JP2010534327A

JP2010534327A - レーダー装置

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Publication number: JP2010534327A
Application number: JP2010517351A
Authority: JP
Inventors: ザイデルユルゲン; ハシュユルゲン; シュミットエヴァルト
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-11-04
Also published as: US20100238068A1; EP2174158A1; WO2009013152A1; DE502008002495D1; DE102007034329A1; ATE497177T1; EP2174158B1

Abstract

本発明は、高周波回路とアンテナを備え、地面に対する速度を測定するためのレーダー装置（１）に関する。高周波回路は高周波チップ（７）として構成されており、該高周波チップは複数のアンテナ出力端（４２）を有し、該アンテナ出力端はアンテナ線路（１３）を介してホーン形アンテナ（２８）と接続されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されたレーダー装置に関する。

レーダー装置、例えば自動車の地面上の速度を測定するレーダー装置は公知である。レーダー装置は例えば、自動車の走行アシストシステムおよび／または安全システムに自動車の運動特性に関する情報を供給するために使用される。とりわけ走行ダイナミクス制御システムには、その運転案内に必要な車両のアンダーステアリングまたはオーバステアリングに関するデータを供給すべきである。このために速度、進行方向、進行方向と車両長手方向との角度、すなわち横滑り角をできるだけ正確に検出することが必要である。

このために特許文献１では、畳み込み式の二焦点アンテナ装置を車両に備える、車両の無接触速度測定装置が提案されている。このアンテナ装置は、少なくとも２つの異なる方向で求められた信号波を求めるためと、求められた信号波に相当する反射された信号波を少なくとも２つの異なる方向から受信するために配向されている。さらにこれに向けられた信号処理装置を備えており、この信号処理装置は少なくとも１つの信号を種々の方向のうちの少なくとも１つの方向における速度に対する尺度として、求められた信号波および相応に反射された信号波に基づいて発生する。

ここでの欠点は、構造の大きな畳み込み式二焦点アンテナ装置を使用することである。ここでは、相応の信号波を発生、検知、および受信するために必要なさらなる装置が別個の構成部材として存在し、これらの構成部材は例えば中空導波管を介して畳み込み式二焦点アンテナ装置と接続されている。または各方向に対して、畳み込み式二焦点アンテナ装置の領域に高周波チップを配置しなければならない。比較的に構造が大きいことの他にさらなる欠点は、この種の構造が安価な大量生産には適さないことである。畳み込み式二焦点アンテナ装置は大きな高周波基板面積を必要とする。従来技術で公知の構造コンセプトでは、相応の損失電力の排出について考慮されていない。

DE 10 2005 021 226 A1

本発明の課題は、前記の欠点を回避し、とりわけ大量生産に適した、安価な製造のための構造を有するレーダー装置を提供することである。

このために、地面に対する速度を測定するためのレーダー装置には高周波回路とアンテナが設けられており、この高周波回路は複数のアンテナ出力端を有する高周波チップとして構成されており、複数のアンテナ出力端はアンテナ線路を介してホーン形アンテナと接続されている。ここで高周波回路は高周波チップとして構成されている。すなわち集積構造形態で構成されている。したがって信号波を放射、受信および評価するために少数の構成部材しか必要ない。この高周波チップは複数のアンテナ出力端を有し、これらのアンテナ出力端はアンテナ線路を介してホーン形アンテナに接続されている。ホーン形アンテナは、実質的にホーン形状の輪郭を有するアンテナである。従来技術から公知の畳み込み式二焦点アンテナ装置は、ここでは不要である。

本発明の実施形態では、アンテナ線路が導体路基板上を延在する少なくとも一つの導体路としてそれぞれ構成されている。したがってアンテナ線路は、これが導体路基板上で導体路を形成するように構成されており、これによりワイヤ配線または導波管が不要となる。

別の実施形態では、アンテナ線路が端部側にそれぞれ一つの導体路基板放射フィールド（パッチ）を有する。導体路基板放射フィールドは信号波を放射するために用いられる。このために各導体路基板放射フィールドには、一つのホーン形アンテナが配属されている。ここではとりわけ、ホーン形アンテナが導体路基板放射フィールド上に配置されており、導体路基板放射フィールドがホーン形アンテナに放射する。

別の実施形態では、導体路基板はポリイミドフィルムである。このようなポリイミドフィルムとして例えばカプトン（商品名）が使用される。カプトンは導体路基板としても、アンテナ給電用の高周波用支持基板としても同時に用いられる。このような導体路基板はとりわけ、導体路として構成されたアンテナ線路の観点でも安価であり、公知の方法により簡単に作製することができる。

有利な実施形態では、アンテナ線路はマイクロストリップ、接地された共面ストリップまたは対称性線路である。使用目的と有利な周波数領域に応じて、アンテナ線路はマイクロストリップとして構成される。すなわち、導体路基板の一方の側で導体路基板放射フィールドに至る個々の導体路として構成され、導体路基板の対向する側には相応に大きなアースフィールドが配置されている。別の実施形態として、接地された共面ストリップが考えられる。ここでは前記のマイクロストリップとして実施形態の周囲に、それぞれアースに至る一つの導体路がさらなるシールドのために両面で配置されている。さらに対称性線路も考えられる。この対称性線路は一般的な信号技術から公知である。

有利な実施形態では４つのアンテナ出力端が設けられており、これらに４つのアンテナ線路が接続されている。アンテナ線路は十字構造を形成するように延在する。この十字構造では、それぞれのアンテナ線路が隣接するアンテナ線路に対して９０°の角度を形成する。したがってアンテナ線路は導体路基板上で相互に十字を形成する。ここで十字構造の中心には高周波チップが配置されており、アンテナ線路のそれぞれの端部には導体路基板放射フィールドが配置されている。このようにして、４つの放射受信装置がそれぞれのアンテナと関連して形成される。このアンテナは、それぞれの要求に応じて指向された信号波の放射と、相応の受信を可能にする。同時に比較的小型で、簡単に作製することのできる構造形態が実現される。

別の有利な実施形態では、４つのホーン形アンテナが設けられており、これらは対象となる正方形の角の領域に配置されている。対象となる正方形の角は、前記の４つのアンテナ線路の十字構造における導体路基板放射フィールドの配置に相応する。したがって対象となる正方形は十字構造に対して４５°だけずらされている。したがってホーン形アンテナの焦点には、それぞれ配属された導体路基板放射フィールド（パッチ）が配置される。このようにして導体路基板放射フィールドの信号波はそれぞれ配属されたホーン形アンテナに入射する。そして前記の幾何的構造内でのホーン形アンテナの幾何形状と配向によって、相応の指向作用が達成される。

別の実施形態では、高周波チップが導体路基板と支持体との間に配置される。高周波チップは導体路基板の一方の側に、これが導体路基板からその構造高さだけ、または所要の構造空間だけ突き出るように配置されている。高周波チップには、レーダー装置のための支持装置として用いられる支持体が続いている。この支持体は前記の構成部材を収容し、それらを所望の配置構成に固定する。したがって導体路基板はチップを支持する上側を以て支持体に収容される。

有利な実施形態では、支持体は高周波チップに対するヒートシンクを形成する。支持体はこのために高周波チップに熱的に結合されており、例えば伝熱性接着剤により高周波チップに接着されている。さらに支持体は金属支持体として構成されており、例えばマグネシウム合金またはアルミニウム合金、またはその種の金属を有する合金から金属射出成形法で作製された構成部材である。支持体は高周波チップを相応に収容するために適切な構造を有する。例えば高周波チップの構造高さに相当し、有利には形状適合した支持収容部を有する。支持体の取付け時に、この支持収容部には、装着される導体路基板の領域で高周波チップを接着することができる。これにより高周波チップを理想的に廃熱することができる。なぜならチップにおける金属質量が大きく、高周波チップとヒートシンクとの間の熱抵抗が非常に小さいからである。前記の実施形態では、高周波チップと支持体との間に最小の接着空隙が必要なだけであり、この接着空隙に伝熱性接着剤が充填される。

別のとくに有利な実施形態では、支持体は冷却フィン構造を有する。支持体はとりわけ外側／端面に、従来技術から公知の冷却フィンを有する。これによりこの端面領域において熱放射面積の拡大が達成される。有利には支持体は、とくに良好な熱伝導を保証する材料から作製される。これにより高周波チップの損失熱は、支持体を介して周囲空気に放出される。

有利な実施形態では、支持体がホーン形アンテナの一部を形成する。したがって、それぞれの導体路基板放射フィールドの上に配置すべきホーン形アンテナは、例えば支持体内のホーン形輪郭／円錐形の切欠部により形成される。この切欠部は導体路基板から発して上方へ、支持体の他方の側に向かって広がっている。支持体の上側、すなわち導体路基板とは反対側では、支持体におけるホーン構造の開口が最大であり、したがってそこにはホーン開口部が形成される。これに対してホーン構造の開口は、導体路基板に向いた支持体の下側で最小である。支持体のこの下側はさらに、高周波チップを収容し、これを支持体に接着するための前記空間を有する。この構成により支持体は、高周波チップの熱を放出するヒートシンクの機能を果たすだけでなく、同時に非常に小さな構造空間に、レーダー装置を駆動するためのホーン形アンテナを形成する。

別の実施形態では、支持体にカバーが配属されている。このカバーはホーン形アンテナ用のホーンレンズを有するか、またはホーン形アンテナを誘電的に埋める。カバーは支持体の上側に、支持体を覆うように配置される。カバーはホーンレンズを有することができる。すなわち、ホーン形アンテナから放射される信号波を集束または散乱する装置を有することができる。および／またはカバーはホーン形アンテナを誘電的に埋めることができる。すなわち、カバーが作製される誘電材料によりホーン形アンテナは少なくとも部分的に埋められる。例えばここではカバーの下側、すなわちホーンレンズに対向する側に、支持体に形成されるホーン形アンテナに形状適合した構造が形成され、この構造が支持体に形成されたホーン形アンテナに突入し、これを埋める。このようにして構造形状が、使用される周波数領域に対する従来技術で公知の通常のアンテナ寸法と比較してさらに縮小される。ここでホーンレンズは信号波の集束ないしは指向のために用いられる。したがって信号波は、それぞれの適用目的に対して望まれる所要の方向に照射され、集束することができる。

別のとくに有利な実施形態では、導体路基板の高周波チップとは反対側に高周波固定部材が配置される。この高周波固定部材はホーン形アンテナの領域を形成する。導体路基板の高周波チップとは反対の側、すなわち導体路基板下側には固定部材が配置される。一方でこの固定部材は導体路基板を、この固定部材と支持体との間で機械的に固定する。このために高周波固定部材は支持体と、導体路基板を貫通してねじ留めされるか、または接着される。前者の場合、導体路基板は有利には、ねじまたは固定ボルトが貫通する切欠部を有する。他方で高周波固定部材は、ホーン形アンテナの領域を形成するために用いられる。ホーン形アンテナの構造は、これが支持体に当接されるように高周波固定部材の領域に続く。したがって断面で見ると、導体路基板がホーン形アンテナの幾何構造により貫通されているかのように見える。高周波固定部材には有利にはショートバック、すなわち高周波短絡領域が形成される。このショートバックは、それぞれのホーン形アンテナの導体路基板放射フィールドのちょうど下方にある。したがってアンテナ全体は、導体路基板上に存在する導体路基板放射フィールド、導体路基板放射フィールドの下方で高周波固定部材内に配置されたショートバック、および導体路基板上方で支持体内にあるホーン形アンテナのホーン構造から形成される。

別のとくに有利な実施形態では、高周波チップはフリップチップ取付け法で接続される。これにより有利には、導体路基板上で高周波チップの構造を小型にすることができる。これにより必要なすべての、またはほとんどすべての高周波回路が高周波チップに集積され、この高周波チップはシリコンゲルマニウムチップとして構成される。高周波チップは開放した、ハウジングされないフリップチップとして構成されている。したがって高周波チップはフリップチップ取付け法で接続することができ、ハンダバンプにより導体路基板上に直接はんだ付けされ、その裏面は取付け時に伝熱性接着剤により支持体と接着される。ここで有利には高周波チップに対向する高周波固定部材の領域には切欠部が設けられる。これによりバンプの可能な幾何形状公差を導体路基板のフレキシビリティによって調整することができる。なぜなら導体路基板は切欠部内でわずかに広がることができるからである。導体路基板は有利にはポリイミドフィルム、例えばカプトンである。このようにして高周波チップを支持体に取付け、接着することがシビアでなくなる。とりわけこれによって、支持体と高周波チップとの間の接着空隙に関する幾何形状公差を調整することができる。なぜなら導体路基板は、大量生産で生じるこのような公差の範囲内で撓むことができるからである。相応の被覆差が、導体路基板の変形によって高周波チップ固定部材の取付け時に調整される。このために高周波固定部材は相応の切欠部を高周波チップの対向層に有する。

各従属請求項および従属請求項の組合せから、別の有利な実施形態が考えられる。

図面の簡単な説明
以下では実施例と図面に基づき、本発明を詳しく説明する。

レーダー装置の展開図である。レーダー装置の断面図である。高周波チップが取り付けられ、マイクロストリップアンテナ線路が備えられた導体路基板の斜視図である。

図１は、レーダー装置１の展開図である。レーダー装置１は高周波固定部材２を有する。この高周波固定部材２は導体路基板３の下側に配置されており、導体路基板３をその導体路基板下側９で支持する。導体路基板３はポリイミドフィルム４、すなわちカプトン５から構成されている。導体路基板はその導体路基板上側８に、高周波チップ７用の切欠領域６を有する。この切欠領域６は実質的に導体路基板上側８の中央に配置されている。導体路基板３は導体路基板上側８に、場合により導体路基板下側９にも別の構成素子１０を有する。これらの構成素子はレーダー装置１の電気回路の実施に必要な素子であり、接触接続のための接続装置１１により動作電圧が給電される。この接続装置１１によりレーダー装置１は、外にある電気電子回路と接続することができる。導体路基板上側８上に実質的に中央に配置された切欠領域６から、十字構造１２の構成でアンテナ線路１３が分岐している。アンテナ線路１３の端部は導体路基板上側８内にあり、それぞれ導体路基板放射フィールド１４を有する。アンテナ線路１３は導体路基板上側８の平面内に、相互にそれぞれ９０°の角度を形成する。これによりアンテナ線路は前記の十字構造１２を形成する。

それぞれ２つのアンテナ線路１３の角の二等分線の領域、すなわち４５°の領域には、取付け切欠部１５が導体路基板３に設けられている。この取付け切欠部をねじボルト１６が貫通することができ、高周波固定部材２を導体路基板３の上方に配置された支持体１７とねじ留めすることができる。ここで導体路基板３は高周波固定部材２と支持体１７との間に配置される。ここで高周波チップ７は接着層１８、すなわち伝熱性接着剤１９によって、支持切欠部２０と支持体１７の支持体下側２１で接着される。支持切欠部２０は高周波チップの構造高さに適合しており、例えば形状適合されている。この接着は、レーダー装置１の最終取付けで行われる。すなわち、高周波チップ７がフリップチップ取付け法で切欠領域６と、図示しないハンダバンプによってはんだ付けされた後に行われる。支持体１７は有利にはマグネシウム・アルミニウム合金２２からなり、金属射出成形法で作製される。支持体１７はこの接着により、高周波チップ７に発生した余熱／損失電力を放出するための、高周波チップ７用のヒートシンクを形成する。支持体はこのために、余熱を周囲空気に放出する冷却フィン構造２３を、その側面領域２４と端面２５に有する。有利には冷却フィン構造２３は、これが支持体上側２７の外周輪郭２６を越えず、この外周輪郭に対してセットバックされているように構成される。

支持体上側２７は、導体路基板３に相応して寸法構成された面積を有し、支持体１７は断面では導体路基板３と実質的に合同である。これに対して支持体１７の冷却フィン構造２３はセットバックされている。したがって冷却フィン構造２３は外周輪郭２６を突き出ず、有利には導体路基板３の寸法によって決められた範囲と底面積内で良好な熱放出に作用する。支持体１７は４つのホーン形アンテナ２８を有する。これらのホーン形アンテナは開放した領域として支持体材料から取り除かれている。したがって支持体上側２７にはホーン形開口部２９がある。また図示されていないが支持体下側には相応のホーン形頸部が形成されている。

ホーン形アンテナ２８は正方形３０の角領域に配置されている。この正方形３０は、導体路基板３上にある十字構造１２に対して４５°だけずらされている。これにより、各ホーン形アンテナ２８の図示されていないホーン形頸部の位置がちょうど導体路基板放射フィールド１４の領域内となり、各導体路基板放射フィールド１４は正確にホーン形アンテナ２８に照射する。

導体路基板３の下方に配置された高周波固定部材２にはホーン形アンテナ２８が続いており、したがってホーン形アンテナ２８の一部を形成する孔部３１がある。この孔部はそれぞれの導体路基板放射フィールド１４のちょうど下方にある。しかしこの孔部３１の端部は閉鎖されており、導体路基板３に向いた固定部材上側３２だけが開放している。これによりショートバック３３が形成される。ショートバックはレーダー波がホーン経過とは反対の不所望の方向に照射されるのを阻止し、それぞれホーン形アンテナ２８への照射方向に導く。

支持体１７の上、すなわち支持体上側２７にはカバー３４が載置される。このカバーは非導電性材料３５から作製される。カバー３４は誘電性構造３６を有する。この誘電性構造はホーン形アンテナ２８の輪郭に、支持体１７内で実質的に形状適合しており、カバーを載置すると、ホーン形アンテナ２８を支持体１７の領域内で少なくとも領域的に埋める。さらにカバーはそれぞれのホーン形アンテナ２８と誘電性構造３６の輪郭の延長上にホーンレンズ３７を有する。ホーンレンズはほぼドーム形に構成されており、それぞれのホーン形アンテナ２８から出射するレーダー波を集束ないしは指向する。

図２は、取り付けられたレーダー装置の断面図である。ここで導体路基板３は高周波固定部材２と支持体１７との間に保持される。導体路基板３上では収容領域６で、高周波チップ７がはんだ付けされる。この高周波チップのチップ上側３８も伝熱性接着剤によって、支持体１７の支持切欠部２０内で接着される。支持体１７はホーン形アンテナ２８を有し、このホーン形アンテナはカバー３４の誘電性構造３６によって実質的に埋められており、カバー上側でホーンレンズ３７に続いている。高周波固定部材２はホーン形アンテナ２８の延長上に孔部３１を有し、この孔部はそれぞれショートバック３３として作用する。ホーン形アンテナ２８と孔部３１の幾何形状は相互に移行するように配置されており、導体路基板３上に配置された導体路基板放射フィールド１４は、支持体１７の下側にホーン形アンテナ２８の延長で形成されたホーン形頸部３９にちょうど重なる。ここで各ホーン形アンテナ２８は、固有の方向に放射するように構成されている。この固有の方向は、それぞれの適用の必要性に応じて決定することができる。この実施例で各ホーン形アンテナ２８は、放射軸４０が導体路基板３に対して垂直ではなく、支持体１７の直近の端面２５に向く方向、ないしは支持体の直近の長手側４１に向く方句に傾斜するように放射する。

図３は、前記のここに図示しないレーダー装置１の導体路基板３を示す。導体路基板３は導体路基板上側８に実質的にセンタリングされた高周波チップ７を有する。この高周波チップは４つのホーン形アンテナ２８を有し、それらにはそれぞれ一つのアンテナ線路１３が、アンテナ出力端をそれぞれ配属された導体路放射フィールド１４と接続するために設けられている。ここでアンテナ線路１３はそれぞれ導体路基板３上を延在する導体路４３を形成し、マイクロストリップ４４として構成されている。マイクロストリップ４４として構成する他に、（図示しない）接地共面ストリップまたは対称性線路として構成することも可能である。

アンテナ線路１３、すなわち導体路４３は導体路基板３上で十字構造１２を形成する。この十字構造は、各アンテナ線路１３が隣接する直近のアンテナ線路１３と９０°のアンテナ線路角を形成するように構成されている。ここで高周波チップ７の各幅狭側４５に配属されたアンテナ線路１３は、十字構造１２から発して導体路基板放射フィールド１４に至る。このようにしてもっとも有利な信号伝達が、個々のアンテナ線路１３および導体路基板放射フィールド１４が相互に不所望に干渉することなしに可能である。個々のアンテナ線路１３の間では取付け切欠部１５が導体路基板３に設けられている。この取付け切欠部を、ここには図示しないが図１で説明した高周波固定部材２を取り付けるためのねじボルト１６が貫通する。そして導体路基板３は高周波固定部材２と、ここに同様に図示しない支持体１７との間で固定される。

導体路基板３は、高周波チップ７と信号放射に必要なアンテナ線路１３および導体路基板放射フィールド１４の他に、別の電子構成素子１０を有する。これらは端末構成素子および／または接続装置１１である。接続装置１１は、導体路基板３上の電子回路を、レーダー装置１の外にある他の電子回路と接続し、これらに動作電圧を給電する。

Claims

高周波回路とアンテナを有し、地面に対する速度を測定するためのレーダー装置において、
高周波回路は高周波チップ（７）として構成されており、
該高周波チップは複数のアンテナ出力端（４２）を有し、
該アンテナ出力端はアンテナ線路（１３）を介してホーン形アンテナ（２８）と接続されている、
ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１記載のレーダー装置において、
前記アンテナ線路（１３）はそれぞれ、導体路基板（３）上を延在する少なくとも一つの導体路（４３）として構成されている、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１または２記載のレーダー装置において、
前記アンテナ線路（１３）の端部は導体路基板放射フィールド（パッチ）（１４）を有する、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から３までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
導体路基板（３）はポリイミドフィルムである、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から４までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
アンテナ線路（１３）は、マイクロストリップ、接地された共面ストリップまたは対称性線路である、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から５までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
４つのアンテナ出力端（４２）が設けられており、該アンテナ出力端には４つのアンテナ線路が接続されており、
該アンテナ線路は十字構造（１２）を形成するように延在しており、
該十字構造では、それぞれのアンテナ線路（１３）が隣接するアンテナ線路（１３）に対して９０°の角度を形成する、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から６までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
４つのホーン形アンテナ（２８）が設けられており、該ホーン形アンテナは正方形の角の領域に配置されている、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から７までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
前記高周波チップ（７）は、導体路基板（３）と支持体（１７）との間に配置されている、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から８までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
前記支持体（１７）は、高周波チップ（７）用のヒートシンクを形成する、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から９までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
前記支持体（１７）は、冷却フィン構造（２３）を有する、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から１０までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
前記支持体（１７）は、ホーン形アンテナ（２８）の一部を形成する、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から１１までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
前記支持体（１７）にはカバー（３４）が配属されており、
該カバーは、ホーン形アンテナ（２８）用のホーンレンズ（３７）を有し、および／または該ホーン形アンテナ（２８）を誘電的に埋める、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から１２までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
高周波チップ（７）とは反対側の導体路基板（３）には高周波固定部材（２）が配置されており、該高周波固定部材はホーン形アンテナ（２８）の領域を形成する、ことを特徴とするレーダー装置。
請求項１から１３までのいずれか一項記載のレーダー装置において、
高周波チップ（７）は、フリップチップ取付け法で接続されている、ことを特徴とするレーダー装置。