DE3616723A1 - Mikrowellenbaustein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenbaustein mit einer mindestens aus einem flächig ausgebildeten elektrisch leitenden Strahlerelement bestehenden Antenne, welche auf einer Fläche eines dielektrischen Substrats angeordnet ist, dessen gegenüberliegende Auflagefläche zumindest teilweise mit einer als Massefläche dienenden elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist und mit einer zur Ver­ arbeitung und/oder Erzeugung von Antennensignalen dienenden Mikrowellenschaltung.

In automatischen Transport- oder Fertigungssystemen werden zur Kennzeichnung der dort bewegten Einheiten (z.B. Paletten, Werkstücke) Identifikationssysteme ver­ wendet, die aus einem Mikrowellenbaustein bestehen, der ein Identifikationssignal aussendet, welches von einer Auswerteeinheit empfangen wird. In der Auswerteeinheit werden die empfangenen Signale ausgewertet und abhängig von diesen die bewegte Einheit gesteuert. Ein solcher Mikrowellenbaustein enthält, wie eingangs erwähnt, eine Antenne und eine Mikrowellenschaltung, die die zu sendenden Identifikationssignale aus einem Speicher aus­ liest und zur Antenne weiterleitet. Bei einigen Systemen ist es auch üblich, den Speicher nach Bedarf mit jeweils neuen Identifikationssignalen zu belegen. Die von der Antenne empfangenen neuen Identifikationssigale werden in der Mikrowellenschaltung weiterverarbeitet.

Die Antenne eines solchen Mikrowellenbausteins enthält ein Substrat, welches mit einer metallisierten Grundplatte verbunden ist. Auf der der Grundplatte gegenüberliegenden Fläche liegt das Strahlerelement. Die Dicke des Substrates hängt von der erwünschten Intensität der abzustrahlenden elektromagnetischen Welle und von der erforderlichen Frequenzbandbreite ab. Die Mikrowellenschaltung des Mikro­ wellenbausteins ist mit Streifenleiterelementen und elek­ tronischen Bauelementen realisiert. In der Praxis möchte man die Mikrowellenschaltung so klein wie möglich auf­ bauen. Deshalb verwendet man Streifenleiter mit geringen Breiten, die auf einem dielektrischen Trägermaterial aufgetragen sind, dessen Dicke viel kleiner ist als die Dicke des Substrats. Außerdem wird hierdurch die Dispersion der elektromagnetischen Welle in der Mikro­ wellenschaltung herabgesetzt. Die Verbindung zwischen Antenne und Mikrowellenschaltung ist bei den bisher bekannten Bausteinen durch Kontaktstifte realisiert, die durch das Antennensubstrat führen und das Strahlerelement mit der Mikrowellenschaltung verbinden. Hierbei sind noch verschiedene Lötvorgänge nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikro­ wellenbaustein der eingangs genannten Art einfacher herzustellen und mit kleineren Abmessungen zu realisieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß um das Substrat eine dielektrische flexible Folie gelegt ist, auf die das Strahlerelement aufgebracht ist, auf deren Innenfläche die als Massefläche dienende elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist und auf deren Außenfläche die der Massefläche gegenüberliegende Mikrowellenschaltung angeordnet ist, die über eine Speiseleitung mit der Antenne verbunden ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Mikrowellenbaustein die dielektrische Folie um das Substrat gelegt wird, ist der Aufbau des Mikrowellenbausteines sehr kompakt. Die Dicke der flexiblen Folie wird durch die Breite der Streifen­ leitung bestimmt, während die Dicke des Substrates durch Festlegung der erforderlichen Frequenzbandbreite und Abstrahlungsintensität der elektromagnetischen Welle erfolgt. Die Massefläche ist das Bezugspotential für die Antenne und die Mikrowellenschaltung. Die hier verwendeten elektrisch leitenden Schichten können aus Metallschichten gebildet sein.

Um keine zusätzlichen Verluste der von der Antenne ausge­ strahlten elektromagnetischen Welle zu erhalten, ist vorgesehen, daß das Strahlerelement und die Speiseleitung auf der Außenfläche der Folie aufgebracht sind. Außerdem entfällt der bisher übliche Schritt, die Verbindung zwischen Antenne und Mikrowellenschaltung mit Hilfe von Kontaktstiften durchzuführen, da auf der flexiblen Folie die Verbindung gleich bei der Herstellung der metallisierten Schicht mit aufgebracht wird.

Ein einfacher Aufbau des Mikrowellenbausteines ergibt sich, wenn die Massenfläche deckungsgleich mit der Auflagefläche des Substrats ist.

Auf der Außenfläche der dielektrischen Folie wird die Mikrowellenschaltung angeordnet, die aus einer Schaltung in Streifenleitungstechnik und konzentrierten Bauelementen bestehen kann. Unter konzentrierten Bauelementen versteht man z.B. Dioden, Transistoren, Speicher, Widerstände, Kondensatoren usw. In Streifenleitungstechnik werden die passiven Schaltungsfunktionen (z.B. Kopplungen, Phasen­ verschiebungen) und die Verbindungen ausgeführt.

Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Mikrowellen­ bausteins kann man folgendermaßen verfahren: Zuerst werden die erforderlichen elektrisch leitenden Schichten auf die dielektrische Folie gebracht. Das kann z.B. durch Fotolithographie oder durch Dickschichtverfahren realisiert werden.

Die bearbeitete Folie wird z.B. durch Klebung auf dem dielektrischen Substrat befestigt. Zuletzt werden die konzentrierten Bauelemente auf den Mikrowellenbaustein gebracht.

Anhand der Zeichnungen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Mikrowellenbausteins und

Fig. 2 die perspektivische Darstellung eines Substrates und einer metallbeschichteten Folie während eines Verfahrensschrittes bei der Herstellung des erfindungs­ gemäßen Mikrowellenbausteins.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Ausführungs­ beispieles des erfindungsgemäßen Mikrowellenbausteines. Der Mikrowellenbaustein enthält ein plattenförmig ausge­ bildetes dielektrisches Substrat 1. Um das Substrat 1 ist eine mit einer elektrisch leitenden Schicht behafteten dielektrischen Folie 2 der Dicke d 2 gelegt, die mit dem Substrat 1 fest verbunden ist und die zumindest auf zwei gegenüberliegenden Flächen des Substrates aufliegt. Das Substrat und die Folie werden in der Praxis so gewählt, daß sie eine Dielektrizitätskonstante von 2 bis 5 auf­ weisen. Das Substrat kann z.B. aus einem Epoxyharz, einem fluorhaltigen Polymeren und die Folie aus einem Polyimid bestehen. Die elektrisch leitende Schicht ist in der Regel eine Metallschicht, z.B. eine Kupferschicht. Der Abstand der beiden gegenüberliegenden Flächen des Substrates 1 beträgt d 1. Die Flächen des Substrates 1 sollen im folgenden einerseits als Antennenfläche und andererseits als Auflagefläche und die Fläche der Folie, die mit dem Substrat fest verbunden ist, als Innenfläche und die gegenüberliegende Fläche als Außenfläche bezeichnet werden. Auf den Teil der Außenfläche der Folie 2, die der mit der Antennenfläche des Substrates 1 fest verbundenen Innen­ fläche der Folie 2 gegenüberliegt, ist ein aus einer Metallschicht gefertigtes und flächenhaft ausgebildetes Strahlerelement 3 aufgetragen. Auf der Innenfläche der Folie 2, die mit der Auflagefläche des Substrates 1 fest verbunden ist, ist eine Metallschicht aufgetragen, die als Massefläche dient. Auf der Außenfläche der Folie 2, die der Massenfläche gegenüberliegt, ist eine Mikrowellen­ schaltung aus Streifenleitungen und konzentrierten Bau­ elementen aufgebaut. Mit den Streifenleitungen werden die benötigten passiven Schaltungsfunktionen und die Ver­ bindungen zwischen den konzentrierten Bauelementen realisiert. Konzentrierte Bauelemente können z.B. Halb­ leiter, Speicher und andere Bauelemente sein. Die Mikro­ wellenschaltung verarbeitet bzw. erzeugt Signale, die von der aus dem Strahlerelement 3, einem Teil der Folie 2, dem Substrat 1 und der Massefläche gebildeten Antenne empfangen bzw. gesendet werden. Die Dicke d 1 des Substrates 1 hängt von der geforderten Abstrahlungsintensität der elektromagnetischen Welle ab. Dieser Wert kann z.B. bei 2,45 GHz 3 mm betragen. Die Dicke d 2 der Folie 2 wird nach den Erfordernissen der Streifenleiter bestimmt. Für das oben erwähnte Beispiel könnte eine Folie mit der Dicke von 0,1 bis 0,2 mm bei entsprechender Auslegung der Streifenleitungsbreite ver­ wendet werden.

Für die Verbindung zwischen dem Strahlerelement 3 und der Mikrowellenschaltung wird eine Speiseleitung 4 verwendet, die auf der Außenfläche der Folie 2 als Streifenleiter aufgebracht ist. Durch die Verwendung einer flexiblen Folie wird in einfacher Weise eine Verbindung zwischen dem Strahlerelement 3 und der Mikrowellenschaltung herge­ stellt.

Mit Hilfe der Fig. 2 wird im folgenden das Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellenbausteines beschrieben. Auf der flexiblen dielektrischen Folie wird in einem ersten Schritt das Strahlerelement 3, die Massefläche und die Streifenleiterbahnen durch Aufbringen von Metallschichten gebildet. Das Schaltungsmuster aus Massefläche, Strahler­ element und Streifenleiter kann z.B. durch Fotolithogra­ phieverfahren oder durch Verfahren in Dickschichttechnik hergestellt werden. In der Dickschichttechnik wird eine Metallpulverpaste auf die Folie aufgetragen und dann erhitzt. Dabei können Schaltungsstrukturen mit Hilfe der Fotoätztechnik hergestellt werden oder man druckt sie mit der Leiterpaste in Siebdrucktechnik durch ein fein­ maschiges Gewebe mit Hilfe von Masken auf. In Fig. 2 ist der nächste Verfahrensschritt dargestellt. Bei diesem Schritt werden das Substrat und die Folie zusammengebracht und z.B. durch Klebung miteinander verbunden. Auf der in Fig. 2 dargestellten flexiblen Folie 2 erkennt man die Innenfläche dieser Folie mit der Massefläche 5. Auf der Außenseite sind die Streifenleiterstrukturen und die Verbindung 4 zwischen Mikrowellenschaltung und Strahler­ element 3 dargestellt. Gestrichelt ist das auf der Außen­ fläche der Folie 2 aufgebrachte Strahlerelement 3 und die Speiseleitung 4 dargestellt. Nachdem die Folie 2 mit dem Substrat 1 fest verbunden ist, werden die konzentrierten Bauelemente auf die Außenfläche aufgelötet. Dies kann z.B., um Platz zu sparen, durch SMD-Technik (surface- mounted-devices) erreicht werden.

Es sei noch erwähnt, daß auch wie bei anderen Mikrowellen­ antennen eine Temperaturkompensation der Mittenfrequenz der Antenne durchgeführt werden kann, indem das Substrat aus zwei Schichten zusammengesetzt ist, die gleiche oder unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten und entgegen­ gesetzt wirkende Temperaturkoeffizienten haben.

Claims (5)

1. Mikrowellenbaustein mit einer mindestens aus einem flächig ausgebildeten elektrisch leitenden Strahler­ element (3) bestehenden Antenne, welche auf einer Fläche eines dielektrischen Substrats (1) angeordnet ist, dessen gegenüberliegende Auflagefläche zumindest teilweise mit einer als Massefläche (5) dienenden elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist und mit einer zur Verarbeitung und/oder Erzeugung von Antennensignalen dienenden Mikro­ wellenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß um das Substrat (1) eine dielektrische flexible Folie (2) gelegt ist, auf die das Strahlerelement (3) aufgebracht ist, auf deren Innenfläche die als Massefläche (5) dienende elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist und auf deren Außenfläche die der Massefläche (5) gegenüberliegende Mikrowellenschaltung angeordnet ist, die über eine Speiseleitung (4) mit der Antenne verbunden ist.

2. Mikrowellenbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerelement (3) und die Speiseleitung (4) auf der Außenfläche der Folie (2) aufgebracht sind.

3. Mikrowellenbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Massefläche (5) deckungsgleich mit der Auflagefläche des Substrats (1) ist.

4. Mikrowellenbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen­ schaltung aus einer Schaltung in Streifenleitungstechnik und konzentrierten Bauelementen besteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellenbau­ steins nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Folie (2) die elek­ trisch leitenden Schichten, aus denen zumindest das Strahlerelement (3) und die Massefläche (5) gebildet werden, aufgebracht werden, daß danach die Folie (2) um das Substrat (1) gelegt und mit dem Substrat (1) verbunden wird und daß anschließend Elemente der Mikrowellenschal­ tung auf die Folie (2) gesetzt werden.