Radarsystem zur Umgebungserfassung mit einer Wellenleiterantenne gebildet aus einer Platine und einem Formteil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radarsystem zur Umgebungserfassung für Kraftfahrzeuganwendungen. Das Radarsystem besitzt erfindungsgemäß eine Wellenleiterantenne sowie ein Hochfrequenzbauteil, wobei sich Wellenleiterantenne und Hochfrequenzbauteil auf der gleichen Seite der Platine befinden und die Wellenleiterantenne aus der Platine und einem Formteil gebildet ist.

Stand der Technik

Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, welche mit Hilfe von Sensorsystemen die Umgebung erfassen und aus der so erkannten Verkehrssituation automatische Reaktionen des Fahrzeugs ableiten und/oder den Fahrer instruieren, insbesondere warnen. Dabei unterscheidet man zwischen Komfort- und Sicherheitsfunktionen.

Als Komfortfunktion spielt in der momentanen Entwicklung FSRA (Full Speed Range Adaptive Cruise Control) eine wichtige Rolle. Das Fahrzeug regelt dabei die Eigengeschwindigkeit auf die vom Fahrer vorgegebene Wunschgeschwindigkeit ein, sofern die Verkehrssituation dies zulässt, andernfalls wird die Eigengeschwindigkeit automatisch an die Verkehrssituation angepasst.

Sicherheitsfunktionen gibt es mittlerweile in vielfältiger Ausprägung. Eine Gruppe bilden dabei Funktionen zur Reduzierung des Brems- bzw. Anhalteweges in Notsituationen bis hin zur autonomen Notbremsung. Eine weitere Gruppe sind Spurwechselfunktionen: Sie warnen den Fahrer bzw. greifen in die Lenkung ein, wenn der Fahrer einen gefährlichen Spurwechsel durchführen möchte, also wenn sich ein Fahrzeug auf der Nebenspur entweder im toten Winkel befindet (wird als BSD - „Blind Spot Detection“ - bezeichnet) oder sich schnell von hinten nähert (LCA - „Lane Change Assist“). Mittlerweile wird der Fahrer aber nicht mehr nur assistiert, sondern die Aufgabe des Fahrers wird zunehmend autonom vom Fahrzeug erledigt, d. h. der Fahrer wird zunehmend ersetzt; man spricht von autonomem Fahren.

Für Systeme der oben beschriebenen Art werden Radarsensoren eingesetzt, häufig auch in Fusion mit Sensoren anderer Technologie, wie z. B. Kamerasensoren. Radarsensoren haben u. a. den Vorteil, dass sie auch bei schlechten Wetterbedingungen zuverlässig arbeiten und neben dem Abstand von Objekten auch direkt deren radiale Relativgeschwindigkeit über den Dopplereffekt messen können. Als Sendefrequenzen werden dabei in der Regel 24GHz, 77GHz und 79GHz eingesetzt.

Durch den zunehmenden funktionalen Umfang solcher Systeme erhöhen sich permanent die Anforderungen, insbesondere an die maximale

Detektionsreichweite. Gleichzeitig findet aber dennoch ein starker Preisverfall statt.

Neben der Umfelderfassung von Kraftfahrzeugen für Systeme der oben beschriebenen Art rückt mittlerweile auch die Innenraumüberwachung von Kraftfahrzeugen in den Fokus, z. B. zur Erkennung, welche Sitze belegt sind; dabei werden Frequenzen im Bereich 60GHz eingesetzt. Die dafür verwendeten Radarsensoren müssen in besonderem Maße kostengünstig sein, um mit anderen Technologien zur Innenraumüberwachung konkurrieren zu können.

Ein zentrales Element jedes Radarsensors ist die Antenne; sie definiert maßgeblich die Performance und den Preis des Sensors. Aktuell werden die Antennen meist in Planartechnologie auf der Hochfrequenz-Platine realisiert, z. B. als Patchantennen. Nachteilig an einer solchen Antennenrealisierung sind einerseits die Verluste in Zuleitungen und Antennen selber (was die Reichweite limitiert) und andererseits die hohen Kosten für eine solche Platine (insbesondere weil spezielle hochfrequenzfähige Substrate benötigt werden, die teuer sind und eine aufwändige Prozessierung benötigen). Aus DE 102018203106 A1 ist ein grundsätzlicher Aufbau eines gattungsgemäßen Radarsensors bekannt, welcher die Nachteile der Planartechnologie dadurch überwindet, dass eine Wellenleiterantenne aus Kunststoff und ein Hochfrequenzbauteil mit mindestens einem Element zum direkten Abstrahlen bzw. Empfangen eingesetzt wird, wobei sich Wellenleiterantenne und Hochfrequenzbauteil auf entgegengesetzten Seiten des Platine befinden und die Kopplung zwischen Hochfrequenzbauteil und Wellenleiterantenne durch die Platine hindurch erfolgt, z. B. über ein einfaches Loch in der Platine. Die dort beispielhaft gezeigte Antenne weist innenliegende Hohlleiterkanäle auf, d. h. sie muss aus wenigstens zwei Lagen zusammengesetzt sein.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik (z. B. für das generelle Konzept aus DE 102018203106 A1 ) einen Aufbau vorzuschlagen, welcher zum einen die Lagenzahl des zur Realisierung der Antenne benötigten Formteils reduziert und zum anderen nicht ein spezielles Hochfrequenzbauteil mit Elementen zum direkten Abstrahlen bzw. Empfangen erfordert, sondern für ein konventionelles Hochfrequenzbauteil geeignet ist, bei welchem die Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil zur Platine geführt werden.

Diese Aufgabe wird grundsätzlich durch ein Radarsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Tatsache, dass ein Radarsystem mit verbesserter Performance und geringerem Preis robust und einfach realisiert werden kann und dabei konventionelle Hochfrequenzbauteile eingesetzt werden können.

Das erfindungsgemäße Radarsystem zur Umgebungserfassung weist folgendes auf: eine Platine, welche mindestens ein Hochfrequenzbauteil trägt, wobei Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil zur Platine geführt sind, und ein Formteil, welches an seiner Oberseite eine oder mehrere Einzelantennen zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen aufweist, wobei die elektrische Verbindung zwischen der Platine und der mindestens einen Einzelantenne auf der Oberseite des Formteils zumindest teilweise durch einen innenliegenden Wellenleiter realisiert wird.

Ferner ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil auf derselben Seite der Platine wie das wenigstens eine Hochfrequenzbauteil angeordnet und mit dieser insbesondere durch Lötung und/oder leitfähige Verklebung zumindest partiell und leitfähig verbunden ist, wenigstens ein hohlförmiger Wellenleiter durch eine Vertiefung auf der der Platine zugewandten Seite des Formteils und eine metallisierte Oberfläche der Platine gebildet wird, dieser wenigstens eine Wellenleiter von der Platine elektrisch gespeist wird und durch diesen Aufbau das Formteil aus einem einlagigen zumindest partiell metallisierten Kunststoffteil oder einem einlagigen Metallteil, welches vorzugsweise durch Druckguss, Tiefziehen oder Biegetechnik hergestellt ist, bestehen kann oder besteht.

Vorteilhafterweise kann die hochfrequente elektrische Leitungsführung zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter zumindest in einem Abschnitt innerhalb der Platine verlaufen, insbesondere durch einen in einem Substrat integrierten Wellenleiter, und darüber das Formteil aufgelötet oder aufgeklebt sein, um so zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter eine Verbindung über Luft zu unterbinden.

Zweckmäßigerweise können Formteil und Platine bereits während des Lötprozesses zusammengepresst werden.

Das Zusammenpressen wird dabei vorzugsweise durch temporär angebrachte Federelemente wie z. B. Klammem und/oder Federstifte realisiert. Alternativ kann das Zusammenpressen auch durch in das Formteil integrierte federnde Elemente realisiert werden, welche mit der Platine vorzugsweise durch Einpressen oder Clipsen verbunden sind.

Ferner kann das Formteil Sollbiegestellen aufweisen, durch die es an die Platine einfacher angeordnet oder angepresst werden kann.

Vorzugsweise sind auf der der Platine zugewandten Seite des Formteils Lotperlen angeordnet, die zur Verlötung dienen und Teil der Wellenleiterberandung sind.

Zweckmäßigerweise kann die Positionierung des Formteils parallel zur Platine durch Strukturen, wie beispielweise Zapfen und Stifte, realisiert werden, die vom Formteil in Aussparungen oder Löcher der Platine ragen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auf der dem Formteil zugewandten Seite der Platine mindestens ein Bauteil angeordnet sein, welches durch eine Kavität in dem Formteil, deren Oberfläche bevorzugt metallisiert ist, abgedeckt ist.

Zweckmäßigerweise kann zwischen mindestens einem Bauteil und dem Formteil ein thermischer Kontakt, insbesondere durch Wärmeleitpaste, hergestellt sein.

Nebengeordnet umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Radarsystems, bei dem das Formteil und die Platine während des Lötprozesses zusammengepresst werden.

Das Zusammenpressen von Formteil und Platine wird dabei vorzugsweise durch temporär angebrachte Federelemente, wie z. B. Klammern und/oder Federstifte, oder durch in das Formteil integrierte federnde Elemente, welche mit der Platine vorzugsweise durch Einpressen oder Clipsen verbunden sind, realisiert.

Dadurch, dass Sollbiegestellen, beispielsweise in Form von Nuten, Durchbrüchen und/oder Stegen, vorgesehen sind, kann das Formteil in besonders einfacher Weise an die Platine angepresst werden. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Hochfrequenzplatine eines Radarsystems nach Stand derTechnik.

Fig. 2 zeigt die Oberseite (links) und die Unterseite (rechts) einer quaderförmigen kunststoffbasierten Hohlleiterantenne.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Radarsensor mit direkter Abstrahlung von einer Oberseite eines Hochfrequenzchips in eine Hohlleiterantenne.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Radarsensor mit direkter Abstrahlung von einer Unterseite eines Hochfrequenzchips durch Öffnungen in einer Platine in eine Hohlleiterantenne, welche sich auf der gegenüberliegenden Seite der Platine befindet.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Radarsensor mit einem konventionellen, sich auf der Oberseite der Platine befindlichen Hochfrequenzchip und einer Hohlleiterantenne, welche durch ein einlagiges Formteil und eine zumindest partiell metallisierte Platinenoberfläche gebildet wird, wobei Formteil und Platine zumindest partiell durch Lötung oder Klebung leitfähig verbunden sind.

In Fig. 6 ist das Formteil von seiner der Platine zugewandten Seite her dargestellt.

Fig. 7 zeigt eine temporäre Verbindung von Formteil und Platine während des Lötoder Klebeprozesses durch einen Federstift.

In Fig. 8 ist ein in das Formteil integriertes Federelement zum Zusammenpressen von Formteil und Platine dargestellt.

Fig. 9 zeigt ein Formteil mit Sollbiegestellen, um ein Zusammenpressen von Formteil und Platine zu erleichtern. Ausführungsbeispiele

Heute werden Antennen für Radarsysteme zur Umfelderfassung meist als planare Antennen auf einer Hochfrequenzplatine realisiert. In Figur 1 ist eine Hochfrequenzplatine mit einem Hochfrequenzbauteil, einem sogenannten MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) und mit drei Sendeantennen (TX) sowie vier Empfangsantennen (RX) gezeigt, wobei die Antennen jeweils aus mehreren Einzelstrahlern zusammengesetzt sind. Die Antennen sind als planare Patchantennen realisiert.

Die Antennen und ihre Zuleitungen vom Hochfrequenzchip benötigen auf der Oberlage der Hochfrequenzplatine ein spezielles Substrat mit für Hochfrequenz geeigneten Materialdaten (z. B. definierte Dicke, definierte Dielektrizitätskonstante, sehr geringer Verlustwinkel). Insbesondere die Materialkosten dieses speziellen Substrats und seine Prozessierung (auch wegen der erforderlichen hohen Strukturgenauigkeiten) führen auf um Faktoren erhöhte Kosten gegenüber einer reinen Niederfrequenzplatine gleicher Größe und gleicher Lagenanzahl. Neben den Kosten sind aber auch die Signalverluste in den Antennen und ihren Zuleitungen nachteilig. Für eine Sende- und eine Empfangsantenne inkl. Zuleitungen liegt man zusammen typischerweise bei Leistungsverlusten von etwa 6dB. Eine derartig reduzierte Sensorempfindlichkeit kann z. B. in einer um 30% reduzierten maximalen Sensorreichweite resultieren.

Aufgrund der genannten Nachteile von platinenbasierten Antennen werden nun verstärkt sogenannte Wellenleiterantennen betrachtet. Hier werden Antennen und ihre Zuleitungen mit Hilfe von Hohlleitern realisiert, welche im einfachsten Fall rechteckförmige Hohlräume mit metallischen bzw. metallisierten Wänden darstellen; deshalb wird häufig auch die Bezeichnung Hohlleiterantenne verwendet. Eine solche Antenne kann als quaderförmiges Kunststoffteil ausgeführt sein und ist beispielsweise in Figur 2 dargestellt. Wie in Figur 2 gezeigt, gibt es auf der Oberseite Öffnungen zur Abstrahlung und auf der Unterseite Öffnungen zur Einspeisung; innerhalb des Kunststoffteils verlaufen Hohlraumstrukturen, wobei alle Oberflächen außen und innen metallisiert sind (für die eigentliche Funktionalität müssten nur die Oberflächen im Bereich der Hohlleiter und der Einzelantennen metallisiert sein, aus Gründen einer einfachen Fertigung wird meist aber die volle Oberfläche metallisiert); in Figur 2 nicht dargestellt sind Vertiefungen auf der Unterseite der Antenne für sich auf der darunterliegenden Platine befindliche Bauelemente (insbesondere den Hochfrequenzchip) und Hochfrequenzleitungen zu in die Hohlleiterantenne abstrahlenden Strukturen. Eine solche Antenne ist typischerweise aus wenigstens zwei metallisierten Lagen zusammengesetzt, um innenliegende Hohlleiter realisieren zu können; bei Verwendung von drei oder mehr Lagen ist auch ein Kreuzen von Hochfrequenzverbindungen möglich. Da die Anordnung der Einzelantennen nun unabhängig vom Chip ist, können, wie in Figur 2 dargestellt, die drei Sendeantennen z. B. unterhalb der vier Empfangsantennen angeordnet werden (bei der platinenbasierten Antenne nach Figur 1 sind sie nebeneinander angeordnet). Da der Chip nun nicht mehr auf der Antennenebene liegt, können kleinere Sensoren realisiert werden.

Als Herstellungsmethode für Kunststoffantennen kommt neben Spritzguss mittlerweile auch der 3D-Druck in Frage. Aus oberflächlich metallisiertem Kunststoff hergestellte Wellenleiterantennen haben gegenüber einer vollmetallischen Realisierung typischerweise deutliche Herstellungs- und Kostenvorteile. Herausforderungen bei kunststoffbasierten Wellenleiterantennen sind die nötige Genauigkeit der Strukturen und die passgenaue Verbindung der mehreren Kunststofflagen - neue Herstellungsverfahren machen dies mittlerweile aber möglich.

Bei konventionellen Hochfrequenzbauteilen werden die Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil in die Platine gespeist. Für die Verwendung von Hohlleiterantennen bedeutet dies, dass immer noch die Hochfrequenzsignale vom Chipausgang bis zu einer in die Hohlleiterantenne abstrahlenden Struktur auf der Platine geführt werden müssen. Zwar können die dafür nötigen Strecken recht kurz und damit die Anforderungen an die Hochfrequenzeigenschaften der Platine reduziert sein, aber trotzdem erfordert dies immer noch eine vergleichsweise teure und aufwändige Platine. Aus diesem Grunde gibt es Bestrebungen direkt von der Oberseite des Hochfrequenzchips in die Hohleiterantenne abzustrahlen, wie in Figur 3 dargestellt. Dieser Ansatz weist allerdings einige Nachteile auf:

- toleranzkritisch ist der Übergang vom Chip 3.6 in die Wellenleiterantenne 3.2; in die lange Toleranzkette geht insbesondere Folgendes ein: Lötung vom Chip, Dicke vom Chip, Toleranzen der Antenne;

- direkter Kontakt der Antenne zum Chip (sowohl bei Produktion als auch über die Lebenszeit), wodurch der Chip geschädigt werden kann;

- Chip 3.6 benötigt neben dem Siliziumkern 3.9, welcher hochfrequente, niederfrequente und digitale Schaltkreise enthält, nicht nur unten einen sogenannten Redistributionlayer 3.10, sondern auch oben einen weiteren Redistributionlayer 3.8 für die Abstrahlelemente 3.7;

- Entwärmung vom Chip ist ungünstig, da Kunststoffantenne 3.2 und vorderes Kunststoffgehäuse 3.1 thermisch isolieren, so dass Wärme vom Chip fast ausschließlich nur über die Platine 3.3 abgeführt werden kann; die thermische Ankopplung des Chips an die metallische Sensorrückseite 3.5 über die Wärmeleitpaste 3.4 ist also nicht direkt, sondern nur durch die Platine hindurch möglich.

Zur Umgehung dieser Nachteile ist in DE 102018203106 A1 der generelle Aufbau nach Figur 4 vorgeschlagen. Die abstrahlenden Elemente 4.7 sind nun auf der Unterseite des Chips 4.6 angeordnet, wobei sich der Chip 4.6 auf der zur Kunststoffantenne 4.2 gegenüberliegenden Seite der Platine 4.3 befindet. Vom Chip 4.6 wird die Kunststoffantenne 4.2 durch die Platine 4.3 gespeist, welche an diesen Stellen für die Radarwellen durchlässig ist; es werden also Hochfrequenz-Übergange vom Chip 4.6 in die Kunststoffantenne 4.2 durch die Platine 4.3 hindurch realisiert. Wie im Figur 4 dargestellt, kann die Durchlässigkeit der Platine 4.3 jeweils einfach durch ein Loch in der Platine 4.3 realisiert werden, wobei die Seitenwände der Platine 4.3 an dieser Stelle dann metallisiert werden, so dass jeweils eine Art Hohlleiter realisiert wird.

Die in DE 102018203106 A1 beispielhaft gezeigte Antenne weist innenliegende Wellenleiterkanäle auf, d. h. sie muss aus wenigstens zwei Lagen zusammengesetzt sein - in der Antenne nach Figur 4 sind die zwei Lagen mit 4.21 und 4.22 bezeichnet.

Wie oben dargestellt, benötigt man zur Vermeidung von Hochfrequenzsignalen auf der Platine ein spezielles Hochfrequenzbauteil mit im Gehäuse realisierten Elementen zum direkten Abstrahlen bzw. Empfangen. Wegen der eingeschränkten Verfügbarkeit und den gegebenenfalls höheren Kosten solcher speziellen Hochfrequenzbauteile werden weiterhin Aufbauten mit konventionellen Hochfrequenzbauteilen, welche die Hochfrequenzsignale über elektrischen Anschlüsse auf die Platine führen, verfolgt. Auf Grund der erhöhten Platinenkosten ist es wichtig, die Hohlleiterantenne möglichst preisgünstig auszuführen. Dazu wird die nachfolgende erfindungsgemäße Realisierung vorgeschlagen.

Figur 5 zeigt eine Wellenleiterantenne, die durch Löten oder leitfähiges Kleben eines metallischen oder zumindest partiell oberflächlich metallisierten einlagigen Formteils 5.2 auf die Platine 5.3 realisiert wird. Damit werden drei Seiten von innenliegenden Hohlleitern 5.13 durch das Formteil, die vierte Seite durch die dort oberflächlich metallisierte Platine realisiert. Etwas grob gesprochen wird die untere Antennenlage 4.22 aus Figur 4 nun durch die Platine 5.3 ersetzt; natürlich muss die Nut für den Wellenleiter im Formteil 5.2 nun die volle Tiefe des Wellenleiters haben. Vorteil ist, dass nur noch ein einlagiges Formteil benötigt wird, während z. B. die Antenne nach Figur 4 zwei Formteile erfordert hat; dies führt zu einer signifikanten Preisreduktion und zu reduzierter Bauhöhe. Der verwendete Verbindungsprozess, also Löten oder Verkleben, ist ebenfalls kostengünstig; im einfachsten Fall werden das Formteil und die Elektronikbauteile im selben Prozess aufgelötet, so dass kein zusätzlicher Prozessschritt nötig wird.

Während Figur 5 die Struktur des Formteils und insbesondere seine nach vorne abstrahlenden Elemente nur sehr vereinfacht und schematisch andeutet, zeigt Figur 6 die Struktur des Formteils 6.2 von der Rückseite her gesehen genauer. Die schraffierten Flächen sind Vertiefungen für Wellenleiter 6.3 (schrägschraffiert) und Bauteilekavitäten 6.4 (kariertschraffiert); 6.41 ist die Kavität für das Hochfrequenzbauteil. Durch solche Kavitäten für Bauteile können diese elektromagnetisch geschirmt werden; dabei ist angenommen, dass die Oberflächen der Kavitäten metallisiert sind. Die weiß markierten Schlitze 6.5 sind Durchbrüche zur Oberseite, welche ihrerseits ansonsten unstrukturiert ist. Die gepunktete Fläche 6.6 stellt die ansonsten glatte Rückseite des Formteils dar. Am Anfang 6.31 der Wellenleiter findet die Einspeisung von der Platine her statt. Im Bereich der Einspeisung kann die Struktur im Formteil auch komplexer sein, um eine bessere Anpassung zu realisieren. Zur Auskopplung aus der Antenne können neben den gezeigten Schlitzen 6.5 auch andere Strukturen wie z. B. Hornstrahler zur Oberseite hin realisiert werden. Es sei bemerkt, dass in Figur 6 angenommen ist, dass sich die Hochfrequenzausgänge des Chips für RX und TX an gegenüberliegenden Seiten befinden, während sie bei für Figur 2 an benachbarten Seiten angenommen wurden. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, können bei einer solchen Realisierung Einzelantennen und Hochfrequenzbauteil nicht mehr übereinander liegen, so dass ähnlich viel Fläche benötigt wird wie bei einer Realisierung der Antennen auf der Platine, also in Planartechnologie.

Zur Speisung der Wellenleiter von der Platine können platinenseitig realisierte Strahlelemente (z. B. sogenannte Patches) verwendet werden, welche jeweils über Microstrip-Leitungen mit den elektrischen Anschlüssen des Hochfrequenzbauteils verbunden sind. Über den Microstripleitungen muss allerdings das Formteil einen Ausschnitt aufweisen und kann nicht gelötet werden, so dass zwischen Hochfrequenzbauteil und den durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleitern eine Verbindung über Luft besteht, welche nachteilig sein könnte - beispielsweise hinsichtlich Isolation zwischen den einzelnen Antennen. Um diese Verbindung über Luft zwischen Wellenleiter und Hochfrequenzbauteil zu vermeiden, muss die hochfrequente elektrische Leitungsführung zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter zumindest in einem Abschnitt innerhalb der Platine verlaufen und darüber des Formteil aufgelötet oder aufgeklebt sein. Die partielle elektrische Leitungsführung innerhalb der Platine kann man durch einen in einem Substrat integrierten Wellenleiter realisieren, wie es beispielsweise in EP000003100070B1 vorgestellt ist. Der Ausgang dieses in der Platine realisierten Wellenleiters kann so ausgestaltet werden, dass er die Welle direkt (also z. B. ohne explizites Patch) in den zwischen Formteil und Platine realisierten Wellenleiter einspeist.

Essenzielle Anforderung für Realisierung eines Wellenleiter durch Formteil und Platine ist, dass eine leitfähige Verbindung zwischen Formteil 6.2 und der darunterliegenden Platine um die Wellenleiterstrukturen 6.3 herum besteht. Statt vollflächiger Verbindung genügen auch einzelne Punkte (mit Abstand von typischerweise <1mm bei einem 77/79GHz-Radarsystem). Eine mögliche Ausführung dazu ist, dass das Formteil wie ein Chip mit Lotperlen (Balls) an der Unterseite ausgestattet ist und über diese mit der Platine verlötet wird.

Von Vorteil für die Verlötung oder Verklebung ist, wenn das Formteil auf der Rückseite möglichst eben ist (natürlich nur in den nicht vertieften Bereichen). Wird das Formteil aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt, sind Thermoplaste als Basismaterial die fertigungstechnisch einfachste und günstigste Lösung - allerdings ist die mit Thermoplasten realisierbare Maßhaltigkeit und damit Ebenheit sowie ihr thermisches Ausdehnungsverhalten im Allgemeinen nicht optimal. Daneben sind Thermoplaste auch nicht besonders hitzebeständig, was beim Auflöten des Formteils auf die Platine dazu führen kann, dass ein Niedertemperaturlötprozess benötigt wird und damit die Lötung nicht im selben Prozessschritt wie die Elektronikbauteile (z. B. der Chip) stattfinden kann, d. h. es werden dann zwei separate Lötprozesse benötigt.

Diese Nachteile kann man durch Verwendung von Duroplasten als Kunststoffbasismaterial vermeiden; sie liefern maßhaltige und hitzebeständige Spritzgussformteile, die auch eine sehr glatte Oberfläche haben, was für möglichst verlustarme Wellenleiter wichtig ist (man benötigt zum „Glätten“ der Oberflächen dann auch keine dicken Metallisierungsschichten, sondern es genügen dünne Metallisierungen, was Kosten einspart). Nachteil von Formteilen aus Duroplasten ist, dass ihre Herstellung im Allgemeinen etwas aufwändiger ist.

Neben durch Spritzguss hergestellten Kunststoffformteilen, deren Oberfläche metallisiert wird, kann man auch andere Herstellungsverfahren und Materialien benutzen; z. B. Herstellung mit 3D-Druck und/oder Verwendung von metallischen Basismaterialien (beispielsweise Aludruckguss oder Alutiefziehen gegebenenfalls mit nachträglicher Veredelung der Oberfläche, oder Stanz-Biegetechnik für metallische Bleche). Es sei bemerkt, dass insbesondere bei einlagigen Formteilen eine Realisierung als vollmetallisches Teil kostenmäßig akzeptabel sein kann. Ein Vorteil von vollmetallischer Realisierung des Formteils ist auch die bessere Wärmeabführung vom Hochfrequenzbauteil 5.6, insbesondere wenn dieses einen thermischen Kontakt z. B. über Wärmeleitpaste 5.4. mit dem Formteil 5.2 hat. Natürlich kann ein solcher thermische Kontakt auch bei einem Formteil aus Kunststoff positiven Effekt auf die Wärmeabführung haben, insbesondere wenn ein thermisch leitfähiger Kunststoff benutzt wird.

Ist das verwendete Formteil maßhaltig, kann es ohne Anpressen an die Platine verlötet oder verklebt werden. Um eine laterale, also parallele Verschiebung des Formteils zur Platine zu vermeiden (also eine ausreichend genau laterale Positionierung zu gewährleisten), ist es vorteilhaft, wenn es auf der Unterseite des Formteils herausstehende Zapfen bzw. Stifte gibt, die in entsprechende Löcher der Platine hineinragen.

Bei weniger maßhaltigen Formteilen kann während des Löt- oder Klebevorgangs ein Anpressen der Antenne auf die Platine nötig sein, damit eine ausreichend gute Lötung um die Wellenleiterstrukturen 6.3 herum erzielt wird. Das kann durch Zusammendrücken über Stempel von oben und unten erfolgen.

Alternativ kann es dadurch realisiert werden, dass vor dem Löt- oder Klebevorgang ein oder mehrere federnde Elemente zum Zusammenpressen von Formteil und Antenne angebracht und diese dann nach dem Löt- oder Klebevorgang wieder entfernt werden; neben Klammem können dabei auch Stifte mit einem Federelement eingesetzt werden, die von hinten durch ein Loch in der Platine in eine Presspassungsstruktur des Formteils eingedrückt werden, wobei ein federndes Element von hinten eine Kraft auf die Platine ausübt - eine beispielhafte Ausführungsform ist in Figur 7 dargestellt, wobei das federnde Element dort aus einer normalen Feder 7.6 besteht, die auf der einen Seite gegen den Kopf 7.5 des in das Formteil 7.2 gepressten Stifts 7.4 und auf der anderen Seite gegen die Platine

7.3 drückt, so dass die Platine und das Formteil zusammengedrückt werden (es ist in Figur 7 nur ein Ausschnitt der gesamten Anordnung dargestellt).

Statt temporär für den Löt- oder Klebeprozess separate federnde Elemente anzubringen, können diese auch als Element des Formteils selber realisiert werden. Figur 8 zeigt dafür ein Beispiel - oben ist ein Ausschnitt des Formteils 8.2 aus metallisiertem Kunststoff von hinten dargestellt, unten ein Schnitt durch Formteil 8.2 und Platine 8.3 in zusammengepresstem Zustand. Die durch eine an drei Seiten durchbrochene Kavität realisierte Struktur 8.4 trägt einen nach hinten herausragenden Zapfen 8.5, der in ein Loch der Platine 8.3 eingepresst ist; die Federwirkung wird durch die an drei Seiten freigeschnittene Struktur 8.4 und Verwendung von einem elastischen Kunststoff (z. B. aus Thermoplast) erzielt; die Durchbrüche zum Freischneiden der Struktur 8.4 sind mit 8.6 bezeichnet.

Das Zusammenpressen wird erleichtert, wenn das Formteil möglichst elastisch ist, was durch Sollbiegestellen wie in DE 102018213540 B3 vorgeschlagen erzielt werden kann. Wie in Figur 9 beispielhaft dargestellt, kann das Formteil dazu tiefe Nuten 9.7 und/oder Durchbrüche 9.8 aufweisen, so dass dünne, elastische Verbindungen bzw. Stege zwischen einzelnen Bereichen des Formteils realisiert werden; Nuten können von der Rück- und/oder Vorderseite her realisiert werden. In Figur 9 sind aus Darstellungsgründen die Bauteilekavitäten nicht gezeigt.

Bei Formteilen aus Kunststoff kann es hinsichtlich des Metallisierungsprozesses vorteilhaft sein, wenn die Vertiefungen für die Hohlleiter nicht gleichzeitig schmal und tief sind. Hohlleiter sind im einfachsten Fall rechteckförmig; deshalb ist es günstig, wenn die breite Seite des Hohlleiters parallel zur Rückseite liegt und die schmale Seite die Vertiefung darstellt bzw. definiert. Im Bereich der Einkopplung kann aber nicht genügend Platz für eine solche Orientierung eines rechteckförmigen Hohlleiters vorhanden sein, sofern die Einkoppelstellen nahe beieinander liegen. Dann werden platzsparende Übergangsstrukturen benötigt. Kleine und wenig tiefe Hohlleiter können auch dadurch realisiert werden, dass ihr Querschnitt nicht rechteckförmig ist, sondern z. B. in der Mitte einer der langen Seiten einen längslaufenden erhöhten Steg aufweist; in der Fachsprache wird dies als „Ridged Waveguide“ bezeichnet.

Bisher wurden einlagige Formteile betrachtet, da diese die kostengünstigste Variante darstellen. Für komplexe Antennen, die z. B. eine Kreuzung von Wellenleitern erfordern, wird mindestens eine weiter Lage benötigt. Vorzugsweise wird diese wenigstens eine weitere Lage als weiteres Formteil mit gleichem Fertigungsprozess wie das erste Formteil hergestellt, und die Verbindung dieses wenigstens einen weiteren Formteils mit dem ersten Formteil wird im selben Prozessschritt (insbesondere durch Löten oder leitfähiges Kleben) wie die Verbindung zwischen dem ersten Formteil und der Platine realisiert.

Abschließend sei noch Folgendes bemerkt:

Bei einem Radarsystem wird in der Regel sowohl gesendet als auch empfangen. Vereinfachend wird in der obigen Beschreibung häufig nicht beides explizit ausgeführt bzw. unterschieden. Z. B. wird bei der Antenne oder den Elementen auf dem Chip von „(Ab)strahlen“ gesprochen - bei Empfangsantennen bedeutet das im Sinne der Erfindung natürlich „Empfangen“; und wenn beim Wellenleiter auf der Rückseite der Antenne von „Einspeisen“ gesprochen wird, dann bedeutet das im Sinne der Erfindung bei Empfangsantennen ein „Auskoppeln“.