particular antenna elements in the form of conductive surfaces, in particular metal surfaces. The radar antenna is, for example, a receiving antenna and / or transmitting antenna for radar wave radiation, in particular millimeter wave radiation.
Die Hohlleiter-Übergangsstruktur für Radarsignale kann beispielsweise eine Leiterstruktur auf dem Leiterplattensubstrat sein, welche zur Koppelung von Radarwellen zwischen der Leiterplatte und einem Hohlleiter (z.B. einer Hohlleiterantenne) ausgelegt ist, beispielsweise zum Anregen eines Hohlleiters, wobei die Welle in den Hohlleiter übergeht. Die Hohlleiter-Übergangsstruktur für Radarsignale kann insbesondere eine Leiterstruktur in Form eines koplanaren Wellenleiters oder einer Mikrostreifenleiterstruktur oder Mikrostreifenleitung sein. Bei der Hohlleiter-Übergangsstruktur für Radarsignale handelt es sich beispielsweise um eine Ein- und/oder Auskoppelstruktur für Radarwellen zum Koppeln von Radarwellen zwischen der Hohlleiter-Übergangsstruktur und einem Hohlleiter, beispielsweise über ein auf der Leiterplatte aufgebrachtes Kopplungsstück (Gehäuse mit Waveguide-Port) für den Hohlleiter.The waveguide transition structure for radar signals can, for example, be a conductor structure on the printed circuit board substrate, which is designed for coupling radar waves between the printed circuit board and a waveguide (e.g. a waveguide antenna), for example to excite a waveguide, the wave merging into the waveguide. The waveguide transition structure for radar signals can in particular be a conductor structure in the form of a coplanar waveguide or a microstrip structure or microstrip line. The waveguide transition structure for radar signals is, for example, a coupling-in and / or decoupling structure for radar waves for coupling radar waves between the waveguide transition structure and a waveguide, for example via a coupling piece (housing with waveguide port) applied to the circuit board the waveguide.
Kern der Erfindung ist somit eine Leiterplatte, die sich durch unterschiedliche polarisationsdrehenden Strukturen auf der Leiterplatte auszeichnet, die eine kontaktlose Bestimmung der Leiterplattensubstratspermittivität unter zur Hilfenahme der Polarisationsunterdrückungseigenschaft gängiger Radarantennen gestatten. Wenn beispielsweise die polarisationsdrehenden Struktur mittels einer Hornantenne bestrahlt wird, kann bei geeigneter Ausrichtung der Hornantenne die Polarisationsdrehung der Struktur in Kombination mit der Polarisationsunterdrückung der Hornantenne verwendet werden, um eine Reduktion der empfangenen Leistung bei der Frequenzlage der maximalen Polarisationsdrehung der polarisationsdrehenden Struktur zu erreichen. Zusätzlich kann die Geometrie der polarisationsdrehenden Struktur mit einer Kamera erfasst werden. Der beschriebene Leistungseinbruch kann ausgewertet werden, um (ggf. zusammen mit der erfassten Geometrie) auf die Permittivität des Leiterplattensubstrats zu schließen. Durch die unterschiedlichen Frequenzlagen der maximalen Polarisationsdrehung der unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen kann die Permittivität aufgrund der unterschiedlichen Positionen der Strukturen ortsaufgelöst bestimmt werden, und/oder es kann Redundanz bei der Auswertung zur Bestimmung der Permittivität erzielt werden. Somit kann die Genauigkeit der Permittivitätsbestimmung verbessert werden.The essence of the invention is thus a circuit board which is characterized by different polarization-rotating structures on the circuit board, which allow a contactless determination of the circuit board substrate permittivity with the aid of the polarization suppression property of common radar antennas. If, for example, the polarization-rotating structure is irradiated by means of a horn antenna, with a suitable alignment of the horn antenna, the polarization rotation of the structure can be used in combination with the polarization suppression of the horn antenna in order to achieve a reduction in the received power at the frequency position of the maximum polarization rotation of the polarization-rotating structure. In addition, the geometry of the polarization-rotating structure can be recorded with a camera. The described drop in performance can be evaluated in order to infer the permittivity of the printed circuit board substrate (possibly together with the recorded geometry). Due to the different frequency positions of the maximum polarization rotation of the different polarization-rotating structures, the permittivity can be determined spatially resolved due to the different positions of the structures, and / or redundancy can be achieved in the evaluation for determining the permittivity. Thus, the accuracy of the determination of the permittivity can be improved.
Um die Signale aller unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen zu erfassen, kann beispielsweise ein Frequenzscan durchgeführt werden, oder es kann eine Breitbandanregung durchgeführt werden, etwa mit einem Rauschsignal. Anhand der unterschiedlichen Frequenzlagen der Leistungseinbrüche, die den jeweiligen Frequenzlagen der maximalen Polarisationsdrehung der polarisationsdrehenden Strukturen entsprechen, kann dann auf die Permittivität an der Position der jeweiligen polarisationsdrehenden Strukturen geschlossen werden. Zusätzlich kann beispielsweise mit einer Kamera die exakte Form der unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen erfasst werden, um etwaige Abweichungen der Formen von einer vorgegebenen jeweiligen Form zu erkennen und gegebenenfalls zu berücksichtigen.In order to acquire the signals of all different polarization-rotating structures, a frequency scan can be carried out, for example, or broadband excitation can be carried out, for example with a noise signal. On the basis of the different frequency positions of the power drops, which correspond to the respective frequency positions of the maximum polarization rotation of the polarization-rotating structures, conclusions can then be drawn about the permittivity at the position of the respective polarization-rotating structures. In addition, the exact shape of the different polarization-rotating structures can be recorded, for example with a camera, in order to recognize any deviations of the shapes from a given respective shape and, if necessary, to take them into account.
Eine solche Leiterplatte ermöglicht es, bei der Herstellung eines Radarsensors frühzeitig, insbesondere noch vor dem Bestücken der Leiterplatte mit einem Hochfrequenzbaustein, beispielsweise einem MMIC, die Permittivität der Leiterplatte an den unterschiedlichen Positionen der polarisationsdrehenden Strukturen zu messen und so etwaige Abweichungen von einer erwarteten Permittivität zu erkennen. Insbesondere kann dabei über die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen mit unterschiedlichen Frequenzlagen ihrer maximalen Polarisationsdrehung der reflektierten Radarwellen eine unmittelbare Zuordnung einer gemessenen Frequenzlage einer maximalen Polarisationsdrehung zu dem betreffenden Ort auf der Leiterplatte erfolgen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei lokal vermessenen polarisationsdrehenden Strukturen die jeweils vermessene Struktur unmittelbar mit einer Kamera erfasst wird.Such a circuit board makes it possible to measure the permittivity of the circuit board at the different positions of the polarization-rotating structures early on, especially before the circuit board is equipped with a high-frequency component, for example an MMIC, and thus to allow any deviations from an expected permittivity recognize. In particular, a measured frequency position of a maximum polarization rotation can be directly assigned to the reflected radar waves via the different polarization-rotating structures with different frequency positions of their maximum polarization rotation of the reflected radar waves relevant location on the circuit board. This can take place, for example, in that, in the case of locally measured polarization-rotating structures, the respectively measured structure is recorded directly with a camera.
Besonders vorteilhaft ist jedoch die Möglichkeit, beim Vermessen der Leiterplatte die Antworten der jeweiligen polarisationsdrehenden Strukturen anhand ihrer unterschiedlichen Frequenzlagen den jeweiligen unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen, und damit den entsprechenden Positionen der Leiterplatte, zuzuordnen. Beispielsweise können die unterschiedlichen Frequenzlagen einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen der unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen in aufsteigender Ordnung der Frequenzlagen den unterschiedlichen Positionen der Leiterplatte in einer vorbestimmten Reihenfolge zugeordnet sein. Abweichungen der Permittivität des Leiterplattensubstrats können beispielsweise zu einer Verschiebung der Frequenzlage führen, bei der die Ordnungsrelation der Frequenzlagen der Strukturen untereinander erhalten bleibt.However, it is particularly advantageous when measuring the circuit board to assign the responses of the respective polarization-rotating structures based on their different frequency positions to the respective different polarization-rotating structures, and thus to the corresponding positions on the circuit board. For example, the different frequency positions of a maximum polarization rotation of reflected radar waves of the different polarization-rotating structures can be assigned in an ascending order of the frequency positions to the different positions of the circuit board in a predetermined order. Deviations in the permittivity of the printed circuit board substrate can lead, for example, to a shift in the frequency position in which the order relationship between the frequency positions of the structures is maintained.
Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen unterschiedliche Auslegungsfrequenzen haben, bei denen im Falle einer vorbestimmten einheitlichen Permittivität des Leiterplattensubstrats die jeweiligen Frequenzlagen einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen auftreten würden, und die unterschiedlichen Auslegungsfrequenzen zueinander jeweils einen Abstand aufweisen, der größer ist als eine aufgrund einer Variationsbreite der Permittivität des verwendeten Leiterplattentyps erwartete Verschiebung der Frequenzlage der maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen gegenüber der jeweiligen Auslegungsfrequenz dieser Frequenzlage. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Frequenzlagen der maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen bei der hergestellten Leiterplatte in aufsteigender Ordnung vorbestimmten Positionen der Leiterplatte zugeordnet sind. Aus den gemessenen Frequenzlagen kann daher zunächst die entsprechende Auslegungsfrequenz ermittelt und diesen zugeordnet werden, und es kann anhand der Abweichung der gemessenen Frequenzlage von der Auslegungsfrequenz auf die Permittivität an der betreffenden Position der Leiterplatte geschlossen werden. Dies kann beispielsweise durch Vergleich der gemessenen Frequenzlage mit für unterschiedliche Permittivitäten simulierten Feldern erfolgen.It is therefore particularly advantageous if the different polarization-rotating structures have different design frequencies at which, in the case of a predetermined uniform permittivity of the printed circuit board substrate, the respective frequency positions of a maximum polarization rotation of reflected radar waves would occur, and the different design frequencies each have a spacing that is greater than a shift in the frequency position of the maximum polarization rotation of reflected radar waves compared to the respective design frequency of this frequency position, expected due to a variation range of the permittivity of the type of printed circuit board used. In this way it can be ensured that the frequency positions of the maximum polarization rotation of reflected radar waves in the printed circuit board produced are assigned in ascending order to predetermined positions on the circuit board. The corresponding design frequency can therefore first be determined from the measured frequency positions and assigned to them, and the permittivity at the relevant position of the circuit board can be deduced from the deviation of the measured frequency position from the design frequency. This can be done, for example, by comparing the measured frequency position with fields simulated for different permittivities.
Je nach Formgebung der polarisationsdrehenden Struktur und je nach der Permittivität des Leiterplattensubstrats an der Position der polarisationsdrehenden Struktur wird eine maximale polarisationsdrehende Wirkung bei einer bestimmten Frequenz der reflektierten Radarwellen bzw. Anregungsfrequenz auftreten. Die polarisationsdrehende Struktur kann somit für eine vorgegebene Lage der Frequenz ihrer maximalen polarisationsdrehenden Wirkung ausgelegt werden. Beispielsweise kann eine rechteckige polarisationsdrehende Struktur für eine erwartete Permittivität des Leiterplattensubstrats am Ort der Struktur gezielt ausgelegt werden, um eine bestimmte Frequenzlage einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen zu erhalten. Dazu können beispielweise in einer Feldsimulation unterschiedliche Kantenlängenverhältnisse der Rechteckform vorgegeben werden und die jeweiligen Reflexionseigenschaften simuliert werden, bis ein geeignetes Kantenlängenverhältnis gefunden wird. Gegebenenfalls kann sich ein Schritt des Skalierens der Kantenlängen und der Anregungsfrequenz anschließen, gefolgt von einer weiteren Feldsimulation zur Überprüfung der durch die Skalierung erreichten Eigenschaften. Gegebenenfalls kann dann eine weitere Variation der Kantenlängenverhältnisse mit erneuten Feldsimulationen erfolgen.Depending on the shape of the polarization-rotating structure and depending on the permittivity of the printed circuit board substrate at the position of the polarization-rotating structure, a maximum polarization-rotating effect will occur at a certain frequency of the reflected radar waves or excitation frequency. The polarization-rotating structure can thus be designed for a given position of the frequency of its maximum polarization-rotating effect. For example, a rectangular polarization-rotating structure can be designed specifically for an expected permittivity of the printed circuit board substrate at the location of the structure in order to obtain a specific frequency position of a maximum polarization rotation of reflected radar waves. For this purpose, for example, different edge length ratios of the rectangular shape can be specified in a field simulation and the respective reflection properties can be simulated until a suitable edge length ratio is found. If necessary, this can be followed by a step of scaling the edge lengths and the excitation frequency, followed by a further field simulation to check the properties achieved by the scaling. If necessary, the edge length ratios can then be varied further with renewed field simulations.
Vorzugsweise haben die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen unterschiedliche Referenz-Frequenzlagen einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen, welche Referenz-Frequenzlagen sich im Falle einer einheitlichen Permittivität des Leiterplattensubstrats entsprechend einem mittleren Wert der Permittivitäten des Leiterplattensubstrats an den Orten der polarisationsdrehenden Strukturen ergeben würden, wobei ein Frequenzabstand zwischen der Frequenzlage einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen einer jeweiligen polarisationsdrehenden Struktur und der zugehörigen Referenz-Frequenzlage kleiner ist als ein kleinster Abstand der betreffenden Referenz-Frequenzlage von jeder benachbarten Referenz-Frequenzlage. Dies bedeutet, dass etwaige lokale Abweichungen der Permittivität des Leiterplattensubstrats an den Orten der polarisationsdrehenden Strukturen von einem mittleren Wert der Permittivitäten nichts an der Zuordnung der polarisationsdrehenden Strukturen zu der Reihenfolge der Frequenzlagen der maximalen Polarisationsdrehung der unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen, in aufsteigender Ordnung der Frequenzlagen, ändert.The different polarization-rotating structures preferably have different reference frequency positions of a maximum polarization rotation of reflected radar waves, which reference frequency positions would result in the case of a uniform permittivity of the circuit board substrate corresponding to an average value of the permittivities of the circuit board substrate at the locations of the polarization-rotating structures, with a frequency spacing between the Frequency position of a maximum polarization rotation of reflected radar waves of a respective polarization-rotating structure and the associated reference frequency position is smaller than a smallest distance of the relevant reference frequency position from each adjacent reference frequency position. This means that any local deviations in the permittivity of the printed circuit board substrate at the locations of the polarization-rotating structures from a mean value of the permittivities does not change anything in the assignment of the polarization-rotating structures to the sequence of the frequency positions of the maximum polarization rotation of the different polarization-rotating structures, in ascending order of the frequency positions .
Vorzugsweise weisen die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen unterschiedliche Formen auf, die unter der Voraussetzung einer einheitlichen Permittivität des Leiterplattensubstrats unterschiedlichen Referenz-Frequenzlagen einer maximalen Polarisationsdrehung entsprechen, wobei ein Abstand zwischen der Frequenzlage einer maximalen Polarisationsdrehung reflektierter Radarwellen einer jeweiligen polarisationsdrehenden Struktur und der betreffenden Referenz-Frequenzlage kleiner ist als ein kleinster Abstand der Referenz-Frequenzlage zu jeder anderen der Referenz-Frequenzlagen. Mit anderen Worten liegt die betreffende Referenz-Frequenzlage einer polarisationsdrehenden Struktur näher an der Frequenzlage der maximalen Polarisationsdrehung der betreffenden polarisationsdrehenden Struktur als an jeder anderen Referenz-Frequenzlage.The different polarization-rotating structures preferably have different shapes, which, assuming a uniform permittivity of the printed circuit board substrate, correspond to different reference frequency positions of a maximum polarization rotation, a distance between the frequency position of a maximum polarization rotation of reflected radar waves of a respective polarization-rotating structure and the relevant reference frequency position being smaller is a smallest distance between the reference frequency position and any other reference frequency position. In other words, the relevant reference frequency position of a polarization-rotating structure is closer to the frequency position of the maximum polarization rotation of the relevant polarization-rotating structure than to any other reference frequency position.
Bevorzugt ist das wenigstens eine auf dem Leiterplattensubstrat angeordnete Element zum Führen von Radarsignalen wenigstens ein planares Element.The at least one element arranged on the printed circuit board substrate for guiding radar signals is preferably at least one planar element.
Bevorzugt wird das wenigstens eine auf dem Leiterplattensubstrat angeordnete Element zum Führen von Radarsignalen durch wenigstens eine metallische Form auf dem Leiterplattensubstrat gebildet.The at least one element arranged on the printed circuit board substrate for guiding radar signals is preferably formed by at least one metallic mold on the printed circuit board substrate.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments emerge from the subclaims.
Vorzugsweise sind die polarisationsdrehenden Strukturen planare Strukturen. Insbesondere erstrecken sich die polarisationsdrehenden Strukturen vorzugsweise jeweils nur in einer Ebene. Die polarisationsdrehenden Strukturen sind vorzugsweise durch flache, zweidimensionale Strukturen auf dem Leiterplattensubstrat gebildet.The polarization-rotating structures are preferably planar structures. In particular, the polarization-rotating structures preferably each extend only in one plane. The polarization-rotating structures are preferably formed by flat, two-dimensional structures on the printed circuit board substrate.
Vorzugsweise werden die polarisationsdrehenden Strukturen jeweils durch eine metallische Form auf dem Leiterplattensubstrat gebildet. Auf diese Weise kann besonders gut eine reflektierende Struktur geschaffen werden.The polarization-rotating structures are preferably each formed by a metallic shape on the printed circuit board substrate. In this way, a reflective structure can be created particularly well.
Vorzugsweise haben die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen unterschiedliche rechteckige Formen. Die Formen können sich beispielsweise durch ihre unterschiedlichen Größen und/oder unterschiedliche Kantenlängenverhältnisse der Kanten der rechteckigen Formen unterscheiden.The different polarization-rotating structures preferably have different rectangular shapes. The shapes can differ, for example, by their different sizes and / or different edge length ratios of the edges of the rectangular shapes.
Vorzugsweise sind die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen rechteckige Metallflächen.The different polarization-rotating structures are preferably rectangular metal surfaces.
Vorzugsweise werden die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen jeweils durch eine leitfähige Inselstruktur auf dem Leiterplattensubstrat gebildet, also durch eine unverbundene, leitfähige Struktur. Dadurch können die Reflektionseigenschaften der Strukturen verbessert werden und sind unabhängig von übrigen Strukturen oder Schaltungselementen auf der Leiterplatte. Die unverbundenen Strukturen können auch als Leiterinseln oder leitfähige metallische Inseln (Conductive Metallic Islands) bezeichnet werden.The different polarization-rotating structures are preferably each formed by a conductive island structure on the printed circuit board substrate, that is to say by an unconnected, conductive structure. As a result, the reflective properties of the structures can be improved and are independent of other structures or circuit elements on the circuit board. The unconnected structures can also be referred to as conductor islands or conductive metallic islands.
Vorzugsweise weist die Leiterplatte wenigstens eine erste leitfähige Schicht auf, wobei die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen durch leitfähige Flächen auf dem Leiterplattensubstrat gebildet werden, und wobei die leitfähigen Flächen und das wenigstens eine Element zum Führen von Radarsignalen in der wenigstens einen ersten leitfähigen Schicht der Leiterplatte ausgebildet sind. Auf diese Weise können die leitfähigen Schichten kostengünstig und ohne zusätzlichen Aufwand in der gleichen Schicht hergestellt werden, in der das wenigstens eine Element zum Führen von Radarsignalen hergestellt wird. Die leitfähige Schicht ist vorzugsweise eine metallische Schicht, und die leitfähigen Flächen sind vorzugsweise Metallflächen.The circuit board preferably has at least one first conductive layer, the different polarization-rotating structures being formed by conductive surfaces on the circuit board substrate, and the conductive surfaces and the at least one element for guiding radar signals being formed in the at least one first conductive layer of the circuit board . In this way, the conductive layers can be produced inexpensively and without additional effort in the same layer in which the at least one element for guiding radar signals is produced. The conductive layer is preferably a metallic layer and the conductive surfaces are preferably metal surfaces.
Vorzugsweise umfasst die Leiterplatte eine rückseitige leitfähige Schicht und eine vorderseitige leitfähige Schicht, welche strukturiert ist, um die unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen und das wenigstens eine Element zum Führen von Radarsignalen zu bilden. Vorzugsweise umfasst die Leiterplatte weiter das zwischen der rückseitigen leitfähigen Schicht und der vorderseitigen strukturierten leitfähigen Schicht angeordnete Leiterplattensubstrat. Durch die rückseitige leitfähige Schicht können Störeinflüsse abgeschirmt werden, und die polarisationsdrehenden Strukturen können in definierter Weise erzeugt werden. Die rückseitige leitfähige Schicht und die vorderseitige leitfähige Schicht können beispielsweise eine rückseitige Metallisierungslage und eine vorderseitige Metallisierungslage sein oder umfassen.The printed circuit board preferably comprises a rear-side conductive layer and a front-side conductive layer which is structured in order to form the different polarization-rotating structures and the at least one element for guiding radar signals. The circuit board preferably further comprises the circuit board substrate arranged between the rear-side conductive layer and the front-side structured conductive layer. The conductive layer on the back can shield interference and the polarization-rotating structures can be produced in a defined manner. The rear-side conductive layer and the front-side conductive layer can be or comprise, for example, a rear-side metallization layer and a front-side metallization layer.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen Radarsensor mit einer Leiterplatte der beschriebenen Art, insbesondere mit einer auf der Leiterplatte aufgebrachten monolithischen integrierten Mikrowellenschaltung, auch als MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) bezeichnet. Die Merkmale der Leiterplatte sind hier besonders vorteilhaft, da sie im Herstellungsprozess bereits in einem frühen Stadium, etwa vor dem Bestücken der Leiterplatte mit der monolithischen integrierten Mikrowellenschaltung, eine Überprüfung der Permittivität der Leiterplatte gestatten, insbesondere eine ortsaufgelöste Überprüfung der Permittivität.The object is further achieved by a radar sensor with a circuit board of the type described, in particular with a monolithic integrated microwave circuit, also referred to as MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), applied to the circuit board. The features of the circuit board are particularly advantageous here because they allow the permittivity of the circuit board to be checked, in particular a spatially resolved permittivity check, at an early stage in the manufacturing process, for example before the monolithic integrated microwave circuit is fitted to the circuit board.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte für einen Radarsensor; -
2 eine schematische Querschnittsansicht der Leiterplatte; -
3 eine schematische Darstellung eines Prüfverfahrens, das bei der Leiterplatte angewendet werden kann; -
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der polarisationsdrehenden Wirkung einer polarisationsdrehenden Struktur; -
5 eine schematische Darstellung von Auslegungsfrequenzen und tatsächlichen Frequenzlagen maximaler Polarisationsdrehungen von polarisationsdrehenden Strukturen einer Leiterplatte; -
6 eine schematische Darstellung von Referenz-Frequenzlagen der unterschiedlichen polarisationsdrehenden Strukturen der Leiterplatte; und -
7 eine schematische Darstellung eines Radarsensors mit der Leiterplatte.
-
1 a schematic representation of a circuit board for a radar sensor; -
2 a schematic cross-sectional view of the circuit board; -
3 a schematic representation of a test method that can be applied to the circuit board; -
4th a schematic illustration to explain the polarization-rotating effect of a polarization-rotating structure; -
5 a schematic representation of design frequencies and actual frequency positions of maximum polarization rotations of polarization-rotating structures of a circuit board; -
6th a schematic representation of reference frequency positions of the different polarization-rotating structures of the circuit board; and -
7th a schematic representation of a radar sensor with the circuit board.
Dieser Leistungseinbruch zeigt sich in der gemessenen reflektierten Leistung Ref des polarisationsgleich empfangenen Anteils der reflektierten Radarwellen in Abhängigkeit der Frequenz f. Dies ist schematisch in
Umgekehrt kann anhand der gemessenen Frequenzlagen f1, f2, f3 der polarisationsdrehenden Strukturen
In den obigen Beispielen kann anstelle der Antenne
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- DE 102011078418 A1 [0006]DE 102011078418 A1 [0006]
- DE 102015225578 A1 [0011]DE 102015225578 A1 [0011]
Claims (10)
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---|---|---|---|
DE102020206215.3A DE102020206215A1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Radar sensor and circuit board for contactless permittivity measurement |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102020206215.3A DE102020206215A1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Radar sensor and circuit board for contactless permittivity measurement |
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Family
ID=78280364
Family Applications (1)
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DE102020206215.3A Pending DE102020206215A1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Radar sensor and circuit board for contactless permittivity measurement |
Country Status (1)
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011078418A1 (en) | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg | Device for examining permittivity of e.g. metallic, anisotropic two-layer dielectric sheet in non-destructive testing area, has processing unit for spatially-resolving image of object by changing focusing point from reflected signals |
DE102015225578A1 (en) | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Robert Bosch Gmbh | Apparatus for receiving microwave radiation |
-
2020
- 2020-05-18 DE DE102020206215.3A patent/DE102020206215A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102015225578A1 (en) | 2015-12-17 | 2017-06-22 | Robert Bosch Gmbh | Apparatus for receiving microwave radiation |
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