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.