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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
einer elektronischen Einheit zum drahtlosen Übertragen und Empfangen von
Signalen, welche ein Antennenteil, Übertragungsschaltungen und
ein Elektronikteil enthält.
Die Einheit basiert auf einem Verbund mit einer Substratschicht
aus einem dielektrischen Material. Der Elektronikteil enthält einen
elektronisch gesteuerten Schalter, wobei das Antennenteil eine Mehrfachsektoren-Antenne
ist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Beim Übertragen
von Signalen mittels elektromagnetischer Wellen bei hohen Frequenzen,
genauer gesagt, innerhalb des Mikrowellenbereichs, wird eine Mikrostreifen-Technologie
sowohl für
den Antennenteil als auch für
den Elektronikteil verwendet. Eine Mikrostreifen-Technologie ist
eine Mikrowellen-Technologie, welche auf Verbunde von zwei elektrisch
leitfähigen
Schichten und einer dielektrischen Zwischenschicht basiert. Diese
dielektrische Schicht wird ebenfalls Substrat genannt, und dient nur
als eine Isolationsschicht, jedoch ebenfalls als mechanischer Halt
für die
elektrisch leitfähigen Schichten.
Zuvor bekannte elektronische Einheiten für die Übertragung von Signalen innerhalb
eines großen
Winkels, welcher in Sektoren eingeteilt ist, enthalten ein separates
Elektronikteil und ein separates Antennenteil, zwischen denen Übertragungsschaltungen
in der Form von herkömmlichen
Kabeln sind. Diese sind an jedes Teil mittels einer Lötstelle oder
Steckern verbunden. Diese zuvor bekannte Technologie ist teuer und
bedarf einem großen
Anteil an Raum und kann Betriebsunterbrechungen aufgrund von Herstellungsfehlern,
Alterung, usw. verursachen.
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Die
US 5 198 831 offenbart eine
spiralförmige
Antenne, welche durch ein flexibles, spiralförmig gebogenes Substrat ausgebildet
ist. Die
GB 2 248 344 offenbart
eine Mehrfachsektoren-Antenne, welche ein zylindrisches Substrat
hat.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
einer elektronischen Einheit zu erlangen, welche einfach, kostenwirksam, platzsparend
ist und gute Eigenschaften bereitstellt, da die Erfindung die Schnittstellenprobleme
zwischen dem Antennenteil und dem Elektronikteil löst.
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Die
Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen
Einheit wie in den anliegenden Ansprüchen angegeben gelöst.
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Aufgrund
des Aufbaus gemäß der Erfindung wird
eine integrierte Einheit mit ein und demselben Aufbau ohne Zwischenteile,
wie z.B. Lötstellen
oder Stecker erlangt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird im folgenden im näheren Detail
unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels mit
Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 und 2 unterschiedliche
perspektivische Ansichten der elektronischen Einheit in einem Ausführungsbeispiel
zeigen,
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3 eine
geöffnete
Ansicht der elektronischen Einheit zeigt,
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4 eine
Seitenansicht der geöffneten elektronischen
Einheit zeigt, und
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5 einen
Querschnitt durch den Antennenteil in der elektronischen Einheit
zeigt, und
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6 schematisch
den Aufbau des Antenneteils zeigt.
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Anhand
von 1 und 2 kann am besten gesehen werden,
dass die Antenneneinheit gemäß der Erfindung
ein Elektronikteil 1, ein Antennenteil 2 und ein Übertragungsschaltungsteil 3 mit Übertragungsschaltungen 3' enthält, welche
die Schnittstelle zwischen dem Elektronikteil und dem Antennenteil
ausbilden. Gemäß der Erfindung
sind sowohl der Elektronikteil 1, der Antennenteil 2 und
der Übertragungsschaltungsteil 3 unter
Verwendung desselben Aufbaus entworfen, d.h., einer Mikrostreifen-Technologie
mit einem Halteaufbau, welcher gemäß der Erfindung ein Substrat
ist, welches sowohl beim Elektronikteil 1, Antennenteil 2 und Übertragungsschaltungsteil 3 üblich ist.
Der Antennenteil 2 ist ein flächenbündiger Sektorantennentyp mit
einer Mehrzahl an gleichmäßig beabstandeten
Antennenelementen 5, 6, 7, 8, 9, 10 um
einen Zylinder 4, siehe hierzu ebenfalls 5.
Die Antenne ist vom sogenannten Mehrfachsektoren-Antennentyp, d.h., dass die Antennenelemente
derart positioniert sind, dass sie zusammen eine Richtcharakteristik
in mehrere (in dem gezeigten Beispiel in alle) Richtungen haben, wie
in einer Ebene gesehen, welche zur Längsachse 11 des gebildeten
Zylinders senkrecht ist.
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Das
Elektronikteil 1 ist im Beispiel als durch ein Substrat 12 gehalten
gezeigt, welches in Verbindung mit dem Elektronikteil vorzugsweise
eben ist, und ebenfalls durch einen massiven Halteaufbau 13 aus
Metall, welcher einen Basisteil in der Elektronikeinheit bildet.
Die Elektronikeinheit ist vorzugsweise mit einer externen Kontur
geformt, welche in ihrer Gesamtheit zylindrisch geformt ist, wobei
aus diesem Grund der Basisteil mit einer Seitensektion 14 mit
einer zylindrisch umhüllenden
Oberfläche
geformt ist, welche eine zylindrische Bodenplatte 15 wird,
wobei auf der Bodenseite davon Stecker für die Verbindung des Elektronikteils
zu anderen Einheiten angeordnet werden können, und zwar beispielsweise
einer Basisstation oder einer Mikrowellen-Verbindung, welche beispielsweise
zur Telekommunikation verwendet wird, wie beispielsweise eine Mobiltelefon-Kommunikation,
Datenkommunikation, Videokommunikation oder eine weitere Übertragung
von Signalen. Das Substrat im Elektronikteil 1 kann einen
Halteaufbau für
analoge/digitale Elektronikteile bilden, wie beispielsweise oberflächenmontierte
Elektronikteile, Mikrostreifen, Übertragungsleitungen
und dergleichen. Jene Elektronikteile können ferner Verbunde enthalten.
Das gezeigte Beispiel enthält
einen elektronisch gesteuerten Schalter 18 für die Verbindung von
einem oder mehreren Antennenelementen 5–10 gemäß bestimmter
ausgewählter
Kriterien zur Übertragung
und zum Empfang in ausgewählten
Antennensektoren über
jede Übertragungsschaltung 3 auf eine
Weise, welche als derart bekannt ist. Der elektronisch gesteuerte
Schalter 18 wird über
eine (nicht gezeigte) Steuerverbindung gesteuert.
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Mit
Bezug auf 4, 5 und 6 wird der
Aufbau gemäß der Erfindung
im folgenden detaillierter beschrieben. Wie oben erwähnt, werden
der Elektronikteil 1, der Antennenteil 2 und der Übertragungsschaltungsteil 3 mit
den verbindenden Übertragungsschaltungen 3' auf einem durchgängigen,
gemeinsamen, flexiblen Substrat 12 gehalten, welches beispielsweise
aus einem Polymer hergestellt ist, und zwar beispielsweise Tetrafluorethylen.
Der Verbund kann eine Grundebene 21 über die gesamte Oberfläche des
Substrats an einer seiner Seiten hinweg, und die Übertragungsschaltungen 3' in der Form
von Mikrostreifen-Leitern an seiner anderen Seite enthalten. Im
Antennenteil sind Sektionen 24 eines zweiten Substrats
angeordnet, und zwar genauer gesagt, eine Sektion für jedes
Antennenelement 5. Diese Substrat-Sektionen 24 sind an ihren äußeren Halte-Antennenelementen 5–10,
beispielsweise sogenannte Patches in der Form von Kupferschichten,
welche eine geeignete Form darlegen können, nämlich beispielsweise eine Rechteck-
oder Kreisform, voneinander beabstandet. Die Antennenelemente können in
Gruppen angeordnet werden, welche ein oder mehrere Antennenelemente
enthalten. Aufgrund der gekrümmten
Oberfläche
zeigen die Gruppen in unterschiedliche Richtungen.
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Wie
anhand von 3 zu erkennen, ist das Basisteil
des gemeinsamen Substrats für
den Elektronikteil 1, den Antennenteil 2 und den Übertragungsschaltungsteil 3 ein
ebenes Substratstück,
welches im gezeigten Beispiel im wesentlichen t-förmig ist,
wobei ein Teil des "Beins" einen ersten Teil
des Substrats bildet, welches als ein Halt für den Elektronikteil dient,
und der Querbalken einen zweiten Teil 23 des Substrats
bildet, welches als ein Halt für
den Antennenteil 2 dient, und wobei eine Schnittstelle zwischen
dem ersten und dem zweiten Teil einen dritten Teil 20 des
Substrat bildet, welches einen Halt für den Übertragungsschaltungsteil 3 bildet.
Die Endform des Antennenteils 2 wird durch Biegen des Querbalkens 23 erlangt,
d.h. der zweite Teil mit seiner Grundebene und jegliche weitere
Schichten. Im gezeigten Beispiel ist der Querbalken zu einer Form gebogen,
welche im wesentlichen zylindrisch geformt ist. Mittels einer bestimmten
reduzierten Elastizität
in den Sektionen 24 des zweiten Substrats wird in der Praxis
eine bestimmte Steifheit dieser Teile in Relation zu den Intervallen 25 erlangt,
welche zwischen den Sektionen gebildet sind. Obwohl 5 aus Gründen der
Vereinfachung nur bogenförmige
Linien zeigt, kann die Form in der Praxis polygonal sein, wodurch
somit im wesentlichen ebene Antennenelemente 5–10 bewirkt
werden. Der Querbalken 23 des Substratstücks ist
derart dimensioniert, dass sich die zwei äußeren Kanten 26, 27 im
wesentlichen treffen, um eine geschlossene konvexe Umhüllungsoberfläche mit
einem gewählten
Durchmesser zu bilden. Die Grundebene 21 ist zusammen mit
dem Substrat 12 gebogen, so dass sie, ähnlich dem Substrat, eine gebogene
Oberfläche
gibt. Aus Gründen
der Vereinfachung ist die Grundebene in 5 als eine
dick umlaufende Bogenlinie gezeigt.
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Ein
und dieselbe Substratschicht 12 bildet somit einen durchgängigen Halteaufbau,
und zwar sowohl für
den Elektronikteil 1, den Antennenteil und die Übertragungsschaltungen 3' des Übertragungsschaltungsteils 3,
welches sich zwischen ihnen erstreckt. Die Grundebene 21 kann, ähnlich dem
Substrat 20, derart angesehen werden, dass sie aus drei durchgängigen Sektionen
in der Form einer elektronischen Leitschicht besteht, welche sich
sowohl über den
Elektronikteil 1, den Antennenteil 2 und den Übertragungsschaltungsteil 3 hinweg
erstreckt. Dies bildet die oben erwähnte Schnittstelle, und zwar durch
die Übertragungsschaltungen,
welche sich vom Elektronikteil 1 und in den Antennenteil 2 erstrecken,
genauer gesagt, ein Verbinder durchgängig bis hin zu einem gewählten Punkt,
zumindest bis hin zum Bereich von jeder Apertur 35.
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Wie
anhand von 5 zu erkennen, legt der Antennenteil 2 einen
Körper
aus Metall dar, welcher im gezeigten Beispiel 6 sich radial erstreckende Wände 29, 30 hat,
welche sich von einem Zentrum erstrecken, welches mit der Symmetrieachse 11 übereinstimmt.
Der Körper 28 grenzt
aufgrund seines Entwurfes eine Kammer 31 hinter jedem Antennenelement 5-10 ab.
Diese Kammern 31 unterdrücken eine Strahlung nach hinten
und in Seitenrichtungen, und zwar sowohl von den Antennenelementen
als auch von den Übertragungsschaltungen 3,
welches das Interferenzproblem zwischen den ausstrahlenden Bauteilen
reduziert. Die Kammern bilden ebenfalls Höhlen aus, welche die Impedanzeinstellung
der Antennenelemente beeinflussen. Der Körper 28 hat radial
nach außen
zeigende Endoberflächen 32,
gegen welche das Substrat 20 einen Halt im Inneren erlangt.
Die gebogene Substratschicht kann mit den Endoberflächen befestigt
werden, und zwar beispielsweise mittels Schrauben durch Löcher 17,
siehe 5.
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Radial
außerhalb
des Antennenelements 5–10 ist
eine Abdeckung 33 angeordnet, welche röhrenförmig und vorzugsweise zylindrisch
ist, und welche auf bekannte Weise mit einem Material mit niedriger
Abschwächung
von elektromagnetischen Wellen entworfen ist. Die Abdeckung 33 bildet
ein Radom und ebenfalls einen äußeren mechanischen
Halt und Schutz für
den Substratteil 23 des Antennenteils, welches auf eine
konvexe Form gebogen ist, und welches, wenn es elastische Eigenschaften
hat, in einer vorbestimmten Form enthalten ist, und zwar aufgrund
einer Wechselwirkung mit dem Körper 28 vom Inneren
her. Das Radom 33 erstreckt sich in die Richtung der Längsachse 11,
und zwar zumindest genug um die höchste Stelle des Substratteils 23 zu
bedecken. Das Radom kann vorzugsweise eine geschlossene Endwand
oberhalb des Antennenteils 2 darlegen, und kann ebenfalls
das Elektronikteil 1 und das Übertragungsschaltungsteil 3 umgeben,
welches jedoch nicht gezeigt ist.
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6 zeigt
den oben erwähnten
Substrataufbau mit dem ersten Substrat 12, wobei anhand derer
zu erkennen ist, dass die Bodenebene 21 schräge, schlitzförmige Öffnungen 33 darlegt,
nämlich
sogenannte Aperturen, welche auf solche Weise vorbekannt sind, und
welche Strahlelemente bilden um die Mikrowellenenergie von den Übertragungsschaltungen 3 an
das Antennenelement 5 zu übertragen, welches wiederum
bei der Übertragung
in einem gewählten
Sektor in einer Richtung nach außen ausstrahlt. Während eines
Empfangs verläuft
die Mikrowellenstrahlung in entgegengesetzter Richtung.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und in den Figuren
gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern kann innerhalb des Umfangs der anliegenden Ansprüche variiert
werden. Beispielsweise können
die Antennenelemente 5–10 eine
andere Form haben oder ihre Anzahl kann höher oder niedriger sein. Ferner
kann sich jedes Antennenelement zu einer Gruppe an Strahlungselementen
in dieselbe Richtung erstrecken, beispielsweise um die Strahlform
in einer Ebene parallel zur Zylinderachse 11 zu ändern. Ferner
sind die Patches, und somit das zweite Substrat 24, nicht
eine notwendige Bedingung um die Erfindung auszuführen. Im
Prinzip können
sowohl der Körper 28 als
auch das Radom 23 ausgelassen werden.