Planare Gruppenantenne mit in mehreren Ebenen angeordneten Antennenelementen

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine planare Gruppenantenne für Radarsensoren, mit mehreren in einer gemeinsamen Ebene auf einer Leiterplatte angeordneten Basis- Antennenelementen und mit Zusatz-Antennenelementen, die in einer versetzten Ebene jeweils über einem der Basis-Antennenelemente angeordnet sind.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Gruppenantenne für Radarsensoren, die in Kraftfahrzeugen in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden, beispielsweise zur Ortung vorausfahrender Fahrzeuge in einem automatischen Ab- standsregelsystem (ACC; Adaptive Cruise Control). Diese Radarsensoren arbeiten typischerweise mit einer Frequenz von 24 GHz oder 77 GHz.

Planare Antennen in Mikrostreifentechnologie haben bei diesen Anwendungen den Vorteil, dass sie verhältnismäßig kostengünstig herstellbar sind und eine flache Bauweise ermöglichen und dass keine Übergänge zwischen verschiedenen Leitungssystemen oder Leitungstypen erforderlich sind. Die Basis-Antennenelemente können wie die übrigen Schaltungskomponenten einfach durch entsprechende Mikrostreifenleiter auf einer Leiterplatte gebildet werden. Die gewünschte Richtcharakteristik der Antenne wird dadurch erreicht, dass die Mikrowellenleistung, die über eine Speiseleitung den einzelnen Basis-Antennenelementen zugeführt wird, mit Hilfe von Leistungstransformatoren so auf die Antennenelemente aufgeteilt wird, dass man durch Interferenz eine Hauptkeule erhält und Nebenkeulen weitgehend unterdrückt werden. Die Basis- Antennenelemente sollten dabei so ausgebildet sein, dass innerhalb einer bestimmten Bandbreite eine gute Impedanzanpassung erreicht wird und Reflexionen der zugeführten Mikrowellenleistung vermieden werden. Die Bandbreite ist von der Dicke der Leiterplatte abhängig. Bei 77 GHz ist mit 100 bis 130 μιη dicken Leiterplatten eine Bandbreite von etwa 1 bis 2 GHz erreichbar. In Anbetracht unvermeidbarer Fertigungstoleranzen wäre es jedoch wünschenswert, eine deutlich größere Bandbreite, beispielsweise eine um einen Faktor 3 vergrößerte Bandbreite zu erreichen. Eine bekannte Möglichkeit zur Vergrößerung der Bandbreite besteht darin, dass jedem Basis-Antennenelement ein Zusatz-Antennenelement zugeordnet wird, das parallel in Abstand zu dem zugehörigen Basis-Antennenelement angeordnet ist. Dabei müssen die Zusatz-Antennenelemente korrekt relativ zu den Basis- Antennenelementen ausgerichtet sein.

Bei einer bekannten Konstruktion sind die Basis-Antennenelemente einerseits und die Zusatz-Antennenelemente andererseits auf zwei kongruenten Leiterplatten angeordnet, die dann deckungsgleich übereinander geschichtet werden. Die Herstellung einer solchen Gruppenantenne ist jedoch relativ aufwendig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass auf der Leiterplatte, die die Basis-Antennenelemente trägt, keine zusätzlichen HF-Schaltungskomponenten des Radarsensors untergebracht werden können.

Wenn man andererseits für die Leiterplatte, die die Zusatz-Antennenelemente trägt, einen kleineren Grundriss erhält, so wird die Ausrichtung der Antennenelemente relativ zueinander weiter erschwert.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gruppenantenne der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich einfacher herstellen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jedes Zusatz- Antennenelement einzeln auf einem zugehörigen Träger angeordnet ist und die Leiterplatte mit den einzelnen Trägern bestückt ist.

Die Träger, die jeweils ein einzelnes Zusatz-Antennenelement aufnehmen, können kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. Zum Bestücken der Leiterplatte mit den so vorbereiteten Trägern können dann gängige Fertigungstechnologien wie beispielsweise die SMD-Technologie (Oberflächenmontage) eingesetzt werden, die bei der Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Komponenten üblich sind. Dadurch ist eine einfache und genaue Ausrichtung der Zusatz-Antennenelemente auf relativ zu den zugehörigen Basis-Antennenelementen möglich. Da die Träger mit den Zusatz-Antennenelementen nur eine kleinen Anteil der Fläche der Leiterplatte einnehmen, besteht darüber hinaus die vorteilhafte Möglichkeit, die Leiterplatte mit weiteren Schaltungskomponenten zu bestücken, so dass ein kompakt aufgebauter Radarsensor gebildet werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Oft ist es nicht erforderlich, sämtliche Basis-Antennenelemente mit einem Zusatz- Antennenelement zu versehen. Vielmehr lässt sich eine hohe Bandbreite zumeist auch dadurch erreichen, dass nur diejenigen Basis-Antennenelemente mit einem Zusatz- Antennenelement ausgestattet werden, über die der größte Anteil der Leistung abgestrahlt wird. Die Erfindung erlaubt es, das Schema der Bestückung der Leiterplatte mit Zusatz-Antennenelementen flexibel zu variieren.

Bei den Basis-Antennenelementen kann es sich um Mikrostreifenantennen oder wahlweise auch um andere planare Antennenstrukturen wie beispielsweise Schlitzstrahler handeln.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Grundriss einer Gruppenantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Grundriss einer Gruppenantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3. Die in Fig. 1 gezeigte Gruppenantenne ist beispielsweise in Mikrostreifentechnik auf einer Leiterplatte 10 ausgebildet und weist vier in einer Reihe (oder Spalte) angeordnete quadratische Basis-Antennenelemente 12, 14 auf, die jeweils über eine Zuleitung 16 mit einer gemeinsamen Speiseleitung 18 verbunden sind, über die sie mit Mikrowellenleistung versorgt werden. Jeder Zuleitung 16 ist ein Transformator 20 zugeordnet, der in der Speiseleitung 18 angeordnet ist und die Aufteilung der Mikrowellenleistung auf die verschiedenen Basis-Antennenelemente 12, 14 bestimmt. Auf der Leiterplatte 10 ist außerdem ein weiteres Bauelement 22 einer Hochfrequenzschaltung angeordnet.

Den beiden mittleren Basis-Antennenelementen 14 ist jeweils ein Zusatz- Antennenelement 24 zugeordnet, das durch Resonanzkopplung mit dem zugehörigen Basis-Antennenelement für eine Erhöhung der Bandbreite sorgt, innerhalb derer die Antennenelemente 12, 14 reflexionsarm angepasst sind. Jedes Zusatz- Antennenelement 24 hat einen zu dem betreffenden Basis-Antennenelement 14 ähnlichen, jedoch etwas kleineren Grundriss und ist auf der Oberfläche eines Trägers 26 angeordnet (in Fig. 1 nur strichpunktiert angedeutet).

Die Form und Anordnung der Basis-Antennenelemente 12, 14 relativ zu den jeweiligen Zuleitungen 16 kann je nach Ausführungsform variieren und bestimmt die Polarisationsrichtung der emittierten Strahlung. Die Formen und Orientierungen der Zusatz- Antennenelemente 24 sind dann jeweils entsprechend angepasst.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, wird die Leiterplatte 10 durch eine dielektrische Platte gebildet, die auf einer Oberfläche die Basis-Antennenelemente 12, 14 trägt und auf der entgegengesetzten Oberfläche eine elektrisch leitende (Masse-)Schicht 28 aufweist. Die dielektrische Platte hat beispielsweise eine Dicke von 100 bis 130 μιη. Die Träger 26 werden jeweils durch einen quaderförmigen Block aus einem hochfrequenztauglichen (dielektrischen) Material gebildet, dessen Abmessungen denen eines üblichen SMD-Bauelements ähneln. Jeder Träger 26 zusammen mit dem darauf angeordneten Zusatz-Antennenelement 24 bildet somit einen "Chip", der mit Hilfe eines SMD- Bestückungsautomaten in bekannter Weise so auf der Oberfläche der Leiterplatte 10 montiert werden kann, dass das Zusatz-Antennenelement 24 lagerichtig über dem zugehörigen Basis-Antennenelement 14 liegt. Jedes der inneren Basis- Antennenelemente 14 ist mit einem Bondingfilm 30 bedeckt, mit dem der Träger 26 auf der Leiterplatte 10 fixiert wird.

Fig. 3 und 4 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem die Basis- Antennenelemente 12', 14' durch Schlitzstrahler gebildet werden. Wie Fig. 4 zeigt, ist die Leiterplatte 10 an der Oberseite mit einer durchgehenden metallischen Beschich- tung 32 versehen, in der Schlitze 34 zur Bildung der Schlitzstrahler ausgebildet sind. An der Unterseite der Leiterplatte 10 sind Mikrostreifenleitungen 36 angeordnet, die die Schlitze 34 rechtwinklig kreuzen und zur Zufuhr der Mikrowellenleistung zu den Schlitzstrahlern dienen.

Dem Basis-Antennenelement 14' ist ein Zusatz-Antennenelement 24 zugeordnet, dass auf der Oberfläche eines Trägers 26 sitzt. Der Träger 26 hat die Abmessungen eines SMD-Chips und ist mit einem Bondingfilm 30 oder Kleber auf der leitenden Schicht 32 fixiert.