具有至少两个辐射方向的用于雷达探测器的天线装置及具有至少一个雷达探测器的交通工具的制作方法

本发明涉及一种具有至少两个辐射方向的用于雷达探测器的天线装置，例如可在交通工具中提供该雷达探测器。本发明也包括一种交通工具，其具有至少一个用于探测或获取在交通工具的环境中或内部空间中的对象的雷达探测器。

背景技术：

目前，使用具有简单的辐射特性的雷达传感器或雷达探测器。这意味着，雷达天线优选地在主辐射方向上进行发送并且从该方向上进行接收。然而，用于多种雷达应用的监控范围比雷达天线自身能覆盖的监控范围更宽。因此，通常使用两个或多于两个独立的雷达天线，通过这些雷达天线的主辐射方向布置成彼此成角度，这些雷达天线分别覆盖各自的角度范围。由此，雷达天线的两个辐射特性叠加成更宽的总特性。以相加的方式，由不同的雷达天线获取整个监控范围。

为了提供尽可能紧凑的天线装置，力求的是，将为了覆盖预定的监控区域或检测范围所需的雷达天线布置在单个电路板或印刷电路(pcb-印刷电路板)上。然而，在将多个雷达天线布置在单个电路板上时，电路板不期望地大。这阻止了更小地构造雷达探测器。

相反地，在电路板的面积给定时，期望的是，将其用于尽可能多个在相同的主辐射方向上辐射的雷达天线，以由此改善或增大雷达探测器的位置分辨率。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种天线装置，在其中，紧凑地共同提供至少两个具有不同主辐射方向的雷达天线并且使用仅仅一个馈电点。

该目的通过独立权利要求的主题实现。通过从属的权利要求的特征、以下描述以及附图公开本发明的有利的改进方案。

本发明包括用于雷达探测器的天线装置。在该天线装置中，在一个公共的电路板上提供至少两个雷达天线。一个天线布置在电路板的正面上，而第二天线设计成，发出与第一天线不同的辐射方向。这可通过成型出集成在基体中的天线结构实现，或者通过将天线布置在电路板的背面上实现。也可设想的是，不仅天线成型在正面、背面上，而且同时成型出集成在基体中的天线。通过仅仅一个馈电部给所有天线供电。

为此，电路板具有电绝缘的基体，在基体上在两个相对置的侧面上分别布置导电层。以已知的方式，该层例如可由作为电导体的铜构成。在侧面中的第一侧、即例如正面的导电层中，构造或提供至少一个主天线。主天线可为偶极子或几个的偶极子实施形式，或者具有其已知的实施形式的微带天线/片状天线。为了实现雷达传感器的最小有效距离，天线阵列是有利的。

以下，应根据微带天线阵列进行根据本发明的描述。相同的也可应用到偶极子阵列上。特别是，设置多个主天线场、特别是多于五个偶极子或微带场。

为了将另一雷达天线集成到由至少一个主天线组成的布置结构中，根据本发明规定，在至少一个主天线旁边分别提供集成在基体中的天线结构。“集成在基体中”指的是，在电路板材料(也就是说基体)之内成型出天线结构。特别是，设置集成在基体中的喇叭形天线结构。集成在基体中的喇叭形天线结构指的是喇叭形辐射器。典型的传统的喇叭形天线由具有漏斗形状的开口的金属的空心波导体构成。在集成在基体中的喇叭形天线中，通过将电导体的上侧和下侧电连接而制成喇叭形天线。典型地，在电路板中，通过引入过孔(via)或电桥接触上部的和下部的导体层。在最简单的情况中，将槽铣入基体中并且例如借助于电镀方法在上部的导体和下部的导体之间建立电连接。在导体层之间产生电桥。如果如此布置导电桥，使得导电桥相应于用于对于雷达天线关注的范围的波长的空心导体并且电桥引导到基体的边缘，输入的电磁波最晚在基体棱边上分散到外部空间中，并且由此该天线结构用作天线。如果使由电桥组成的波导体附加地在基体边缘之前成角度地彼此远离，则模仿出喇叭形辐射器。以已知的方式，漏斗形状确定喇叭形辐射器的辐射特性和接收特性。以相加的方式，获得具有波导体馈电部的集成在基体中的喇叭形天线。

代替电桥，如果使用内层连接/孔金属化(其大多借助于通孔或盲孔并且紧接着电流加工成导电via)，孔大小和距离确定波导体质量。导电的via完全导电还是仅仅在边缘上导电并不重要。两种实施形式都是可行的。根据经验，小孔和在孔之间尽可能小的距离是有利的。可将铣削的电桥与孔组合，从而实现了从馈电部到基体的边缘的波导体的曲线、台阶和复杂的引导路径。

由此也可行的是，喇叭形天线结构的构造式喇叭部设计成台阶形的喇叭部(皱缩的)，以抑制在辐射特性中的旁波瓣。

此外也可行的是，开槽天线成型成集成在基体中的天线结构。为此，集成在基体中的波导体同样引导到基体的边缘。与具有朝向边缘的彼此分离的波导体结构的喇叭形辐射器相反地，在开槽辐射器中，波导体结构在边缘处如此结束，使得仅仅还保留相应于工作波长的开口或缝隙。

由多个层还是仅仅一个层构成基体并不重要，只要总厚度与工作波长相协调/相一致。为了成型出良好的波导体，高度和宽度设计成至少一个1/2*工作波长/平方根(基体的介电常数)。作为优选的工作频率，设置大于10ghz(＜3cm工作波长)的频率。

以已知的方式，可在电路板材料的第一侧或正面上成型出主天线的馈电部。例如通过在基体的上侧上的微条带导体为微带天线输送电磁能。可通过在正面上的翅形导线给偶极子供电。

为了实现为集成在基体中的喇叭形天线结构的波导体馈电，优选地利用电流的完全或部分填充在如下位置上引入盲孔，即，在该位置上主天线的馈入线路与集成在基体中的波导体相交。以如耦合到空心波导体(波导)中的已知的方式和方法那样，或者通过小的开口作为辐射耦合或者作为同轴馈电进行耦合。为了实现主天线的辐射能相对于成型出的集成在基体中的喇叭形天线结构的一定的权重，也可在第一天线的馈电部上应用6db、10db、20db的耦合器或任意耦合因数。

同样，可在电路板的第二侧上或背面上实现这样的天线，即，通过正面的馈电部的耦合一起激励该天线。

如果希望实现几乎360°(大于300°)的检测，将集成在基体中的波导体引导到基体的所有边缘并且在此成型出喇叭形或开槽天线并且为正面上的主天线补充另一背面上的天线。所有天线通过主天线的相同的馈电网络馈电。

为了匹配在共同的馈电点中的50欧姆，优选地将单个天线设计成高欧姆值的。如果在其辐射棱边上激励微带天线，实现200至250欧姆的输入阻抗。同样，可在如下位置上为集成在基体中的波导体馈电，即，在其中得到200欧姆的阻抗。在4×200欧姆时，在共同的馈电部上得到期望的50欧姆。备选地，通过阻抗变换产生任意阻抗并且将其连接，这对于相应的实施形式和应用方案是有利的。

由此，每个集成在基体中的天线结构包括以下组件。设置多个构造或提供在基体中的凹口(槽和/或孔)，其布置成空心导体或波导体。通过电路板的两侧中的一侧的导电层形成的、用于天线结构的馈电输入线路设置成，将电磁波馈入到集成在基体中的天线结构中。

通过本发明得到的优点是，在公共的电路板上，可提供作为主天线的第一雷达天线，并且在每个主天线旁边分别提供第二雷达天线的集成在基体中的天线结构，而为此不必如没有喇叭形天线结构那样必须以彼此较大的距离微带场。每个喇叭形天线结构使用电路板中的如下区域或空间，即，这些区域或空间本来不需要用于提供主天线。

本发明也包括有利的改进方案，通过其特征得到附加的优点。

如已经阐述的那样，至少一个主天线位于基体的第一侧上并且可选地位于基体的第二侧上。在此，以已知的方式可借助于蚀刻技术形成导体电路。优选地，至少一个天线结构的每个馈入线路也位于第一侧上。在此规定，每个馈入线路与通过第一层形成的、用于至少一个主天线的输入线路相连接。此外备选地，主天线的输入线路同时也可为天线结构的馈入线路。换句话说，每个主天线与其从属的天线结构一起通过同一个输入线路供给。由此得到的优点是，通过一方面至少一个微带场并且另一方面至少一个天线结构同步地发送和接收。不需要复杂地进行协调。

在匹配每种天线结构时，优选地规定，天线结构的纵向延伸方向、也就是说凹口的伸延方向或取向彼此平行。由此，布置在凹口中的材料分别作用在相同极性的电磁波上。由此，凹口与其材料一起作用到电磁波上。凹口的彼此距离优选地小于10mm，特别是小于7mm。附加地或备选地，优选地规定，凹口垂直于电路板的延伸平面取向。换句话说，凹口的纵向延伸方向从第一侧向第二侧(或者相反的)取向。由此，在凹口中的材料防止在基体之内的电磁波从漏斗形状中扩散出来。

总地来说优选地规定，每个天线结构的布置在凹口中的材料用作用于通过馈入线路馈入到漏斗形状中的交变场的波的波围栏或波笼。

优选地，在基体中的所有凹口或凹口中的至少几个分别是所谓的via过孔。由此得到的优点是，可借助于自动的制造过程制造凹口。导电的材料例如可借助于电极暴露(elektrodepositorisch)的电解方法引入或布置在凹口中。

布置在凹口中的导电材料优选地通过第一侧和/或第二侧的导电层电短路。由此，加强或增大用于在漏斗形状中的电磁波的导电材料的阻隔作用。

至少一个微带场通过第一侧的导电层形成，第二侧的导电层优选地也提供或设计成用于每个微带场的反射器。由此，用于电磁波的至少一个微带场的主辐射方向垂直于朝向第一侧的微带场。由此，远离第二侧的泄漏辐射减小。

通过所描述的一方面凹口的和另一方面至少一个微带场的布置结构，优选地实现，一方面每个微带场的相应的主辐射方向以及另一方面每个相应布置在旁边的天线结构的相应的主辐射方向彼此垂直地或者至少以70°至110°的角度范围相对于彼此取向。因此，通过这种布置结构，一方面利用至少一个微带场并且另一方面利用至少一个天线结构确定相应的另一检测范围，从而提供组合的或相加的天线装置的辐射特性(总特性)，通过该辐射特性可覆盖例如交通工具的雷达探测器所需的检测范围。

相应地，根据本发明，也设置一种交通工具，其具有至少一个用于获取在交通工具的环境中的对象和/或用于获取在交通工具的内部空间中的对象的雷达探测器。在此，根据本发明，如此设计至少一个雷达探测器，使得其分别具有根据本发明的天线装置的实施形式。

根据本发明的交通工具优选地设计成机动车、特别是乘用车或载重货车。

附图说明

下面描述本发明的实施例。其中：

图1示出了具有雷达探测器的根据本发明的交通工具的实施形式的示意图；

图2示出了根据本发明的天线装置的实施形式的示意图，该天线装置例如可在图1的雷达探测器中提供；

图3示出了图2的天线装置的示意图，同时说明了位于内部的导电材料层；

图4示出了天线装置的备选的实施形式的俯视图的示意图；

图5示出了图4的天线装置的截面图的示意图；以及

图6示出了具有辐射特性的图表，该辐射特性例如可通过天线装置提供。

具体实施方式

以下解释的实施例为本发明的优选的实施形式。在该实施例中，该实施形式的所描述的组件分别表示单个的、被视为彼此独立的发明特征，其也可分别独立地改进本发明并且由此也单个地或以其它与所示出的组合不同的组合视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施形式也可通过已经描述的发明特征中的其它特征补充。

在图中，功能相同的元件分别设有相同的附图标记。

图1示出了交通工具10，其例如可为乘用车。示出了雷达探测器11和驾驶员辅助系统12。驾驶员辅助系统12可从雷达探测器11接收探测信号13，探测信号例如描述在交通工具10的环境14中的对象或者与对象的位置相关。为了将电磁波15发射到环境中并且接收在对象上反射的波，雷达探测器11可具有天线装置16。电磁波15的频率可在例如6ghz至140ghz的范围中。可以已知的方式通过雷达探测器11的电子控制器17使天线装置16工作。

在图2中，单独示出了天线装置16。天线装置16可构造在印刷电路(pcb)或电路板18的基础层上。以已知的方式，电路板18可具有电绝缘的电路板基体或简称为基体19，基体例如可包括纤维加强的塑料，例如材料fr-4或优选地ro3003。

在第一侧或正面20上，在导电的层21的基础层上设计由一个或(如所示出的那样)多个微带场22组成的布置结构以提供微带天线23。为了将电磁能或电磁波传输到微带场22中，还在层21中设置输入线路24。层21例如可由铜或铝构成。由于所示出的微带场22的布置结构，微带天线23具有主辐射方向25，其垂直地远离正面20指向。在图2中仅仅为一个微带场22示出了主辐射方向25。电路板18的第二侧或背面26同样具有导电的层27，其用作用于微带天线23的反射器。层27的材料可相应于层21的材料。

在天线装置16中，除了微带天线23之外，附加地借助于电路板18提供集成在基体中的喇叭形天线组件28。为此，在至少一个微带场22旁边，喇叭形天线结构29构造或设计成在基体19中的集成在基体中的天线结构。为了将电磁能作为电磁波馈入到每个喇叭形天线结构29中，在图2中示出的实施形式中，可使用输入线路24，输入线路24分别与相应的喇叭形天线结构29的馈电区域30电连接或辐射耦合地相连接。馈入到馈电区域30中的电磁波通过相应的喇叭形天线结构29的漏斗形状31沿主辐射方向32取向并且从基体19中射出。在图2中仅仅为单独的喇叭形天线结构29示出了主辐射方向32。漏斗形状31朝向主辐射方向敞开。特别是，开口位于基体19的边缘或棱边上。

图3示出，如何能在基体19中设计或提供单个喇叭形天线结构29的漏斗形状31。为此，每个喇叭形天线结构29在基体19中设置以孔33的形式的凹口，以用于模仿波导体或波导体结构。出于清楚性原因，在图3中，孔中的仅仅几个设有附图标记。

在孔33中的每个中可布置导电的材料，例如锡或铜或铝。在馈电区域30中，可在漏斗形状31之内在基体19中设置孔34，在孔34中布置导电的材料，该材料与输入线路24电连接。相反地，在其它孔33中的导电的材料34优选地相对于输入线路24和微带场22电绝缘。

孔33沿着其相应的纵向延伸方向36优选地彼此平行地布置。在此，纵向延伸方向36优选地垂直于正面20和背面26的面。孔33特别是可设计成在基体19中的所谓的via。例如可钻出孔。如此选择孔33的布置结构，即，得到漏斗形状31。孔33形成波围栏，波围栏限制如下扩散区域37，即，该扩散区域设计成从馈电区域30朝向离开开口38扩大。在漏斗形状31中产生的电磁波从离开区域38离开到环境14中。

图4示出了漏斗形状31的备选的设计方案的俯视图。漏斗形状31在具有离开区域38的基体19的棱边39上结束。具有孔35的馈电区域30布置成与输入线路24间隔开并且通过馈入线路40与输入线路电流耦合。在供给线路40和孔35之间的耦合也可仅仅是电容的，也就是说非电流的。

图5示出了孔33在基体19中的布置结构。示出了，一方面在层21、特别是输入线路24和微带场22和另一方面在孔33中的导电材料35之间如何设置电绝缘部41。此外示出，如何在背面26上通过导电层27将导电材料35电地、特别是电流地连接到孔33中。

图6示出了合成的辐射特性或总特性42，其从微带天线23的辐射特性43和喇叭形天线组件28的辐射特性44中得到。通过调整微带场22和喇叭形天线结构29的数量，可使辐射特性43、44与理论特性45匹配。

由此，所示出的天线装置分别是由具有已知的辐射特性的向前指向的微带天线和另一喇叭形天线组件组成的组合而成，其中，在电路板上不需要用于另一天线的额外空间需求。这通过由作为传统的向前指向的面辐射器的微带天线23与集成在基体中的空心导体或波围栏的组合实现，波围栏成型在朝向喇叭形天线结构的电路板棱边39上并且优选地相对于微带天线的天线特性成直角地取向。由此，增大了雷达传感器的检测范围，而在此不占据重要的电路板空间。集成在基体中的天线相对于主天线布置在右侧、左侧还是两侧并不重要，并且由应用情况确定。

在具有大的有效距离的雷达传感器的情况中，将典型的由微带场组成的行、也就是说微带天线列与以喇叭形天线的形式的集成在基体中的空心导体组合。通过集成在基体中的喇叭形天线可位于微带天线之下，两个天线结构仅仅共同地占据单个天线的电路板面积。

为此，在电路板(具有高频基体)中，将具有辐射元件的传统的微带天线施加到具有馈电网络的正面上。基体的相对置的侧用作反射器(双侧粘合的电路板)。附加地，将孔33作为过孔(via)穿过基体引入上侧和背面之间。via可在内部通过电极暴露的电解方法涂覆铜，从而via是导电的。

可如此调整via的间距和布置结构，使得via给出或模仿用于77ghz的空心导体。如果单侧打开空心导体，并且使开口成型成漏斗形状，可模仿喇叭形天线。

微带天线的馈电网络直接电流地或者(感应地或电容地)耦合地搭接并且耦合到被模仿的空心导体中，从而功率分配到两种天线类型(微带和喇叭形)上。可通过耦合的耦合程度控制该分配。由此，通过相同的馈电点激励两种天线类型。

通过彼此成直角地布置的天线特性，得到具有非常宽的检测范围的合成天线图42。随后，得到两个彼此成直角地取向的辐射图43、44，一个是微带天线的，并且另一个是集成在基体中的喇叭形天线的，这两个辐射图以相加的方式覆盖整个期望的检测范围。在图6中，高频模拟的结果说明并示出，可在无问题的情况下实现这种情况，并且与更小的电路板空间需求相结合出现期望的更好的监控范围的效果。

为了提高有效距离，可将微带-喇叭形天线组合布置成天线阵列s，这例如在图2中示出。

以相加的方式，在相同的电路板面积上为天线提供更多空间，其可用于更高的有效距离、更好的对象位置分辨率和/或通过无空隙监控的性能提高。此外，利用相同的馈电点激励两种天线类型，这又使得减小馈电网络和空间需求。

总地来说，示例表明，通过本发明可提供具有双重的或叠加的辐射特性的用于雷达应用的天线。