DE102021207850A1

DE102021207850A1 - Sortiment von Radarsensoren

Info

Publication number: DE102021207850A1
Application number: DE102021207850.8A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hildebrandt; Gustav Klett; Michael Schoor; Klaus Baur; Christian Hollaender; Minh Nhat Pham
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-22
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2023-01-26
Also published as: KR20230015282A; CN115685084A; JP2023016757A; US20230025442A1

Abstract

Sortiment von Radarsensoren in unterschiedlichen Ausführungsvarianten (10), bei dem jeder Radarsensor aufweist:- ein durch ein Radom (14) abgeschlossenes Gehäuse (12),- eine Platine (18), die auf der vom Radom (14) abgewandten Seite mit mindestens einem Hochfrequenzbaustein (22) bestückt ist, und- eine Antennenstruktur auf der dem Radom (14) zugewandten Seite der Platine (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) bei allen Ausführungsvarianten (10) identisch ausgebildet ist und die Antennenstruktur bei mindestens einer Ausführungsvariante eine planare Antennenstruktur und bei mindestens einer Ausführungsvariante (10) eine Hohlleiterstruktur (38) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sortiment von Radarsensoren in unterschiedlichen Ausführungsvarianten, bei dem jeder Radarsensor aufweist:

- ein durch ein Radom abgeschlossenes Gehäuse,
- eine Platine, die auf der vom Radom abgewandten Seite mit mindestens einem Hochfrequenzbaustein bestückt ist, und
- eine Antennenstruktur auf der dem Radom zugewandten Seite der Platine.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Sortiment von Radarsensoren, die in Kraftfahrzeugen zur Erfassung des Verkehrsumfelds eingesetzt werden, beispielsweise im Rahmen von Fahrerassistenzsystemen, Kollisionswarnsystemen oder auch für autonomes Fahren.
Stand der Technik
Die Radarsensoren werden in Kraftfahrzeugen für unterschiedliche Aufgaben mit unterschiedlichem Leistungsprofil eingesetzt, beispielsweise zur Überwachung des Vorfelds des eigenen Fahrzeugs im Rahmen eines Abstandsregelsystems, als Seitenradar zur Erfassung von Objekten im toten Winkel, oder als Rückraumradar im Rahmen einer Spurwechselassistenzfunktion. Bei Radarsensoren für autonomes Fahren bestehen naturgemäß gesteigerte Leistungsanforderungen. Diesen unterschiedlichen Anforderungen wird bisher dadurch Rechnung getragen, dass die Radarsensoren in unterschiedlichen Ausführungsvarianten zur Verfügung gestellt werden.
Andererseits wäre es jedoch im Sinne einer kostgünstigen Fertigung wünschenswert, die Zahl der Varianten möglichst klein zu halten.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sortiment von Radarsensoren zu schaffen, das eine Kostenoptimierung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gehäuse bei allen Ausführungsvarianten identisch ausgebildet ist und die Antennenstruktur bei mindestens einer Ausführungsvariante eine planare Antennenstruktur und bei mindestens einer Ausführungsvariante eine Hohlleiterstruktur aufweist.
Durch die einheitliche Gestaltung der Gehäuse für alle Ausführungsvarianten wird eine kostengünstige Fertigung der Gehäuse in großen Stückzahlen ermöglicht. Zur Erfüllung eines großen Teils der in einem Kraftfahrzeug bestehenden Aufgaben genügt eine Ausführungsvariante mit einer kostengünstigen planaren Antennenstruktur, z. B. in Mikrostreifentechnik. Für Anwendungen, in denen besonders geringe Energieverluste und/oder eine große Bandbreite und/oder eine größere seitliche Detektionsabdeckung bei größeren Winkeln erforderlich sind, wird anstelle der planaren Antennenstruktur eine Hohlleiterstruktur eingesetzt, die allerdings höhere Kosten verursacht und deshalb nur bei Bedarf eingesetzt werden sollte. Beide Ausführungsvarianten können in weitgehend einheitlichen Fertigungsprozessen hergestellt werden, die sich nur darin unterscheiden, dass auf der Platine im einen Fall die planare Antennenstruktur gebildet wird, während im anderen Fall die Platine stattdessen mit der Hohlleiterstruktur bestückt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Hohlleiterstruktur kann als ein- oder mehrlagige Hohlleiterstruktur ausgebildet sein, die nur einen geringen Abstand zwischen der Platine und dem Radom erfordert.
Generell benötigt ein Radarsensor eine Schnittstelle für den Datenaustausch mit einem übergeordneten Steuergerät. Auch diese Schnittstelle kann für alle Ausführungsvarianten einheitlich gestaltet sein. Das gleiche gilt auch für eine Wärmeverteilerplatte zur Verteilung und Abführung der Verlustwärme der aktiven elektronischen Komponenten.
Auch die Bestückung der Platine mit elektronischen Bauelementen kann für die verschiedenen Ausführungsvarianten weitgehend gleich sein.
Auch die Platinen können bei den verschiedenen Ausführungsvarianten weitgehend identisch ausgebildet sein, abgesehen von dem geänderten Hochfrequenz-Layout auf der dem Radom zugewandten Seite der Platine.
Aufgrund der vereinheitlichten Gehäusegeometrie und der weitgehend vereinheitlichten Bestückung können die verschiedenen Ausführungsvarianten auf derselben Fertigungslinie hergestellt werden.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb auch ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Sortiments, bei dem die verschiedenen Ausführungsvarianten auf derselben Fertigungslinie hergestellt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen Schnitt durch einen Radarsensor in einer ersten Ausführungsvariante;
2 einen Schnitt durch einen Radarsensor in einer zweiten Ausführungsvariante;
3 und 4 Abwandlungen der Ausführungsvariante nach 2;
5 einen Schnitt durch einen Radarsensor gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante; und
6 einen Schnitt durch ein Basismodul, das für alle Radarsensoren des Sortiments einheitlich ist.

In 1 ist in einem schematischen Schnitt eine erste Ausführungsvariante 10 eines Radarsensors für Kraftfahrzeuge gezeigt. Der Radarsensor weist ein Gehäuse 12 auf, das auf einer Seite, der Oberseite in 1, durch ein Radom 14 abgeschlossen ist. Im Inneren bildet das Gehäuse 12 eine Anzahl von Stützdomen 16, auf denen eine Platine 18 befestigt ist. Die Platine 18 trägt an der Oberseite ein Mikrowellensubstrat 20 und ist an der Unterseite mit mindestens einem Hochfrequenzbaustein 22 (MMIC) sowie weiteren elektronischen Komponenten 24 bestückt. Die elektronischen Komponenten, die im Betrieb Wärme produzieren, stehen über ein wärmeleitendes Medium 26 in thermischem Kontakt mit einer Wärmeverteilerplatte 28, die die Wärme in den Boden des Gehäuses 12 ableitet, der eine Schar von Kühlrippen 30 bildet.
Die Platine 18 und das Mikrowellensubstrat 20 sind über Einpressstifte 32 (rechts in 1) sowohl elektrisch als auch thermisch und mechanisch mit dem Gehäuse 12 und der Wärmeverteilerplatte 28 verbunden. Das Gehäuse 12 kann (mit Ausnahme des Radoms 14) metallisiert sein und so eine Abschirmung für die elektronischen Komponenten bilden.
Auf der linken Seite in 1 wird die Platine durch Einpressstifte 34 kontaktiert, die zugleich Kontakte eines Steckers bilden, der eine Schnittstelle 36 für den Datenaustausch mit einem nicht gezeigten Steuergerät bildet.
Auf dem Mikrowellensubstrat 20 auf der Oberseite der Platine 18 ist in einem flachen Zwischenraum zwischen der Platine 18 und dem Radom 14 eine einlagige Hohlleiterstruktur 38 angeordnet. Diese Hohleiterstruktur bildet mehrere auf gleicher Höhe liegende Hohlleiter 40, die über nicht gezeigte Hochfrequenzanbindungen mit Signaleingängen und -ausgängen des Hochfrequenzbausteins 22 verbunden sind und an der Oberseite Abstrahlfenster bilden, über die Mikrowellenleistung 42 durch das Radom hindurch abgestrahlt wird. Die Hohlleiterstruktur 38 kann beispielsweise durch einen metallisierten Kunststoffblock gebildet werden, der auf eine das Mikrowellensubstrat 20 bedeckende Masseelektrode 44 aufgelötet ist. Diese Masseelektrode ist über Durchkontierungen 46 mit entsprechenden Kontakten des Hochfrequenzbausteins 22 verbunden und bildet zugleich den unteren Abschluss der Hohlleiter 40.
2 zeigt einen Schnitt durch einen Radarsensor in einer zweiten Ausführungsvariante 50. Das Gehäuse 12, die Wärmeverteilerplatte 28, die Einpressstifte 32, 34 sowie die gesamte Schnittstelle 36 sind mit den entsprechenden Komponenten in 1 baugleich, d. h. form- und materialidentisch. Auch die Platine 18, der Hochfrequenzbaustein 22 und die übrigen elektronischen Komponenten 24 können mit den entsprechenden Komponenten in 1 zumindest weitgehend identisch sein. Anstelle der durch die Hohlleiterstruktur 38 in 1 gebildeten Hohlleiterantenne weist der Radarsensor in der Ausführungsvariante 50 jedoch eine planare Antennenstruktur 52 auf, die durch Mikrostreifenleitungen 54, 56 auf dem Hochfrequenzsubstrat 20 gebildet wird. Die Mikrostreifenleitungen 54, 56 sind in bekannter Weise über Durchkontaktierungen mit entsprechenden Kontakten des Hochfrequenzbausteins 22 verbunden.
Die Herstellungsprozesse für die Ausführungsvarianten 10 und 50 unterscheiden sich im wesentlichen nur dadurch, dass im einen Fall die Platine mit der Hohlleiterstruktur 38 bestückt wird und im anderen Fall die planare Antennenstruktur 52 in Mikrostreifentechnik auf der Platine gebildet wird. Weitere Unterschiede können darin bestehen, dass unterschiedliche Materialien für die Platine 18 bzw. das Hochfrequenzsubstrat 20 verwendet werden. ferner können gewisse Unterschiede in der Bestückung mit elektronischen Komponenten bestehen.
Die bei beiden Ausführungsvarianten identischen Komponenten wie z. B. das Gehäuse 12 können in großen Stückzahlen und somit rationell für das komplette Sortiment gefertigt werden. Da auch die notwendigen Schritte für den Zusammenbau der Komponenten weitgehend gleich sind, mit gewissen Abweichungen bei der Bestückung der Platine 18, können beide Ausführungsvarianten auf derselben Fertigungslinie hergestellt werden.
3 zeigt eine Abwandlung 50' der zweiten Ausführungsvariante 50 nach 2. Bei dieser Abwandlung wird der flache Hohlraum zwischen der Platine 18 und dem Radom 14 zur Unterbringung einer Absorberstruktur 58 genutzt, die zur Unterdrückung von Störstrahlung dient. Die Absorberstruktur 58 ist hier beispielsweise durch Klebung an der Unterseite des Radoms 14 befestigt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante 50", bei der eine Absorber- oder Abschirmungsstruktur 58' beispielsweise durch Löten auf der Oberseite der Platine 18 befestigt ist.
5 zeigt eine dritte Ausführungsvariante 60 mit einer hybriden Antennenstruktur, die zum Teil durch planare Antennenelemente 52' und zum Teil durch eine Hohlleiterstruktur 38' gebildet wird. Beispielsweise können bei einem bistatischen Radarsensor die Sendeantennen planar und die Empfangsantennen als Hohlleiterantennen ausgebildet sein oder umgekehrt.
In 6 ist noch einmal ein Basismodul 70 gezeigt, das all diejenigen Komponenten der Radarsensoren enthält, die bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten identisch sind.

Claims

Sortiment von Radarsensoren in unterschiedlichen Ausführungsvarianten (10, 50, 60), bei dem jeder Radarsensor aufweist: - ein durch ein Radom (14) abgeschlossenes Gehäuse (12), - eine Platine (18), die auf der vom Radom (14) abgewandten Seite mit mindestens einem Hochfrequenzbaustein (22) bestückt ist, und - eine Antennenstruktur auf der dem Radom (14) zugewandten Seite der Platine (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) bei allen Ausführungsvarianten (10, 50, 60) identisch ausgebildet ist und die Antennenstruktur bei mindestens einer Ausführungsvariante (50) eine planare Antennenstruktur (52) und bei mindestens einer Ausführungsvariante (10) eine Hohlleiterstruktur (38) aufweist.
Sortiment nach Anspruch 1, bei dem die Radarsensoren in allen Ausführungsvarianten (10, 50, 60) eine identisch ausgebildete Schnittstelle (36) für den Datenaustausch mit einem Steuergerät aufweisen.
Sortiment nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Radarsensoren in allen Ausführungsvarianten (10, 50, 60) eine identisch ausgebildete Wärmeverteilerplatte (28) im Inneren des Gehäuses (12) aufweisen.
Sortiment nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Hohlleiterstruktur (38) eine einlagige Hohlleiterstruktur ist.
Sortiment nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei mindestens einer Ausführungsvariante (50', 50'') mit planarer Antennenstruktur (52) in dem Gehäuse (12) in dem Zwischenraum zwischen der Platine (18) und dem Radom (14) eine Absorber- oder Abschirmungsstruktur (58, 58`) angeordnet ist.