DE19618180A1

DE19618180A1 - Planarer Miniatur-Strahler

Info

Publication number: DE19618180A1
Application number: DE1996118180
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Dietzel; Lutz Dr Ing Rothe
Original assignee: ALPHASAT COMMUNICATION GmbH
Current assignee: ALPHASAT COMMUNICATION GmbH
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1997-11-13

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Konfigurierung extrem miniaturisierter, flächenhaft gestalteter, flexibler sowie systemintegrierbarer Strahlerkomponenten für den Dezimeterwellenbereich, mittels derer die Abstrahlung bzw. der Empfang linear polarisierter elektromagnetischer Felder gerichtet für den Fall der zur Wellenlänge des transmittierten Signals vergleichsweise mehrfach geringeren Ausdehnung der längsten Kante der flächenhaften Struktur erfolgt. Weiterhin besteht das Ziel der Erfindung darin, hochselektive planare Strahler elemente zu konfigurieren, deren Selektivität mittels der Möglichkeiten lasergestützter Abgleichverfahren hochgenau einzustellen ist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfaßt den Sektor der Übertragung von Informationen und Daten beliebiger Informationsstruktur.

Stand der Technik

Der bekannte Stand der Technik wird anhand der folgenden Darstellung charakterisiert.

Für die Konfigurierung miniaturisierter Strahler ist die Strahlergeometrie gegenüber der wellenlängenabhängigen Resonanzbedingung extrem zu reduzieren. Hierzu sind verschiedene Methoden bzw. Möglichkeiten der Strahlerkonfigurierung bekannt. Für Linearstrahler, deren elektrische Länge mindestens auf eine Viertelwellenlänge zu bemessen ist, wird in der Regel eine Verlängerungsspule derartig eingesetzt, daß der mechanisch verkürzte Strahler mittels einer komplementären Induktivität die elektrisch notwendige Länge erreicht.

Diese Methode kann bis zur vollständigen Umwandlung des Strahlers in eine Spule fortgesetzt werden. Hierbei entsteht jedoch der Nachteil, daß durch die extreme mechanische Verkürzung des Strahlers die wirksame Strahlerlänge bzw. Strahlerfläche und damit der zugeordnete Strahlungswirkungsgrad reduziert wird. Für den Fall der Verwendung von resonanten Flächenstrahlern in Microstrip-, Microslot- oder Koplanartechnik wird zur Verkürzung der Strahlergeometrie in der Regel ein dielektrischer Träger mit hoher Permittivität eingesetzt.

Die Verwendung hochdielektrischer oder hochpermeabler Basismaterialien ist analog mit einer entsprechenden Reduzierung des Strahlungswirkungsgrades verbunden.

Soll der Strahler zusätzlich die Eigenschaft der Systemintegrierbarkeit aufweisen, ist eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Rückwirkungen der Strahlerumgebung erforderlich bzw. die Durchdringungsfähigkeit der umgebenden Teile zu gewährleisten.

Die voran charakterisierten Strahlerkonfigurationen erfüllen beide Merkmale nur bedingt.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Konfigurierung extrem miniaturisierter, flächenhaft gestalteter, zweiachsig flexibler sowie systemintegrierbarer Strahlerkomponenten, vorzugsweise für den Dezimeterwellenbereich des elektromagnetischen Wellenspektrums, mittels derer die gerichtete Abstrahlung bzw. der gerichtete Empfang linear polarisierter elektromagnetischer Felder für den Fall der zur Wellenlänge des transmittierten Signals vergleichsweise mehrfach geringeren Ausdehnung der längsten Kante der flächenhaften Struktur erfolgt. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, hochselektive planare Strahlerelemente zu konfigurieren, deren Selektivität mittels lasergestützter Abgleichverfahren hochgenau einzustellen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem auf einer festen oder flexiblen dielektrischen Basis (1) definierter Suszeptibilität und Geometrie eine planare Leiterschleife (2) erzeugt und die planare Leiterschleife (2) mit einer kapazitiven Wellenleiterstruktur galvanisch oder feldgekoppelt wird, wobei die kapazitive Wellenleiterstruktur als Zwei-Elektroden-Anordnung, bestehend aus zwei gegenüberliegenden und mittels eines dielektrischen Trägers (1) getrennten leitfähigen Flächen (4) und (5), ausgebildet wird und die elektrische Kopplung der Leiterschleife (2) mit der leitfähigen Fläche (4) dadurch entsteht, indem die Leiterschleife (2) sowie die leitfähige Fläche 4 auf der für beide Segmente identischen Ebene des dielektrischen Trägers (1) angeordnet und galvanisch verbunden wird.

Die elektrische Kopplung der Leiterschleife (2) mit der leitfähigen Fläche (5) entsteht dadurch, daß die Leiterschleife (2) mittels Durchkontaktierung (3) mit der leitfähigen Fläche (5) galvanisch gekoppelt wird.

Erfindungsgemäß wird die Signalein- bzw. -auskopplung (6) unmittelbar gal vanisch an der Leiterschleife (2) mittels eines Doppelwellenleiters vorgenommen. Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die leitfähigen Flächen (4) und (5) in einem definierten Abstand vom Ort der Signalein- bzw. -auskopplung (6) positioniert werden und die beiden Leiter des Doppelwellen leitersystems der Signalein- bzw. -auskopplung (6) einen definierten Abstand zueinander aufweisen.

Die Abstände zwischen dem Ort der leitfähigen Flächen (4) und (5) und der Signalein- bzw. -auskopplung (6) bzw. der Abstand der signalkoppelnden Wellenleiter (6) stehen in definierter und eindeutiger Beziehung zur Konturausführung der Leiterschleife (2). Die leitfähigen Flächen (4) und (5) sind derartig angeordnet, daß diese sich sowohl vollständig als auch partiell überdecken können.

Erfindungsgemäß läßt sich die Zwei-Elektroden-Anordnung durch ein konzentriertes kapazitives Bauelement oder mehrere seriell oder parallel gekoppelte kapazitive Bauelemente oder mittels der Kombination konzentrierter kapazitiver Bauelemente mit kapazitiv wirkenden leitfähigen Flächen in einer identischen Ebene oder verteilt auf zwei gegenüberliegenden Ebenen nachbilden. Desweiteren kann die Zwei-Elektroden-Anordnung mittels der Kopplung eines oder mehrerer seriell oder parallel gekoppelter konzentrierter Kapazitäten mit einer Anordnung, bestehend aus einer fingerartig ineinandergreifenden und auf der Ebene der Leiterschleife (2) strukturierten planaren Wellenleiterkonfiguration, nachgebildet werden.

Die Berandung der Flächen (4) und (5) läßt sich beliebig, vorzugsweise jedoch quadratisch, rechteckig, kreisformig oder elliptisch ausführen.

Die mögliche Einstellung der Schwingungsbedingung erfolgt mittels orts selektiver, lasergestutzter Abtragung leitfähiger Substanz der Flächen (4) und (5) bzw. (4) oder (5); Hiermit läßt sich die mögliche spektrale Versetzung der Schwingungsbedingung als Folge des Einflusses der beliebig gestaltbaren Strahlerumgebung kompensieren bzw. korrigieren, wobei das schwingungsfähige System in der Weise dimensioniert wird, so daß unter Bezug auf die möglichen Belastungsfälle als Folgen der Strahlerumgebungen eine kapazitive Überbilanzierung resultiert.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll mittels des folgenden Beispiels näher erläutert werden.

Die gesamte Anordnung befindet sich auf einem Träger (1) definierter elektrischer Suszeptibilität mit einer Substratdicke von 0.71 mm. Zusätzlich zur definierten elektrischen Suszeptibiltät muß der Träger (1) sehr geringe dielektrische Verluste aufweisen, um eine hohe Güte gewährleisten zu können. Der Träger (1) ist beidseitig mit Strukturen aus Kupfer beschichtet, die in einem subtraktiven Verfahren erzeugt wurden. Eine addititve Beschichtung ist hierbei ebenfalls denkbar. Die Struktur auf der einen Seite besteht aus einer offenen Leiterschleife (2). An den Enden befinden sich eine Durchkontaktierung (3) und eine Kupferfläche (4). Die andere Seite des Trägers (1) ist mit einer Kupferfläche (5) beschichtet, von der eine Leitung zur Durchkontaktierung (3) führt. Die Kupferflächen (4) und (5) liegen genau übereinander.

Der Träger (1) hat eine Länge von 42 mm und eine Breite von 34 mm. Der Hauptleiter (2) auf der Oberseite ist 0.5 mm breit und 126 mm lang. Die Kupferflächen (4) und (5) haben die Abmessungen 3.5 × 3.0 mm.

Der Strahler wird über einen Wellenleiter gespeist, der an den Speisepunkten (6) angekoppelt wird. Die Speisepunkte (6) befinden sich in einer Entfernung von 59.2 mm und 77.3 mm von der Durchkontaktierung (3).

Claims

1. Planarer Miniatur-Strahler, bestehend ans einem dielektrischen Träger definierter elektrischer Suszeptibilität und Verlusteigenschaften, auf dem mittels additiver oder subtraktiver Verfahren eine Dünnschichtstruktur erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- auf einem starren oder flexiblen dielektrischen Träger (1) eine planare Leiterschleife (2) erzeugt wird;
- die planare Leiterschleife mit einer kapazitiven Wellenleiterstruktur gekoppelt wird;
- die kapazititve Leiterstruktur als Zwei-Elektroden-Anordnung, bestehend aus zwei gegenüberliegenden und mittels des dielektrischen Folienträgers (1) getrennten leitfähigen Flächen (4) und (5), ausgebildet wird;
- die elektrische Kopplung der Leiterschleife (2) mit der leitfähigen Fläche (4) dadurch entsteht, indem die Leiterschleife (2) sowie die leitfähige Fläche (4) auf der für beide Segmente identischen Ebene des dielektrischen Folienträgers (1) angeordnet und galvanisch verbunden wird;
- die elektrische Kopplung der Leiterschleife (2) mit der leitfähigen Fläche (5) dadurch entsteht, indem die Leiterschleife (2) mittels Durchkontaktierung (3) mit der leitfähigen Fläche (5) galvanisch gekoppelt wird;
- die Signalein- bzw. -auskopplung (6) unmittelbar galvanisch an der Leiter schleife (2) mittels eines Doppelwellenleiters erfolgt.

2. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Flächen (4) und (5) in einem definierten Abstand vom Ort der Signal ein- bzw. -auskopplung (6) positioniert werden.

3. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiter des Doppelwellenleitersystems der Signalein- bzw. -aus kopplung (6) einen definierten Abstand zueinander aufweisen.

4. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen dem Ort der leitfähigen Flächen (4) und (5) sowie der Signalein- bzw. -auskopplung (6) bzw. der Abstand der signalkoppelnden Wellenleiter (6) in definierter und eindeutiger Beziehung zur Kontur ausführung der Leiterschleife (2) stehen.

5. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die leitfähigen Flächen (4) und (5) sowohl vollständig als auch partiell überdecken können.

6. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwei-Elektroden-Anordnung, bestehend aus den beiden gegenüberliegenden leitfähigen Flächen (4) und (5), durch ein konzentriertes kapazitives Bauelement oder mehrere seriell oder parallel gekoppelte kapazitive Bauelemente, die auf der Ebene der Leiterschleife (2) angeordnet werden, nachgebildet wird.

7. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwei-Elektroden-Anordnung, bestehend aus den beiden gegenüberliegenden leitfähigen Flächen (4) und (5), mittels der Kopplung eines oder mehrerer seriell oder parallel gekoppelter konzentrierter Kapazitäten mit einer Anordnung, be stehend aus zwei gegenüberliegenden und dielektrisch getrennten, leitfähigen Flächen, nachgebildet wird.

8. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwei-Elektroden-Anordnung, bestehend aus den beiden gegenüberliegenden leitfähigen Flächen (4) und (5), mittels der Kopplung eines oder mehrerer seriell oder parallel gekoppelter konzentrierter Kapazitäten mit einer Anordnung, be stehend aus einer fingerartig ineinandergreifenden und auf der Ebene der Leiterschleife (2) strukturierten planaren Wellenleiterkonfiguration, nachgebildet wird.

9. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Parameter des Folienträgers (2) sowie dessen Basishöhe in definierter und eindeutiger Beziehung zu den Abmessungen der leitfähigen Flächen (4) und (5) stehen.

10. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1 bis 5 sowie 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Berandung der Flächen (4) und (5) beliebig gestaltet werden kann, vorzugsweise jedoch quadratisch, rechteckig , kreisförmig oder elliptisch ausgeführt werden.

11. Planarer Miniatur-Strahler nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Leiterschleife (2) in definierter und eindeutiger Beziehung zur Gestaltung und Größe der Flächen (4) und (5) steht.