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Die Erfindung betrifft den Bereich
der Herstellung von Antennenelementen. Es wird darauf hingewiesen,
dass in dieser Beschreibung der Ausdruck „Antennenelemente" sowohl die Antennen
selbst, als auch die damit assoziierten Mikrowellenschaltkreise (insbesondere
die Wellenleiter), die Verbraucher bzw. Energieverbraucher und die
mit derartigen Antennen und mit derartigen Mikrowellenschaltkreisen assoziierte
Abschirmungsgehäuse
bezeichnet.
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Diese Erfindung kommt insbesondere
bei der Realisierung von dreidimensionalen Antennen zur Anwendung.
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Untersuchungen an gedruckten Antennen haben
gezeigt, dass diese ein relativ schwaches Durchlassband (in der
Größenordnung
von 1 bis 2%) aufweisen. Dies beruht hauptsächlich auf der geringen Schichtdicke
des dielektrischen Stoffes, die typischerweise in der Größenordnung
eines Millimeters liegt oder gar weniger im Falle der klassischen
gewalzten Schichtstrukturen, mit einer dielektrischen Konstante
von etwa 2 bis 3.
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Die für das gute Funktionieren einer
Vielzahl von Kommunikationssystemen mit großem Durchsatz erforderliche
Vergrößerung des
Durchlassbandes kann durch Verstärkung
der dielektrischen Schichtdicke erfolgen. Diese Lösung ist
jedoch für klassische
Polymere technisch nicht befriedigend, insofern die Energie teilweise
durch Oberflächenwellen geleitet
wird, was die Leistung verringert und das Gewicht des Teils erhöht. Nach
dem Stand der Technik wurde demnach bereits die Verwendung eines Schaums
bzw. eines synthetischen Stoffes mit Zellenstruktur vorgeschlagen,
weil solch ein Stoff eine dielektrische Konstante aufweist, welche
Oberflächenwellen
vermeidet und die Leichtigkeit der Konstruktion sichert. Es wurde
auch die Verwendung mehrerer durch isolierende Schichten untereinander getrennter
Metallplättchen
ins Auge gefasst, um das Durchlassband zu erhöhen.
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Bisher wurden Schaumstoffe jedoch
hauptsächlich
als Abstandhalter oder als Versteifungsunterlage für gedruckte
Schaltkreise eingesetzt.
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Andererseits bleibt diese Anwendung
auf ebene Antennen beschränkt,
trotz des Interesses an der Verwendung von Schaumstoffen bei der
Antennenherstellung.
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Die Metallisierungsverfahren für Schaumstoffe
nach dem Stand der Technik ermöglichen
nämlich
nicht das Metallisieren aller Flächen
von Schaumstoffblöcken
(dreidimensionales Metallisieren), insbesondere im Falle komplexer
Formen.
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Diese bereits bekannten Techniken
bestehen aus:
- – der Ablagerung von Schaumstoffen
auf starken Metallunterlagen;
- – Siebdruck
in starken Schichten;
- – dem
Heißpressen
eines Kunststofffilms wie Polypropylen, das vorher metallisiert
wurde;
- – dem
Vakuumaufdampfen dünner
Schichten.
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JONES H. S.: „Horn design saves weight
without performance loss" (Horngestalt
spart Gewicht ohne Leistungsverlust), MICROWAVES Vol. 12, Nr. 10,
Oktober 1973, beschreibt eine hornförmige Antenne, die aus einem
Polyurethanschaum- oder
einem Polystyrolschaumblock gebildet wird. Die Schaumoberfläche wird
durch chemische Reduzierung mit einer Kupferschicht versehen.
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Hauptziel dieser Erfindung ist die
Bereitstellung eines Verfahrens, das eine einfache Herstellung von
dreidimensionalen Antennen ermöglicht.
Derartige dreidimensionale Antennen haben nämlich eine Vielzahl von Anwendungen.
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Noch ein Ziel dieser Erfindung ist
die Beschreibung eines Verfahrens, das ebenfalls das Aufbringen
von Graphitschichten auf Schaumstoffblöcken ermöglicht, um Beschichtungen zu
bilden, die als Anpassungs- oder als Verbrauchslasten der Restenergie
von Antennenelementen, wie beispielsweise Wellenleiter, eingesetzt
werden können.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist
das Bereitstellen eines kostengünstigen
Verfahrens mit starker Reproduzierbarkeit, nach einfach zu verwirklichenden
Schritten.
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Diese verschiedenen Ziele werden
nach dem Verfahren von Anspruch 1 und dem Antennenelement nach Anspruch
11 erreicht. Bevorzugte Verfahrensausführungen werden in den Unteransprüchen 2 bis
10 definiert.
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Die Erfindung schlägt demnach
das komplette oder teilweise Eintauchen eines auf Polyvinylchlorid
basierenden Schaumblocks in ein Metallisierungs- und ein Graphitbad
vor, wobei die Ablagerung des Metalls und des Graphits auf einer
gegebenen Fläche
des Blocks ermöglicht
wird.
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Die anwendbaren Metallisierungs-
bzw. Graphitbäder
sind bereits nach dem Stand der Technik bekannt und werden klassischerweise
zum Metallisieren und zum Anbringen einer Graphitschicht auf metallische
Unterlagen eingesetzt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass diese
Bäder alkalische
Eigenschaften aufweisen, was die Anwendung eines auf Polyvinylchlorid
basierenden Schaumstoffes mit Zellenstruktur mit einem pH-Wert von
weniger als 7 (sauer) zum Anwenden des Verfahrens der Erfindung
erforderlich macht.
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Es sei in dieser Hinsicht darauf
hingewiesen, dass derartige Schaumstoffe relativ selten auf dem Markt
zu finden sind.
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Es ist verständlich, dass das Verfahren
nur auf einer Fläche
des Schaumblocks angewandt werden soll. Dennoch findet, wie oben
erläutert,
das Verfahren der Erfindung ganz besondere Verwendung bei der Realisierung
von dreidimensionalen Antennen. Demnach, und nach einer bevorzugten
Variante der Erfindung, umfasst das Verfahren einen Schritt, bei
dem der genannte Polyvinylchlorid-Schaumblock vollkommen in das
Metallisierungsbad und in das Graphitbad getaucht wird.
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Die Eintauchzeit des Schaumblocks
in das Metallisierungsbad und in das Graphitbad ist vom Fachmann
leicht als Funktion der Art des verwendeten Bades festzustellen.
Allgemein beträgt
jedoch diese Eintauchzeit 10 bis 20 Minuten.
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Wie bereits oben erläutert, ist
das Verfahren insbesondere bei der Realisierung von dreidimensionalen
Antennen von Interesse, insbesondere, wenn diese eine komplexe Form
aufweisen. Nach einer interessanten Variante des Verfahrens, weist
der Schaumblock eine unregelmäßige Form
auf, die mindestens eine nicht ebene Fläche umfasst.
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Nach einer anderen Variante weist
der Schaumblock mindestens ein Loch und/oder einen Schlitz auf,
die mit Hilfe des Verfahrens ganz metallisiert oder mit Graphit
beschichtet werden können. Solche
Löcher
weisen vorteilhafterweise einen Durchmesser von 0,2 mm oder mehr
auf. Das verwendete Behandlungsbad kann entweder ein Metallisierungs-
oder ein Graphitbad sein.
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Das Verfahren der Erfindung lässt sich
zur Realisierung von Antennenelementen einsetzen, die einige metallisierte
Flächen
und einige Graphit beschichtete Flächen aufweisen. Deshalb umfasst
das Verfahren nach einer interessanten Variante mindestens einen
Schritt, bei dem mindestens ein Teil der Oberfläche eines Schaumblocks in ein
Metallisierungsbad eingetaucht wird sowie mindestens einen Schritt,
bei dem mindestens ein Teil der Oberfläche dieses Schaumblocks in
ein Graphitbad eingetaucht wird.
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Nach einer weiteren Variante weist
das Verfahren der Erfindung einen vorausgehenden Schritt auf, bei
dem ein Teil oder mehrere Teile der Oberfläche des Schaumblocks mit einem
Element bzw. mehreren Elementen belegt wird bzw. werden, das (die) als
Abdeckung wirkt (wirken), wobei das abdeckende Element bzw. die
abdeckenden Elemente nach dem Eintauchschritt entfernt werden.
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Dies ermöglicht die Herstellung von
Antennenelementen, die einige nicht metallisierte Teile aufweisen,
insbesondere um diese nicht metallisierten Teile nachträglich mit
Graphit zu beschichten.
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Nach einer weiteren Variante umfasst
das Verfahren einen Schritt, bei dem die auf einen Teil oder auf
mehrere Teile der Oberfläche
des Schaumblocks aufgebrachte Metallschicht eliminiert wird. Dieser
Schritt zum Eliminieren eines Teiles der Metallschicht von einem
Teil oder von mehreren Teilen der Oberfläche des Schaumblocks kann ebenfalls durch
Entfernen eines Teiles des Schaumblocks erfolgen.
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Die verwendeten Metallisierungsbäder enthalten
ein Metall, das bevorzugterweise aus der Kupfer, Nickel, Gold, Silber
oder Titan umfassenden Gruppe ausgewählt wird.
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Nach der Erfindung umfasst das Verfahren ebenfalls
mindestens einen chemischen Schritt und/oder einen physikalisch-chemischen
Schritt zum Aufbereiten des Oberflächenzustandes des Schaumblocks,
um die Ablagerung des Metalls und des Graphits zu verbessern.
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Nach einer weiteren Variante umfasst
das Verfahren der Erfindung einen nachträglichen Schritt zum elektrochemischen
Aufbringen eines Metallbelages auf dem vorher metallisierten Teil
des Schaumblocks.
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Es lassen sich verschiedene Schaumarten für das Verfahren
der Erfindung einsetzen, vorausgesetzt, sie weisen einen pH-Wert
von weniger als 7 auf. Ein derartiger Schaumstoff wird aus bestimmten, auf
Polyvinylchlorid basierenden Schaumstoffen, gebildet.
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Die Erfindung deckt ebenfalls jedes
Antennenelement ab, das mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung hergestellt
wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus einem Schaumblock
gebildet wird, von dem mindestens ein Teil von mindestens einer
der Flächen
eine. Metallschicht aufweist, die in direkter Berührung mit
dem Schaumstoff ist.
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Dieses Antennenelement weist mindestens einen
metallisierten Teil und mindestens einen Teil auf, der mit einer
Graphitschicht bedeckt ist.
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Die Erfindung sowie ihre verschiedenen
Vorteile werden leichter durch die nachfolgende nicht einschränkende Beschreibung
verständlich,
mit Bezug auf die beigefügten
Figuren, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer nach dem Verfahren der Erfindung metallisierten 3D-Antenne
zeigt;
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die 2 und 3 die Impedanzanpassungskurven
einer derartigen Antenne darstellen;
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4 die
Impedanzanpassungskurven einer derartigen Antenne zeigt;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines nach dem Verfahren der Erfindung metallisierten
Antenneplättchens
zeigt;
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6 das
Anpassungsdiagramm einer derartigen Antenne zeigt;
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7 eine
perspektivische Ansicht eines „magischen
Te" zeigt, welches
einen nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Mikrowellenschaltkreis
bildet.
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Nach dem Verfahren der Erfindung
wurden Schaumblöcke
verschiedener Größe und Form
metallisiert und in einigen Fällen,
an einigen Flächen
mit Graphit beschichtet. Bei der vorliegenden Ausführung wurde
ein von der Firma Divinycell International, 18 allée des
Moissons, F-94263 Fresnes Cedex, Frankreich, unter dem Namen DIVINIYCELL
im Handel vertriebener Schaumstoff verwendet.
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Anfänglich wurden diese Schaumblöcke einer
Vorbehandlung unterzogen, bei der ihre Oberflächen für die Wirkung eines Metallisierungsbades
vorbereitet wurden.
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Alle in den zwei folgenden Absätzen genannten
Produkte werden von der Firma Shipley, 2 rue Pierre Josse – ZA Les
Bordes – F-91921
EVRY Cedex 9, Frankreich, vertrieben.
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Die Vorbehandlung bestand im Eintauchen der
Blöcke
4 Minuten lang in ein Entfettungsbad (Referenz 813), und dann 2
Minuten lang in einem 3%-igen Schwefelsäurebad, um den Entfettungsstoff zu
neutralisieren. Die Schaumblöcke
werden dann mit Leitungswasser 2 Minuten lang gespült und 3
Minuten lang in ein aus einem Zinn-Palladium-Kolloidsystem gebildetes
Konditionierungsbad aus „Circuposit
catalyst 3344" getaucht,
welches das katalytische Metallisieren ermöglicht. Die Schaumblöcke werden
nun 2 Minuten lang mit Leitungswasser gespült und 2 Minuten lang in ein „19H"-Beschleunigungsbad
getaucht, das die metallische Ablagerung begünstigt.
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Nach einer nochmaligen 2-minütigen Spülung unter
Leitungswasser, wurden die so vorbereiteten Blöcke je nach Fall bis zu 20
Minuten in ein auf Kupfer basierendes Metallisierungsbad eingetaucht, das
unter dem Namen „CH
251" im Handel erhältlich ist.
Dieses Bad ist ein auf der Grundlage von EDTA stabilisiertes Bad,
dessen Zusammensetzung die Ausbildung einer gleichmäßigen Kupferbeschichtung ermöglicht.
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Nach dem Metallisieren wurde ein
erstes Mal 3 Minuten lang unter Leitungswasser und dann 2 Minuten
lang unter destilliertem Wasser gespült. Die metallisierten Blöcke wurden
dann 30 Minuten lang bei 45°C
im Trockenschrank getrocknet.
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Der in 1 dargestellte,
derart metallisierte Block, weist einen V-förmigen Querschnitt und ein metallisiertes
Loch 2 auf. Im Winkel des V wurde die Metallschicht abgekratzt
(man hätte
ebenfalls vor dem Metallisieren ein Schutzband anbringen können), um
einen Versorgungsschlitz 3 zu bilden.
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Die Anpassungskurven einer derartigen
Antenne sind in den 2 und 3 dargestellt, während 4 das Strahlungsdiagramm
einer solchen Antenne in der Ebene H darstellt.
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Der in 5 dargestellte
metallisierte Block bildet ein Antennenplättchen und zeigt einen U-förmigen Anpassungsschlitz 4 und
eine koaxiale Versorgungsverbindung 5.
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Die Anpassung einer derartigen Antenne wird
in 6 gezeigt.
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Der ein „magisches Te" bildende metallisierte Block,
der teilweise in 4 gezeigt
wird, bildet eine Mikrowellen-Versorgungsvorrichtung, mit der zwei Antennen
entweder in Phase (Summenpfad 6) oder in Gegenphase (Differenzpfad 7)
versorgt werden können.
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Um den Abschluss widerstand bzw.
die Reaktanz des Pfades 7, zwei gegenphasige Wellenleiter,
zu realisieren, wurde zuerst das Ende des Pfades nach einer V-Form geschnitten
und in ein von der Firma Shipley vertriebenes Graphitbad getaucht.
Die V-Form ist ein Beispiel und ermöglicht die Verbesserung der
Energieaufnahme und somit die Leistungsfähigkeit des Abschlusswiderstands
bzw. der Reaktanzleistung zu verbessern.
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Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung haben in keinem Fall eine einschränkende Wirkung. Die nach der
Erfindung behandelten Schaumblöcke
können
somit andere Größen und Formen
als die aufgezeichneten aufweisen, ohne dass dabei der Rahmen der
Erfindung verlassen wird. Es können
ebenfalls andere Metallisierungs- bzw. Graphitbäder verwendet werden.