Im letzten Jahrzehnt hat sich Millimeterwellenradar (mmWave-Radar) von einem Nischensensor in wenigen Oberklassefahrzeugen zu einer unverzichtbaren Infrastruktur für die Fahrzeugumgebung entwickelt. Von adaptiver Geschwindigkeitsregelung (ACC) und automatischem Notbremsassistenten (AEB) bis hin zu immer häufiger eingesetztem Hochgeschwindigkeits-Navigationsautopilot (NOA) und Fahrassistenzsystemen für den Stadtverkehr spielt mmWave-Radar eine zentrale Rolle bei der Wahrnehmung der Fahrzeugumgebung.
Mit der steigenden Nachfrage nach fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen entwickeln sich auch Radarsysteme kontinuierlich weiter. Frühe zweidimensionale Radargeräte wurden nach und nach durch 4D-Bildgebungsradare ersetzt, die gleichzeitig Entfernungs-, Geschwindigkeits-, Azimut- und Höheninformationen liefern und dadurch höhere Anforderungen an Erfassungsreichweite, Winkelauflösung und Zielerkennung stellen. Neben der verbesserten Rechenleistung der Chips und der Ausgereiftheit der Algorithmen hat sich das Antennensystemdesign als Schlüsselfaktor für diese Leistungssteigerungen erwiesen. So erreicht beispielsweise das hochauflösende Bildgebungsradar ARS540 von Continental durch hochdichte Antennenarrays eine Erfassungsreichweite von fast 300 Metern und verfolgt gleichzeitig Hunderte von Zielen. In China nutzen 4D-Millimeterwellenradargeräte der nächsten Generation großflächige Array-Antennen und optimierte Hohlleiterstrukturen, um die Zielerkennung auf große Entfernungen zu verbessern und so Fahrzeuge, Leitplanken und stationäre Hindernisse frühzeitig zu erkennen. Hinter diesen Fortschritten zeichnet sich ein klarer Trend ab: Hochleistungs-Millimeterwellenradare setzen zunehmend auf Hohlleiterantennenarchitekturen.
In Millimeterwellen-Radarsystemen ist die Antenne sowohl für die Aussendung als auch für den Empfang elektromagnetischer Wellen verantwortlich und beeinflusst somit direkt die Erfassungsreichweite, die Winkelauflösung und die Signalqualität. Frühe Millimeterwellen-Radarsysteme verwendeten aufgrund ihrer Einfachheit, der geringen Kosten und der guten Massenproduktion überwiegend Mikrostreifenantennen auf Leiterplatten. Mit steigenden Radarfrequenzen auf 77 GHz und darüber hinaus werden die Grenzen von Leiterplattenantennen jedoch deutlich. Die dielektrischen Eigenschaften der Leiterplattenmaterialien verursachen bei Millimeterwellenfrequenzen Ausbreitungsverluste, wodurch die Signalenergie reduziert wird, während Einschränkungen hinsichtlich Strahlungseffizienz und Strahlformung die Systemleistung begrenzen.
Im Gegensatz dazu leiten Wellenleiterantennen elektromagnetische Wellen durch metallische Strukturen, wodurch die Ausbreitungsverluste deutlich reduziert und eine höhere Strahlungseffizienz erzielt wird. Daher haben sich Wellenleiterantennen für Systeme, die eine große Reichweite und eine hohe Winkelauflösung erfordern, als bevorzugte Lösung etabliert. Die weitverbreitete Anwendung von Wellenleitern bringt jedoch neue Herausforderungen für die Fertigung mit sich.
Im Gegensatz zu Leiterplattenantennen sind Hohlleiterantennen präzise elektromagnetische Metallstrukturen. Die Wellenausbreitung im Hohlleiter reagiert äußerst empfindlich auf die Maßgenauigkeit des Hohlraums und die interne Leitfähigkeit. Abweichungen in den Hohlleiterabmessungen oder der Oberflächenrauheit können die Verstärkung verringern, die Strahlrichtung ablenken und den Signalverlust erhöhen, was letztendlich die Radarerfassungsreichweite und die Zielerkennung beeinträchtigt. Die traditionelle Fertigung basiert auf CNC-Bearbeitung oder Metallfräsen, was zwar eine präzise elektromagnetische Leistung gewährleistet, aber erhebliche Kosten- und Skalierbarkeitsbeschränkungen mit sich bringt. Millimeterwellenstrukturen, die oft nur wenige Millimeter groß sind und Toleranzen im Bereich von wenigen zehn Mikrometern aufweisen, erfordern hochentwickelte Maschinen und eine präzise Prozesssteuerung. Die mechanische Bearbeitung eignet sich für die Kleinserienfertigung, ist aber für die Massenproduktion von Automobilradaren oder Sensoren für Endverbraucher nicht rentabel.
Um hohe elektromagnetische Leistung mit einfacher Herstellbarkeit zu vereinen, hat die Industrie metallisierte Hohlleiterantennen erforscht. Das Grundkonzept besteht darin, die Strukturbildung von der elektrischen Leitfähigkeit zu entkoppeln. Anstatt den gesamten Metallblock zu bearbeiten, wird bei diesem Ansatz die Strukturbildung mit der Oberflächenmetallisierung kombiniert.
Zunächst wird der Hohlleiterhohlraum mittels Spritzgießen, Formpressen oder additiver Fertigung aus technischen Kunststoffen oder Hochleistungspolymeren hergestellt. Dies bietet Flexibilität und eignet sich für die Serienfertigung. Nach der Strukturfertigung erfolgt eine Oberflächenvorbehandlung – Reinigung, Aufrauen oder chemische Aktivierung –, um die Metallhaftung zu verbessern. Die anschließende Abscheidung einer durchgehenden leitfähigen Schicht, typischerweise aus Kupfer, Nickel oder Silber, mittels PVD, Galvanisierung oder stromloser Abscheidung, wandelt die Struktur in einen verlustarmen leitfähigen Hohlleiter um. Wichtige Bereiche wie Strahlungsöffnungen oder Grenzflächen können lokal metallisiert oder feinbearbeitet werden, um die elektromagnetischen Eigenschaften zu optimieren.
Dieser Ansatz aus „Struktur und Metallisierung“ erhält die hohe Leistungsfähigkeit herkömmlicher Hohlleiter und ermöglicht gleichzeitig eine flexible und effiziente Fertigung. Spritzgegossene Bauteile erlauben eine schnelle Massenproduktion und senken so die Kosten; Kunststoffsubstrate reduzieren das Gewicht und unterstützen den Leichtbau im Automobilbereich, und der 3D-Druck ermöglicht komplexe Geometrien und verbessert dadurch das Design großflächiger Antennenarrays. Das Verfahren schafft ein optimales Gleichgewicht zwischen elektromagnetischer Effizienz, Herstellbarkeit und Kostenkontrolle, wodurch metallisierte Hohlleiterantennen in Millimeterwellen-Radarprodukten immer häufiger zum Einsatz kommen.
Zhihua Vacuum bietet umfassende Lösungen für die intelligente Fertigung metallisierter Millimeterwellen-Radar-Hohlleiterantennen. Die horizontale, kontinuierliche Beschichtungsanlage auf Basis von Vakuumsputtern ermöglicht die präzise und konsistente Abscheidung von zwei oder mehrlagigen Metallschichten in einem einzigen Vakuumzyklus. Im Vergleich zum herkömmlichen Silberelektrodendruck verbessern magnetron-gesputterte Kupferelektroden Leitfähigkeit, Zuverlässigkeit und Schwefelbeständigkeit bei gleichzeitig reduzierten Kosten. Automatisierte Handhabung und die Kompatibilität mit verschiedenen Keramikgrößen gewährleisten einen hohen Durchsatz für die Massenproduktion. Mit über 30 Jahren Erfahrung in Vakuumbeschichtungstechnologien wie PVD, PECVD und ALD bietet Zhihua Vacuum kundenspezifische und vertrauliche Prozessintegration von der Forschung und Entwicklung bis zur Serienproduktion.
Mit dem Fortschritt autonomer Fahr- und intelligenter Sensortechnologien steigen die Leistungsanforderungen an Millimeterwellenradarsysteme kontinuierlich. Die Entwicklung von Mikrostreifenantennen auf Leiterplatten über Hohlleiterantennen hin zu metallisierten Hohlleiterstrukturen verdeutlicht die entscheidende Rolle der Antennenfertigungstechnologie. Durch die Trennung von Strukturierung und Leitfähigkeit erzielen metallisierte Hohlleiterantennen sowohl hohe elektromagnetische Leistung als auch hohe Produktionseffizienz und bieten Flexibilität für komplexe Array-Radar-Designs. Mit fortschreitender Materialwissenschaft und verbesserten Fertigungstechniken wird dieser Ansatz in zukünftigen Millimeterwellenradarsystemen eine immer wichtigere Rolle spielen.
Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsanlagenZhenhua Staubsauger
Veröffentlichungsdatum: 27. März 2026