DE202010011837U1

DE202010011837U1 - Keramik-Patch-Antenne sowie auf einer Leiterplatine sitzende Keramik-Patch-Antenne

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Publication number: DE202010011837U1
Application number: DE202010011837U
Authority: DE
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Continental Advanced Antenna GmbH
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2020-08-27

Abstract

Keramik-Patch-Antenne mit folgenden Merkmalen
– mit einem Substrat (3), welches eine Oberseite (3') und eine Unterseite (3'') aufweist,
– mit einer elektrisch leitfähigen Strahlerfläche (9) die auf der Oberseite (3') des Substrats (3) vorgesehen ist,
– mit einer das Substrat (3) durchsetzenden gestuften Bohrung (4a, 4b) mit einer an der Unterseite (3'') des Substrats (3) beginnenden erweiterten Ausnehmung (4b), die in eine anschließende zur Oberseite (3') des Substrats (3) führende Bohrung (4a) mit gegenüber der erweiterten Ausnehmung (4b) kleinerem Durchmesser übergeht,
– mit einem die gestufte Bohrung (4a, 4b) durchsetzenden Kontaktstift (111),
– der Kontaktstift (111) ist im Bereich der Oberseite (3') des Substrats (3) mit der Strahlerfläche (9) verlötet,
– der Kontaktstift (111) umfasst einen in der zur Oberseite (3') des Substrats (3) führenden Bohrung (4a) verlaufenden Kontakt-Abschnitt (111a) und einen sich in der erweiterten Ausnehmung (4b) befindlichen Kontaktstift-Abschnitt (111b) auf, der die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Keramik-Patch-Antenne sowie eine Gesamtanordnung aus einer Leiterplatine und einer darauf sitzenden und dort angeschlossenen Keramik-Patch-Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 8.
Für den Empfang von Signalen wie GPS, SDARS usw. werden häufig Patchantennen, d. h. insbesondere Keramik-Patch-Antennen verwendet.
Patchantennen und insbesondere Keramik-Patch-Antennen sind von ihrem grundsätzlichen Aufbau her beispielsweise aus der DE 10 2004 016 158 B4 , der DE 10 2006 027 694 B3 oder auch der DE 10 2006 038 528 B3 als bekannt zu entnehmen.
Eine derartige vorbekannte Patchantenne, die allgemein als Antenne planarer Bauart bezeichnet wird, weist mehrere entlang einer axialen Achse übereinander angeordnete Flächen und Schichten auf, nämlich in der Regel eine dielektrische Substratschicht mit einer auf der Oberseite dieser dielektrischen Substratschicht vorgesehenen elektrisch leitfähigen Sendefläche.
Auf der Unterseite der Substratschicht kann eine elektrisch leitfähige Masse oder Grundfläche vorgesehen sein. Ferner ist eine Speise- oder Anschlussleitung in der Regel senkrecht durch die Substratfläche zur Strahlerfläche von unten nach oben geführt und mit der elektrisch leitfähigen Strahlerfläche, dem eigentlichen Sende-Patch, elektrisch verbunden.
Auf der Unterseite des Patches steht die Anschlussleitung in der Regel über, so dass ein so gebildetes Patch auf einer Leiterplatine positioniert und elektrisch angeschlossen werden kann.
Dabei kann auf der Leiterplatine eine in der Regel das Patch seitlich überragende, elektrisch leitfähige Reflektorfläche ausgebildet sein.
Die entsprechende Patchantenne kann fertigungsseitig mit einer Doppelklebeschicht auf ihrer Unterseite versehen sein, worüber die Patchantenne dann an einer Leiterplatine an einer entsprechenden Stelle durch Entfernung einer Schutzfolie aufgeklebt werden kann.
Dabei ist in der Regel an der Leiterplatine an der betreffenden Stelle eine Bohrung oder eine Durchkontaktierung vorgesehen, in welcher die an der Unterseite des Patches überstehende Leitung durch die Durchkontaktierung hindurchgeführt und dann von der Unterseite her gelötet werden kann.
Auf der Leiterplatine sind üblicherweise eine Vielzahl von elektrischen Bauteilen und Baugruppen mittels Lötung angeschlossen, und zwar in der Regel auf der Unter- wie der Oberseite der Leiterplatine.
Beim Bestücken einer Leiterplatine mit einer entsprechenden Keramik-Patch-Antenne sind nach dem Stand der Technik grundsätzlich zwei unterschiedliche Ausführungsformen bekannt geworden.
Bei der einen Ausführungsform werden nach Art von SMD-Bauteilen (Surface Mounted Devices) realisierte Patchantennen mittels des sogenannten Reflow-Verfahren auf der Leiterplatine verlötet.
Bei dem anderen bekannten Verfahren werden die entsprechenden meist von Hand bestückbaren Patchantennen, die mit einem stiftförmigen Innenleiter versehen sind, mittels Hand- oder Automatenlötung auf einer Leiterplatine angelötet.
Die nach dem SMT-Verfahren (Surface Mounted Technology) bestückbaren Patchantennen haben den Vorteil einer kostengünstigen Montage. Nachteilig dabei ist allerdings, dass derartige Patchantennen ein aufwendigeres Herstellungsverfahren erfordern und damit teurer sind als Patchantennen, die mit einem starren, stiftförmigen Speiseleiter hergestellt werden.
Da Patchantennen mit einem Substrat aus Keramik, die nachfolgend auch kurz als Keramik-Patch-Antennen bezeichnet werden, baubedingt relativ groß und schwer sind, werden sie üblicherweise mittels des bereits erwähnten doppelseitigen Klebebandes auf dem Schaltungsträger, d. h. in der Regel der Leiterplatine befestigt. Das gilt für die von Hand bestückbaren Patchantennen. Für die SMT-Varianten kann dies entfallen aufgrund der großflächigen Verklötung. Diese Verklebung dient vor allem dazu, die mit einem Lötstift ausgestatteten Patchantennen fest und dauerhaft mit der Trägerleitplatte (Leiterplatine) zu verbinden und die Lötstelle frei von mechanischen Belastungen zu halten.
Die Verklebung muss dabei zur Sicherstellung einer hohen und dauerhaften Klebewirkung gemäß den Herstellerangaben des Doppelklebebandes ausgeführt werden. Dies erfordert in der Regel ein Verpressen der Patchantenne (einschließlich des Klebebandes) mit der Trägerleiterplatte (Leiterplatine), und zwar unter Beachtung definierter Montageparameter bezüglich des einzuhaltenden Anpressdruckes, der Anpressdauer sowie der Anpresstemperatur.
Um diese Parameter in der Serienmontage prozesssicher einhalten zu können, werden bei der Montage in der Regel geeignete Fertigungsmittel, wie z. B. zeitgesteuerte, pneumatische Pressen verwendet.
Nach der erfolgten Verklebung werden Stifte zur Speisung des Patches auf der zur Patchantenne abgewandt liegenden Leiterplatinenseite verlötet. Die Verklebung und Verlötung dieser Patchantennen erfolgt üblicherweise nach der SMD-Bestückung der Leiterplatine und der Verlötung dieses Bauelements im Reflow-Prozess.
Wie bereits erwähnt, sind SMT-fähige Patchantennen in der Regel herstellungsbedingt teurer als Patchantennen mit starrem Lötstift. Ein weiterer Nachteil der SMD-Patchantenne ergibt sich durch die im Montageprozess frühzeitige Assemblierung, zusammen mit den üblichen SDM-Bauteilen. Hierdurch können manche für den Empfang der Signale notwendigen und auf der Leiterplatine integrierten Funktionen, wie z. B. ein Verstärker, nicht mehr im sogenannten Incircuit-Test überprüft werden.
Um die Anschlusstechnik für eine derartige Patchantenne zur Realisierung eines Surface-Mounted-Anschlusses zu verbessern, ist beispielsweise gemäß der EP 1 445 827 A1 vorgeschlagen worden, einen das Substrat einer Patchantenne durchsetzenden Kontaktsift an seiner unteren Anschlussseite mit einem den Durchmesser des Kontaktstiftabschnittes übersteigenden Anschlussflansch auszugestalten, der dann mittels Lötung auf einer der Patchantenne zugewandt liegenden Anschlussstelle einer Multi-Layer-Leiterplatine elektrisch angeschlossen werden kann.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Verbesserung bezüglich einer Keramik-Patch-Antenne zu schaffen, die es ermöglicht, eine derartige Keramik-Patch-Antenne besser und gleichwohl kostengünstig an einer Leiterplatine anschließen zu können. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich der Patchantenne entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich des Gesamtaufbaus einer auf einer Leiterplatine angeschlossenen Keramik-Patch-Antenne entsprechend den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Rahmen der Erfindung wird nunmehr ein Weg vorgeschlagen, der gegenüber dem Stand der Technik deutliche Vorteile aufweist.
Dabei lässt sich die Erfindung von dem Gedanken tragen, bei der Fertigung weitere Kosten zu sparen, weshalb versucht wird, bei der Bestückung von Leiterplatinen mit elektronischen Bauelementen vorzugsweise auf in der Regel kleinere und kostengünstigere Bauteile zurückzugreifen, die vor allem gemäß der SMT-Technik (Surface-Mounted-Tecnology) positionier- und elektrisch anschließbar sind. Denn derartige Bauteile können in der Regel sehr kostengünstig voll automatisch bestückt werden, wobei der anschließende Lötvorgang ebenfalls voll automatisch in dem sogenannten Reflow-Prozess erfolgen kann.
Allerdings sind diese Vorteile, wie erwähnt, zumindest partiell bei Verwendung von entsprechenden Keramik-Patch-Antennen bisher nicht realisierbar gewesen, was sich für einen optimalen Fertigungsvorgang als durchaus störend erwiesen hat. Denn diese Bauteile, wie beispielsweise eine Keramik-Patch-Antenne, erfordern bisher eine abweichende und aufwendige Montage, beispielsweise eine Hand- oder Automatentötung oder einen Lötvorgang mittels Roboter.
Die Erfindung schlägt nunmehr vor, für derartige Patchantennen eine lötfreie Verbindung zu realisieren, um die Patchantenne ohne Lötprozess an einer entsprechenden Trägereinrichtung, in der Regel in Form der Leiterplatine, elektrisch zu kontaktieren.
Dazu ist der das Keramiksubstrat der Patchantenne durchsetzende Speiseleiter an seiner unten liegenden Anschlussstelle so ausgebildet, dass dort radiale und/oder bezogen auf den Speiseleiter axiale Klemm-, Vorspann- und/oder Anlagekräfte erzeugt werden, um hier eine entsprechende elektrische Kontaktierung mit einem Anschlussabschnitt auf der Trägerplatte (Leiterplatine) zu realisieren.
Bevorzugt kann dies unter Verwendung eines sogenannten Kontaktstiftes realisiert werden, um eine Einpress-Kontaktierung zwischen dem Kontaktstift und eine entsprechende Kontaktierung in einer durchkontaktierten Bohrung einer Leiterplatine (oder in einer durchkontaktierten Sacklochausnehmung etc.) zu realisieren, nämlich durch Erzeugung von Radial- oder Querkräften.
Insbesondere unter Verwendung der erwähnten Kontaktstifte ist eine besonders günstige lötfreie Patchkontaktierung im Rahmen einer fertigungs-optimierten Patchmontage möglich. Denn bei der Herstellung der Patche selbst können diese weiterhin mit einem starren Stift hergestellt werden, wobei im Rahmen der Erfindung lediglich die Art des Kontaktstiftes verändert wird, so dass eine nachträgliche, kostenintensive Hand-Automaten- oder Roboterlötung vermieden werden kann. Die zur Kontaktierung bzw. dem Einpressen dieser Art von Kontaktstiften benötigte Kraft kann dabei bereits durch die verwendete Vorrichtung zum definierten Anpressen oder Ankleben der Patche bzw. deren Klebefolien aufgebracht werden. Dadurch sind im Rahmen der Erfindung keine weiteren Fertigungsmittel als die bereits vorhandenen erforderlich.
Als weiterer Vorteil ergibt sich im Gegensatz zu den im SMT-Verfahren bestückbaren Patchantennen, dass die Leiterplatten und die darüber angeschlossenen Verstärker für diese erfindungsgemäßen Patchantennen weiterhin überprüfbar und testbar sind, da ein wirksamer Test nur ohne montierte und angeschlossene Patchantenne durchgeführt werden kann. Da die erfindungsgemäßen Patchantennen ähnlich wie Patche mit starrem Lötstift nach dem Stand der Technik in der Regel erst nach der SMT-Bestückung, der Reflow-Lötung und auch erst nach dem Leiterplattentest (Incircuit-Test) montiert werden, können diese Vorteile auch bei den erfindungsgemäßen Patchantennen unter Verwendung lötfreier Einpresskontakte erzielt werden.
Durch die Erfindung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, unter anderem

• eine Reduzierung der Durchlaufzeiten bei der Erstellung einer Leiterplattenbaugruppe benötigten unterschiedlichen Lötverfahren (wodurch sich auch die Anzahl der Fertigungsschritte minimieren lässt)
• eine Reduzierung der bei der Erstellung einer Leiterplattenbaugruppe benötigten unterschiedlichen Lötvorrichtungen (was zu einer deutlichen Verringerung von Vorrichtungs-Investitionen führt).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen für verschiedene Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: eine schematische räumliche Darstellung auf eine erfindungsgemäße Keramik-Patch-Antenne;
2: eine entsprechende Darstellung zu 1 bei noch nicht aufgebrachtem Lötpunkt unter Verbindung einer Speiseleitung mit der oben liegenden Strahlerfläche;
3: eine schematische axiale Querschnittsdarstellung durch die erfindungsgemäße Patchantenne gemäß 1;
4: eine ähnliche Darstellung zu 3 in räumlicher Schnittdarstellung;
5: eine räumliche Unteransicht auf die erfindungsgemäße Keramik-Patch-Antenne; und
6: eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Keramik-Patch-Antenne vergleichbar der Schnittdarstellung gemäß 4, und zwar nach der Positionierung und dem Aufkleben auf einer Leiterplatine.
Anhand der 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel anhand verschiedener Darstellungen erörtert.
In 1 bis 6 ist dabei die erfindungsgemäße Keramik-Patch-Antenne 1 gezeigt, die teilweise nachfolgend auch nur als Patchantenne bezeichnet wird.
Die Patchantenne 1 umfasst, wie üblich, ein Substrat (Dielektrikum) 3, welches einen n-polygonalen Querschnitt in Draufsicht aufweisen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 3 einer Rechteckform, d. h. einer Quadratform angenähert. Lediglich die Ecken 3a können zur Anpassung der Patchantenne unterschiedlich groß dimensionierte Abflachungen 3b aufweisen, die üblicherweise in einem 45° Winkel zu den Seitenflächen 3c des so gebildeten Keramik-Substrats 3 verlaufen (wobei die Seitenflächen in der Regel senkrecht zur Ober- oder Unterseite 3', 3'' des Substrats 3 verlaufen, gleichwohl aber auch schräg dazu verlaufen könnten).
Auf der Oberseite 3' des Substrats 3, welches einen dielektrikischen Körper darstellt, ist die elektrisch leitfähige Fläche 9 ausgebildet, die nachfolgend auch kurz als Strahlerfläche 9 bezeichnet wird. Die Strahlerfläche 9 kann durch eine auf der Oberseite 3' auf dem Substrat 3 aufgebrachte Metallisierung bestehen. Üblicherweise ist diese Strahlerfläche 9 geringfügig kleiner dimensioniert als die Oberfläche 3' des Substrates 3, so dass ein umlaufender Rand 3e um die Strahlerfläche 9 herum verbleibt, der auf der Oberseite des Substrates 3 sichtbar ist. Auch die Strahlerfläche 9 kann an den Eckbereichen (oder an sonstiger Stelle) Ausnehmungen oder Abflachungen 9a aufweisen, die der Anpassung der Antenne dienen.
Wie aus der schematischen Darstellung gemäß 2 zu ersehen ist, führt durch das Substrat 3 hindurch (in der Regel senkrecht zur Substrat-Ebene, die parallel zur Strahlerfläche 9 verläuft) eine Speiseleitung 11, die zumindest in einem geringen Abstand über der Strahlerfläche 9 enden kann, aber nicht muss. Dort wird eine Einspeisestelle 13 zur Speisung der Strahlerfläche 9 gebildet, wozu das oben liegende Ende der Speiseleitung 11 mittels eines Lötpunktes 15, also mittels einer Lötstelle 15 mit der Strahlerfläche 9 elektrisch leitend verbunden ist.
Aus der Schnittdarstellung gemäß 3, der räumlichen Schnittdarstellung gemäß 4 als auch aus der räumlichen Unteransicht gemäß 5 ist zu ersehen, dass die Speiseleitung 11 das Substrat 3 in einer Bohrung 4 durchsetzt, die mit einer Bohröffnung 9b in der Strahlerfläche 9 fluchtet, durch die hindurch die Speiseleitung 11 führt, deren Ende dann wie erwähnt mittels des Lötpunktes 15 an der dadurch gebildeten Lötstelle 13 mit der Strahlerfläche 9 elektrisch-galvanisch verbunden ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Speiseleitung 11 durch einen Kontaktstift 111 gebildet, der nachfolgend teilweise auch als Einpresskontakt oder Einpress-Kontaktstift 111 bezeichnet wird. Von der Unterseite 3'' des Substrates 3 ausgehend ist dabei über eine Teillänge, d. h. Teilhöhe des Substrates 3 eine abgestufte Bohrung 4 eingebracht, die einen von der Unterseite 3'' des Substrates 3 ausgehenden unteren Bohrung- oder Ausnehmungsabschnitt 4b aufweist, der über eine Abschlussfläche 4c in einen oberen Bohrungsabschnitt 4a übergeht, der gegenüber dem erweiterten Bohrungs- oder Ausnehmungsabschnitt 4b einen geringeren Durchmesser aufweist. In diesem mit größerem Durchmesser vorgesehenen Bohrungsabschnitt 4b kommt nunmehr ein mittlerer Kontaktstift-Abschnitt 111b mit einem in radialer Hinsicht erweiterten Druckanschlag 111b' des Kontaktstiftes 111 zu liegen, der sich an dem darüber befindlichen zur Strahlerfläche 9 führenden obere Kontaktstift-Abschnitt 111a des Einspress-Kontaktstiftes 111 anschließt. Ist die Höhe des radial erweiterten Druckanschlages 111b' gleich oder geringer als die Tiefe der erweiterten Bohrung oder Ausnehmung 4b, so wird bei eingestecktem Kontaktstift 111b der radial erweiterte Druckanschlag 111b nicht über die untere Begrenzungsfläche 3'' der Patchantenne nach unten hin überstehen.
Aus den Zeichnungen ist dabei auch zu ersehen, dass gemäß einer bevorzugten Variante der erweiterte Druckabschnitt 111b' in Form zweier radial in gegenseitiger Richtung vorstehender Druckanschlags-Schultern ausgebildet ist. Gleichwohl könnte dieser Druckanschlag auch als scheibenförmiger Druckanschlag mit größerem Durchmesser als der darüber befindliche Leitungsabschnitt 111a ausgebildet sein. Beschränkungen auf unterschiedliche Ausführungsformen bestehen in soweit nicht.
Wie insbesondere aus der Schnittdarstellung gemäß 3 und 4 auch zu ersehen ist, schließt sich an den erweiterten Druckabschnitt 111b' gegenüberliegend zu dem oberen Kontaktstiftabschnitt 111a ein nach unten hin üer die Unterseite 3'' der Patchantenne 1 überstehender Klemmabschnitt 111c an, der im gezeigten Ausführungsbeispiel ösenförmig gestaltet ist (auch jede andere beliebige Klemmkräfte erzeugende Form aufweisen kann) und aufgrund dessen eine gwisse radiale Elastizität hat.
Entsprechend den bisherigen Schilderungen wird die Keramik-Patch-Antenne 1 mit einem derartigen Aufbau hergestellt und ausgeliefert, wobei auf der Unterseite 3'' des Substrates 3 ein doppelseitiges Klebeband 21 aufgebracht ist, welches auf seiner Unterseite zur Auslieferung noch mit einer Abdeck-Schutzfolie versehen sein kann. Dieses doppelseitige Klebeband 21 ist in der Regel bezüglich seiner flächigen Erstreckung geringfügig kleiner dimensioniert als die Längs- und Quererstreckung des Substrates 3, wobei im Bereich des Kontaktstiftes 111 eine entsprechende Ausnehmung im doppelseitigen Klebeband 21 vorgesehen ist.
Zur Montage und zum elektrischen Anschluss der so geschilderten Patchantenne kann die erwähnte und in den Figuren nicht weiter dargestellte Schutzfolie auf dem doppelseitigen Klebeband abgezogen und die betreffende Patchantenne 1 auf einer Leiterplatine 25 (6) an einer vordefinierten Stelle aufgepresst werden, derart, dass zum einen der zumindest teilelastische oder geringfügig elastische Klemmabschnitt 111c in eine entsprechende Durchkontaktierung 27, also eine entsprechende mit einer leitfähigen Oberschicht versehene Bohrung 29 in der Leiterplatine 25 eingepresst wird (wodurch eine allgemein als Anschlussstelle 125 definierte Kontaktierungsstelle gebildet ist), wobei die beiden Abschnitte 111'c, die die ösenförmige Gestaltung mit der dazwischen befindlichen Ausnehmung 111d den Klemmabschnitt 111c des Kontaktstiftes 111 bilden, zumindest geringfügig (also in Radialrichtung) zusammengepresst werden. Durch die Klemmkräfte wird eine gute elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktstift 111 und der Durchkontaktierung 27 in der Bohrung 29 der Leiterplatine 25 hergestellt, also eine lötfreie und gleichwohl elektrisch dauerhaft gute Verbindung.
Aus dem geschilderten Ausführungsbeispiel geht hervor, dass für die Erzielung einer lötfreien aber elektrisch hochwertigen Verbindung zwischen der Keramik-Patch-Antenne 1 und einer entsprechenden Anschluss-Stelle 125 auf einer Leiterplatine 25, hier in Form einer Durchkontaktierung 27 im Bereich einer Bohrung 29 in der Leiterplatine 25, Kontaktstifte 111 vorgeschlagen und verwendet werden, die nachfolgend auch als Einpress-Kontaktstifte 111 bezeichnet werden.
Derartige Einpress-Kontakte für lötfreie Verbindungen sind an sich nach der Norm DIN EN 60 352-5 durchaus bekannt, werden allerdings niemals als Kontaktstifte zur Kontaktierung von Patchantennen verwendet.
Die Geometrie und die Größe der abgestuften Bohrung 4, d. h. die Geometrie und die Größe der Ausnehmung 4b auf der Unterseite 3'' des Substrats 3 sowie die Größe und Ausnehmung der sich daran anschließenden Bohrung 4a, die zur Substratoberseite 3' führt, sowie die Dimensionierung des Kontaktstift-Abschnittes 111a mit seinem verringerten Durchmesser im Steckbereich, dem Durchmesser im Klemm- und Einpressabschnitt 111c sowie die Dimensionierung im Bereich des mittleren Kontaktstift-Abschnittes 111b mit dem erweiterten Druckanschlag 111b' ist dabei so zu wählen, dass beim Einpressvorgang des Klemmabschnittes 111c an der Anschluss-Stelle 125 hier in Form einer Durchkontaktierung 27 in der Leiterplatine 25 die erforderlichen auftretenden Kräfte über eine entsprechende Geometrie von der Patchantenne 1 auf den Einpresskontakt 111 übertragen werden. Mit anderen Worten stützt sich der erweiterte Leitungsabschnitt 111b des Einpress-Kontaktstiftes 111 an der an der gestuften Bohrung 4a, 4b ausgebildeten Druck- und/oder Abstützfläche 4c direkt, also unmittelbar oder mittelbar ab, wenn nämlich hier noch ein in den Zeichnungen nicht näher dargestelltes und auch nicht notwendiges Zwischenelement vorgesehen sein sollte.
Im Hinblick auf die vorstehend erläuterte Dimensionierung der verschiedenen Teile und die dadurch bedingten Einpresskräfte des überstehenden Klemmabschnittes 111c im Bereich der Durchkontaktierung 27 wird letztlich auch die Haltekraft definiert und bestimmt, mit der die Patchantenne 1 an der Anschlussstelle 125 der Leiterplatine 25 gehalten wird. Sind diese Einpresskräfte groß, wäre es eventuell sogar möglich auf das doppelseitige Klebeband 21 zu verzichten, wenn also mit anderen Worten durch den eingepressten Kontaktstift 111 die Patchantenne insgesamt an der Leiterplatnie gehalten wird. Aus Sicherheitsgründen wird aber gleichwohl die Verwendung eines doppelseitigen Klebebandes 21 bevorzugt.
Die elektrische Kontaktierung zwischen dem Einpresskontakt 111 und der Patchantenne 1 wird, wie erläutert, im Bereich der oberen metallisierten oder als Strahler wirkenden Patchfläche über eine Lötstelle 15 realisiert. Dadurch bleibt die bisherige günstige Fertigungsfolge bei der Patchherstellung unverändert.
Die Patchantenne weist, wie erläutert, eine gestufte Bohrung 4 auf, wobei der der Leiterplatte 25 zugewandete größere Bohrungsabschnitt 4b größer ist als der der Strahlerfläche 9 zugewandt liegende, sich an den größeren Bohrungsabschnitt 4a anschließende kleinere Bohrungsabschnitt 4a. Der Kontaktstift 111 wird in der zur Oberseite 3' des Substrats 3 führenden Bohrung 4a mit seinem hier eingreifenden Kontaktstiftabschnitt 111a ausgerichtet und geführt. Diese Bohrung 4a ist hinsichtlich des Durchmessers so dimensioniert, dass sich das obere Ende des Einpressstiftes 111 in ihr exakt zentriert und ein Verkippen vermieden wird.
Der größere Durchmesser der unten liegenden Bohrung (Ausnehmung 4b) dient, wie erwähnt, zur Aufnahme des verbreiterten Druckanschlags 111b des Einpressstiftes. Die Tiefe der Bohrung 4b muss unter Beachtung der Einpresszone des Einpressstiftes so dimensioniert sein, dass die definierte Kontaktzone (Klemmabschnitt 111c) des Einpressstiftes 111 komplett in der durchkontaktierten Bohrung 27 der Leiterplatine 25 liegt.
Beim Positionieren der Patchbaugruppe unter Einpressen des auf der Unterseite 3'' des Substrats 3 überstehenden Klemmabschnittes 111c des Kontaktstiftes 111 in die Durchkontaktierung 27 wird die Kraft mittels einer geeigneten Vorrichtung auf die Oberseite der Patchantenne 1 übertragen und an der Druckfläche 4c der gestuften Bohrung 4a, 4c auf den Kontaktstift 111 in Form des erwähnten Einpressstiftes weitergeleitet. Dabei ist die Kraft so zu dimensionieren, dass die Einpresskraft zum Verpressen des auf der Unterseite 3'' der Patchantenne 1 vorgesehenen Doppelklebebandes 21 und die Einpresskraft zum Setzen des Einpressstiftes 111 in der Leiterplatine 25 erreicht sind. Nach dem Einpressen und Verkleben der Patchantenne 1 auf der Leiterplatine 25 wird die Patchantenne 1 dann mittels der Haltekraft des Klebebandes 21 dauerhaft mit der Leiterplatine verbunden gehalten. Die Haltekraft des Einpressstiftes 111 in der durchkontaktierten Bohrung 27, 29 der Leiterplatine 25 liefert einen zusätzlichen Beitrag zur Befestigung der Patchantenne 1 auf der Leiterplatine (Grundleiterplatte). Die Summe dieser beiden Haltekräfte muss mindestens so hoch sein wie die Kräfte, die durch Vibration, Schock oder andere äußere Krafteinflüsse auf die Patchantenne wirken oder wirken können.
Anhand der 1 bis 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine lötfreie Kontaktierung bezüglich einer beispielsweise an einer Leiterplatine 25 anzuschließenden Patchantenne 1 gezeigt und beschrieben worden. Dafür wurde der erörterte Kontaktstift 111 mit seinem überstehenden Klemmabschnitt 111c verwendet. Die im Rahmen der Erfindung beschriebene lötfreie Kontaktierung kann aber mittels unterschiedlicher Geometrien für Kontakteinrichtungen erfolgen. Eine Einschränkung auf das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 bis 6 ist nicht gegeben.
Die erfindungsgemäße Keramik-Patchantenne mit einer lötfreien Kontaktierungseinrichtung ist anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert worden. Der Kontaktstift kann dabei vor allem in seinem Kontaktierungsbereich oder Kontaktierungsabschnitt 111c aber auch an dem davor befindlichen Anlage- oder Abstützabschnitt, also dem so genannten mittleren Kontaktstiftabschnitt 111b unterschiedlichst ausgebildet sein. Er muss nicht einmal in diesen Bereichen stiftförmig sein. Jedwede eine innerhalb einer Durchkontaktierung 27 erzeugte Anpresskraft einer derartigen Kontakteinrichtung ist ausreichend, um im Sinne der Erfindung eine lötfreie Kontaktmöglichkeit zwischen der Speiseleitung 11 und einer Anschlussstelle beispielsweise auch in der Leiterplatine 25 zu ermöglichen. Einschränkungen bestehen in soweit nicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004016158 B4 [0003]
DE 102006027694 B3 [0003]
DE 102006038528 B3 [0003]
EP 1445827 A1 [0020]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN EN 60 352-5 [0050]

Claims

Keramik-Patch-Antenne mit folgenden Merkmalen – mit einem Substrat (3), welches eine Oberseite (3') und eine Unterseite (3'') aufweist, – mit einer elektrisch leitfähigen Strahlerfläche (9) die auf der Oberseite (3') des Substrats (3) vorgesehen ist, – mit einer das Substrat (3) durchsetzenden gestuften Bohrung (4a, 4b) mit einer an der Unterseite (3'') des Substrats (3) beginnenden erweiterten Ausnehmung (4b), die in eine anschließende zur Oberseite (3') des Substrats (3) führende Bohrung (4a) mit gegenüber der erweiterten Ausnehmung (4b) kleinerem Durchmesser übergeht, – mit einem die gestufte Bohrung (4a, 4b) durchsetzenden Kontaktstift (111), – der Kontaktstift (111) ist im Bereich der Oberseite (3') des Substrats (3) mit der Strahlerfläche (9) verlötet, – der Kontaktstift (111) umfasst einen in der zur Oberseite (3') des Substrats (3) führenden Bohrung (4a) verlaufenden Kontakt-Abschnitt (111a) und einen sich in der erweiterten Ausnehmung (4b) befindlichen Kontaktstift-Abschnitt (111b) auf, der die zur Oberseite (3') des Substrats (3) führende Bohrung (4a) radial überragt, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: – am gestuften Übergang von der erweiterten Ausnehmung (4b) zu der zur Oberseite (3') des Substrats (3) führenden Bohrung (4a) mit einem verringerten Durchmesser ist eine Druck- und/oder Abstützfläche (4c) gebildet, – an dieser Druck- und/oder Abstützfläche (4c) stützt sich zumindest mittelbar der erweiterte Kontaktstift-Abschnitt (111b) in Form eines erweiterten Druckanschlags (111b') ab, – auf der Unterseite (3'') des Substrats (3) und damit auf der zu dem oben liegenden Leitungsabschnitt (111a) gegenüberliegenden Seite des erweiterten Druckanschlags (111b') steht der Kontaktstift (111) mit seinem dort ausgebildeten Klemmabschnitt (111c) über, – im Bereich des Klemmabschnitts (111c) ist eine lötfreie Anschlussstelle (125) ausgebildet, und – der Klemmabschnitt (111c) ist unter Erzeugung von Radial- oder Querkräften verform- bzw. verbiegbar.
Keramik-Patch-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktstift (111) als Einpress-Kontaktstift (111) ausgebildet ist.
Keramik-Patch-Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (111) als starrer Einpress-Kontaktstift (111) im Bereich seines oberen Kontaktstift-Abschnittes (111a) und seines mittleren Kontaktstift-Abschnittes (111b) ausgebildet ist, wobei der daran anschließende Klemm- und/oder Kontaktabschnitt (111c) ösenförmig gestaltet ist und zwei Leitungsabschnitte (111c') mit einer dazwischen befindlichen Ausnehmung (111d) umfasst, wobei die beiden die dazwischen befindliche Ausnehmung (111d) begrenzenden Leitungsabschnitte (111c') beim Einpressen in eine Durchkontaktierung (27) insbesondere in Form einer in einer Leiterplatine (25) vorgesehenen Bohrung (29) radiale oder mit radialer Komponente verlaufende Vorspann- und Kontaktkräfte erzeugen.
Keramik-Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erweiterte Druckabschnitt (111b') zumindest zwei in gegenüberliegender Radialrichtung vorstehende Druckanschlags-Abschnitte oder -Schultern umfasst.
Keramik-Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erweiterte Druckanschlag (111b') völlig in der erweiterten Ausnehmung (4b) der gestuften Bohrung (4a, 4b) sitzt.
Keramik-Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erweiterte Druckanschlag (111b') an der der Oberseite (3') des Substrats (3) zugewandt liegenden Seite an einer Druck- und Abstützfläche (4c) mittelbar oder direkt anliegt, die im Übergang der gestuften Bohrung (4a, 4c) vom größeren zum kleineren Durchmesser gebildet ist.
Keramik-Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Oberseite 3' des Substrats (3) führende obere Kontaktstift-Abschnitt (111a) in der zur Oberseite des Substrats (3) führenden Bohrung (4a) kippfrei und zentriert gehalten ist.
Auf einer Leiterplatine befestigte und angeschlossene Keramik-Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kontaktstift-Abschnitt (111c) an einer Anschluss-Stelle (125) auf der Leiterplatine (25) lötfrei kontaktiert ist, indem der über die Unterseite (3'') der Patchantenne (1) überstehende Kontaktstift-Abschnitt (111c) unter Erzeugung von zumindest näherungsweise radialen Vorspannkräften oder zur Erzeugung von Vorspannkräften mit zumindest einer radialen Komponente in einer Durchkontaktierung (27) eingesetzt ist.