EP4107812A1 - Verfahren zur herstellung von hochfrequenztechnischen funktionsstrukturen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von hochfrequenztechnischen funktionsstrukturen

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EP4107812A1
EP4107812A1 EP21706216.5A EP21706216A EP4107812A1 EP 4107812 A1 EP4107812 A1 EP 4107812A1 EP 21706216 A EP21706216 A EP 21706216A EP 4107812 A1 EP4107812 A1 EP 4107812A1
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EP
European Patent Office
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base body
dispersion
coating
frequency
nanoparticles
Prior art date
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Pending
Application number
EP21706216.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Gold
Klaus Helmreich
Konstantin LOMAKIN
Mark SIPPEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Original Assignee
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
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Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg filed Critical Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01Q13/02—Waveguide horns

Definitions

  • the invention relates to a method for producing high-frequency functional structures.
  • Such a functional structure is, for example, a waveguide for guiding electromagnetic waves.
  • Electromagnetic waves especially high frequency signals, can propagate either in a room or in waveguide devices.
  • Such waveguide devices provide conductive structures that encompass a spatial area and thus form a spatial path or channel in order to guide the electromagnetic waves or high frequency signals therein or to manipulate them in the space or frequency range.
  • the component In the manufacture of high-frequency components, the component is made up of two halves, especially when it comes to generating cavities.
  • the cavities that are created in this way result in the actual functionality of the high-frequency assembly.
  • This can be, for example, waveguides, so-called waveguides, but also filters, Re sonators, couplers or antennas.
  • Such high-frequency components can also be produced from 3D-printed or injection-molded plastic base bodies. For their later function they have to be provided with a conductive coating.
  • the state of the art is electroplating or electroless plating with metals.
  • the electrical conductivity and nature of the component surface that interacts with the electromagnetic wave are essential; in particular, an inner wall forming the cavity must be electrically conductive.
  • the manufacture of the components from metal or electrically conductive base material is not only cost-intensive, but also complex, in particular this makes cost-intensive CNC milling processes necessary.
  • the approach has already been pursued in the prior art to manufacture such components from plastic instead and only make them conductive in a subsequent step.
  • Known process proposals provide chemical processes such as galvanic or electroless coating of the base body surface with metals.
  • Electroless plating restricts the degrees of freedom in the design of high-frequency components less than electroplating.
  • the material for producing the base body is preferably electrically non-conductive, but an electrically conductive or semiconducting material could just as well be used for the production of the base body for the method execution.
  • the necessary electrically conductive coating of the base body is achieved according to the invention in that at least part, preferably the entire surface of the base body is wetted with an electrically conductive dispersion containing microparticles and / or nanoparticles.
  • the dispersion can be an ink with microparticles or nanoparticles.
  • the (ink) materials used are preferably those that have high conductivities.
  • the dispersion or ink is preferably water-based, and an organic release agent can also be provided. Alternatively or additionally, a solvent can be added.
  • Conceivable nanoparticles are aluminum, silver, gold or copper particles or a mixture of these.
  • the dispersion or ink is matched to the surface energy of the base material used, for example plastic, so that sufficient wetting of the surface is favored. Furthermore, the viscosity of the dispersion or of the ink material can be matched to the smallest openings occurring in the base body structure, so that wetting by the dispersion is ensured.
  • the surface of the base body is wetted with the ink material and a conductive coating is formed through optional post-treatment, preferably sintering. That new processes thus represent an alternative to chemical, electroless coating.
  • the base material is functionalized, ie it becomes a high frequency component by being completely or partially coated with conductive ink.
  • the present process instead relies on a dispersion for the coating that physically wets the base body and through subsequent treatment forms a conductive coating.
  • a smoother surface structure of the coated base body can be achieved by the process according to the invention, which has significant advantages, particularly in the case of components in high-frequency technology.
  • the smoother the surface of the component the better the later performance of the component in high-frequency applications.
  • the chemical process of existing processes often leads to a disadvantageous roughening of the body surface due to the required pretreatment.
  • the method according to the invention can be used, for example, for the production of RF lines, antennas, e.g. horn or helix antennas, as well as waveguides, filters, resonators, couplers or other passive RF components, the functional structure of these components is formed by the coated base body. Some of these functional structures require a spatial area enclosed by conductive structures for guiding the electromagnetic waves. In this case, the base body is carried out with appropriate structures at the points required for the high-frequency technical function, where it is required for mechanical or electrical function or only slightly restricts it.
  • the application and wetting is preferably carried out by completely immersing the base body in an immersion bath which contains the corresponding dispersion. In principle, it is sufficient to immerse the base body once. A better distribution of the dispersion around or through the base body, in particular in an optionally present cavity, is ensured by repeated immersion.
  • An ultrasonic bath containing the dispersion is preferably used. After immersion in the immersion bath, the main body can be briefly shaken to remove excess dispersion.
  • the dispersion can also be applied using an aerosol chamber, in which the dispersion, which is atomized into droplets, wets the base body. It is also possible to coat or wet the base body with the dispersion by spraying or pouring it over it.
  • the quality of the coating and its conductivity can be produced or improved by thermal aftertreatment of the base body surface or the adhering micro- or nanoparticles.
  • Sintering in an oven, UV treatment, the supply of hot air or infrared radiation are ideal for this.
  • a thermal aftertreatment can have a positive effect on the electrical conductivity of the applied coating.
  • the subsequent sintering of the micro- or nanoparticles, for. B. in a thermal oven a high conductivity of the resulting surface coating device is achieved.
  • the sintering temperature of the ink material is matched to the glass transition temperature of the plastic used so that it is not damaged.
  • a surface pretreatment of the base body is carried out before the application of the dispersion in order, in particular, to achieve surface cleaning or activation for optimized adhesion of the coating.
  • the corresponding dispersion can reach all of the inner wall surfaces to be coated.
  • the viscosity of the dispersion or of the ink material used should be matched to the smallest openings occurring in the base body structure, so that circulation is ensured.
  • walls corresponding to the side walls of a substrate integrated waveguide (SIW) known from the prior art can be designed to be interrupted, since these openings do not impair the high-frequency function, which is also known in the prior art.
  • SIW substrate integrated waveguide
  • the narrow-sided walls of the cavity are slotted, while the broad-sided walls of the rectangular hollow body can be out leads without corresponding openings.
  • the base body can consist of an electrically non-conductive material. Ceramic or plastic have proven to be particularly suitable here.
  • the base body can then be produced using an additive process, for example using SLA 3D printing. Production by means of an injection molding process is also conceivable.
  • the invention also includes a corresponding functional structure for a component of high-frequency technology that was produced by means of the method according to the invention. Accordingly, the same advantages and properties result for the functional structure as have already been explained with reference to the method according to the invention, which is why a repetitive description is dispensed with at this point. Further advantages and properties of the invention are to be shown below with the aid of some examples of high-frequency components which were produced by means of the method according to the invention. Show it:
  • Fig. 1 a helix produced by the method according to the invention ne
  • Fig. 2 a rectangular shape produced by means of the method according to the invention
  • Fig. 3 a groove produced by means of the method according to the invention
  • Fig. 5 another produced by means of the method according to the invention
  • Fig. 6 a hollow conductor produced by means of the method according to the invention
  • FIG. 1 shows a helix antenna 1 a according to the invention, manufactured according to the method according to the invention.
  • the helix antenna comprises a spiral helix 2 and a circular flat base 3 with a central opening 4 through which the lower end 5 of the helix is guided.
  • Helix 2 and base 3 are plastic-based, but according to the invention an electrically conductive ink containing nanoparticles was applied to their surfaces.
  • helix 2 and base area 3 were initially created using an additive process such as, for. B. SLA 3D printing is produced and configured on the underside of the base 3 as a standard-compliant high-frequency connector, for example a waveguide flange.
  • FIG. 2 shows a horn antenna 1b, which consists of a base body 2 and has a horn opening with a rectangular cross-sectional profile.
  • Inner walls 3 and outer walls 5 are conductively coated according to the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows a grooved horn antenna 1c.
  • the component differs from the rectangular horn antenna 1b by a horn opening with a round cross-sectional profile 2 and a transition 5 to a standard-compliant connection with a rectangular cross-section.
  • the inner wall of the horn opening has a stepped or grooved surface 3.
  • FIG. 4 shows a waveguide slot antenna 1 d according to the invention, manufactured and coated in a conductive manner according to the method according to the invention.
  • the Hohlleiterschlitzan antenna consists of a base body 2 with a rectangular cross-sectional profile, in the additive manufacturing of which remains in certain outer walls 5 openings 4 ver, so that the intended function of radiating an electromagnetic wave initially guided inside Ren is achieved.
  • FIG. 5 shows a waveguide slot antenna 1e according to the invention, manufactured and conductively coated according to the method according to the invention, the basic structure of which is similar to the waveguide slot antenna 1d, but the base body material was only built up where it is necessary for the high-frequency technical function (6), which can also be carried out advantageously by means of the method according to the invention.
  • FIG. 6 shows a waveguide 1f according to the invention for high-frequency technology, manufactured according to the method according to the invention.
  • the waveguide 1f essentially comprises a hollow body with a rectangular profile as the base body 2, the inner walls 3 of which form the necessary cavity for guiding electromagnetic waves. Similar to the waveguide slot antenna 1e, Grundkör permaterial 6 is only built up where it is necessary for the high-frequency function.
  • FIG. 7 shows a functional structure 1g, which is constructed similarly to the waveguide 1f, but provides a path that is curved in space for the electromagnetic waves. One end is designed to correspond to a horn antenna 1b.
  • the method according to the invention for electrically conductive coating of the functional structure is also used here.
  • FIG. 8 shows a coupler 1h for high-frequency technology, the basic structure of which is similar to two waveguides 1f touching one another on their side walls. Along this contact surface, openings between the two waveguides are functionally necessary in order to enable the electromagnetic waves to be coupled over from one waveguide to the other. All other enclosing conductive structures are similar to the waveguide 1f only constructed where they are necessary for the guidance of the electromagnetic waves.
  • the method according to the invention for electrically conductive coating of the surface of the coupler 1h is also used here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Schritten Bereitstellen eines die Form der Funktionsstruktur bestimmenden Grundkörpers und Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht auf den formbestimmenden Grundkörper mittels Benetzen des Grundkörpers mit einer Mikropartikel und/oder Nanopartikel enthaltenden Dispersion.

Description

Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen.
Eine derartige Funktionsstruktur ist beispielsweise ein Wellenleiter zur Führung elektromagnetischer Wellen. Elektromagnetische Wellen, insbesondere Hochfre quenzsignale, können sich entweder in einem Raum oder in Wellenleiter- Vorrichtungen ausbreiten. Solche Wellenleiter-Vorrichtungen sehen leitfähige Strukturen vor, die ein räumliches Gebiet umfassen und so einen räumlichen Pfad oder Kanal ausbilden, um die elektromagnetischen Wellen bzw. Hochfrequenzsig nale darin zu führen oder im Raum oder Frequenzbereich zu manipulieren.
Bei der Herstellung von Hochfrequenzkomponenten wird, insbesondere zum Er zeugen von Hohlräumen, das Bauteil fertigungsverursacht aus zwei Hälften zu sammengesetzt. Die so entstandenen, z.B. in einen metallischen Grundkörper ge frästen Hohlräume, ergeben die eigentliche Funktionalität der Hochfrequenzbau gruppe. Dies können z.B. Wellenleiter, sogenannte Hohlleiter aber auch Filter, Re sonatoren, Koppler oder Antennen sein. Solche Hochfrequenzkomponenten können auch aus 3D-gedruckten oder spritzge gossenen Kunststoffgrundkörpern erzeugt werden. Für die spätere Funktion müs sen sie mit einer leitfähigen Beschichtung versehen werden. Stand der Technik ist das galvanische oder stromlose Beschichten mit Metallen.
Essentiell ist die elektrische Leitfähigkeit und Beschaffenheit der Komponenten oberfläche, die mit der elektromagnetischen Welle wechselwirkt, insbesondere muss eine den Hohlraum bildende Innenwandung elektrisch leitend sein. Die Her stellung der Komponenten aus Metall bzw. elektrisch leitendem Grundmaterial ist nicht nur kostenintensiv, sondern auch aufwändig, insbesondere macht dies kos tenintensive CNC-Fräsprozesse notwendig. Vor diesem Hintergrund wurde im Stand der Technik bereits der Ansatz verfolgt, derartige Komponenten stattdessen aus Kunststoff zu fertigen und diese erst in einem nachgelagerten Schritt leitfähig zu machen. Bekannte Prozessvorschläge sehen hier chemische Verfahren wie ein galvanisches oder auch stromloses Beschichten der Grundkörperoberfläche mit Metallen vor.
Prozessbedingt ist das Galvanisieren von Hohlräumen schwierig oder nur mit Elekt roden möglich, die in die entsprechenden Hohlräume eingebracht werden, und stellt eine fertigungsverursachte Einschränkung für die Formgebung der Hochfre quenzbauteile dar. Für eine stromlose Beschichtung muss lediglich dafür Sorge getragen werden, dass die Prozessflüssigkeiten die entsprechenden Oberflächen erreichen, was bei Hochfrequenzbauteilen, z.B. Wellenleitern problemlos dadurch zu erreichen ist, dass leitfähige Strukturen um räumliche Gebiete nur insoweit und dort aufgebaut werden, wie und wo sie für die hochfrequenztechnische Funktion erforderlich sind. Die stromlose Beschichtung schränkt also die Freiheitsgrade im Entwurf von Hochfrequenzkomponenten weniger ein, als die galvanische Beschich tung.
Bezüglich der vorbekannten Verfahren besteht der Wunsch nach einer weiteren Vereinfachung des Beschichtungsverfahrens, um insbesondere auch eine komple xere Formgebung der Bauteile zu ermöglichen und zudem physikalische Eigen- schaften der Oberflächenbeschaffenheit, wie beispielsweise die Haftfestigkeit oder Oberflächenrauigkeit zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei der Herstellung einer Funktionsstruktur für hochfrequenztechnische Bauelemente zunächst einen die Form der Funktions struktur bestimmenden Grundkörper zu schaffen. Das Material zur Herstellung des Grundkörpers ist vorzugsweise elektrisch nicht-leitend, für die Verfahrensausfüh rung könnte jedoch genauso gut ein elektrisch leitendes oder halbleitendes Material für die Herstellung des Grundkörpers verwendet werden.
Die notwendige elektrisch leitfähige Beschichtung des Grundkörpers wird erfin dungsgemäß dadurch erreicht, dass zumindest ein Teil, vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Grundkörpers mit einer elektrisch-leitende Mikro- und/oder Nano- partikel enthaltenden Dispersion benetzt wird. Bei der Dispersion kann es sich um eine Tinte mit Mikro- bzw. Nanopartikeln handeln. Bei den verwendeten (Tinten- )werkstoffen handelt es sich vorzugsweise um solche, die hohe Leitfähigkeiten er reichen. Die Dispersion bzw. Tinte ist bevorzugt wasserbasiert, zudem kann ein organisches Trennmittel vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Lö sungsmittel beigemengt sein. Denkbare Nanopartikel sind Aluminium, Silber-, Gold oder Kupferpartikel oder eine Mischung daraus. Die Dispersion bzw. Tinte ist dabei auf die Oberflächenenergie des verwendeten Grundkörpermaterials, bspw. Kunst stoffs abgestimmt, so dass eine ausreichende Benetzung der Oberfläche begüns tigt wird. Des Weiteren kann die Viskosität der Dispersion bzw. des Tintenwerk stoffs auf die kleinsten vorkommenden Öffnungen in der Grundkörperstruktur abge stimmt sein, sodass die Benetzung durch die Dispersion gewährleistet ist.
Nach dem VerdampfenA/erdunsten des Lösungsmittels/Wassers ist die Oberfläche des Grundkörpers mit dem Tintenwerkstoff benetzt und durch optionale Nachbe handlung, vorzugsweise Sintern, bildet sich eine leitfähige Beschichtung aus. Das neue Verfahren stellt somit eine Alternative zur chemischen, stromlosen Beschich tung dar. Der Grundstoffkörper wird dadurch funktionalisiert, d.h. zur Hochfre quenzkomponente, indem er vollständig oder teilweise mit leitfähigem Tintenwerk stoff beschichtet wird.
Im Gegensatz zu chemischen Beschichtungsverfahren, bei diesen ein Körper in eine Reagenzflüssigkeit eingebracht wird und es zu einer chemischen Reaktion zwischen Reagenzflüssigkeit und Oberfläche des Körpers kommt, setzt das vorlie gende Verfahren stattdessen auf eine Dispersion zur Beschichtung, die den Grund körper physikalisch benetzt und durch Nachbehandlung eine leitende Beschichtung ausbildet.
Gegenüber dem chemischen Beschichtungsverfahren kann durch das erfindungs gemäße Verfahren eine glattere Oberflächenstruktur des beschichteten Grundkör pers erzielt werden, was insbesondere bei Bauteilen der Hochfrequenztechnik ent scheidende Vorteile mit sich bringt. Je glatter die Oberfläche des Bauteils, desto besser die spätere Leistungsfähigkeit des Bauteils in der Hochfrequenzanwendung. Der chemische Prozess bestehender Verfahren führt häufig aufgrund erforderlicher Vorbehandlung zu einer nachteiligen Aufrauung der Körperoberfläche.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich bspw. zur Herstellung von HF- Leitungen, Antennen, bspw. Horn- oder Helix-Antennen, sowie von Hohlleitern, Fil tern, Resonatoren, Kopplern oder sonstigen passiven HF-Bauteilen vorteilhaft er setzen, wobei die Funktionsstruktur dieser Bauteile durch den beschichteten Grundkörper gebildet wird. Einige dieser Funktionsstrukturen erfordern ein von leit fähigen Strukturen umschlossenes räumliches Gebiet zur Führung der elektromag netischen Wellen. In diesem Fall wird der Grundkörper mit entsprechendem Struk turen an den für die hochfrequenztechnische Funktion erforderlichen Stellen ausge führt, wo es zur mechanischen oder elektrischen Funktion benötigt wird bzw. diese nur wenig einschränkt.
Das Aufträgen und Benetzen erfolgt vorzugsweise durch vollständiges Eintauchen des Grundkörpers in ein Tauchbad, das die entsprechende Dispersion enthält. Prinzipiell ausreichend ist das einmalige Eintauchen des Grundkörpers. Eine bes sere Verteilung der Dispersion um oder durch den Grundkörper, insbesondere in einem optional vorhandenen Hohlraum wird durch mehrmaliges Eintauchen sicher gestellt. Vorzugsweise wird ein die Dispersion enthaltendes Ultraschallbad genutzt. Nach dem Eintauchen in das Tauchbad kann der Grundkörper kurzzeitig geschüt telt werden, um überschüssige Dispersion zu entfernen.
Als Alternative zum Tauchbad lässt sich die Dispersion auch mittels Aerosolkam mer aufbringen, in der die zu Tröpfchen vernebelte Dispersion den Grundkörper benetzt. Ferner besteht die Möglichkeit, den Grundkörper auch durch Besprühen oder Übergießen mit der Dispersion zu beschichten bzw. benetzen.
Nach Aufbringung der Dispersion kann die Qualität der Beschichtung und deren Leitfähigkeit durch thermische Nachbehandlung der Grundkörperoberfläche bzw. der anhaftenden Mikro- oder Nanopartikel hergestellt bzw. verbessert werden. Hier für bietet sich ein Sintern im Ofen, eine UV-Behandlung, die Zuführung von Heißluft oder Infrarotbestrahlung an. Eine thermische Nachbehandlung kann sich positiv auf die elektrische Leitfähigkeit der aufgebrachten Beschichtung auswirken. So wird durch die anschließende Sinterung der Mikro- oder Nanopartikel, z. B. in einem thermischen Ofen, eine hohe Leitfähigkeit der resultierenden Oberflächenbeschich tung erreicht. Die Sintertemperatur des Tintenwerkstoffes ist auf die Glasüber gangstemperatur des verwendeten Kunststoffs abgestimmt, sodass dieser nicht beschädigt wird.
Vorteilhaft kann es ebenso sein, wenn vor der Aufbringung der Dispersion eine Oberflächenvorbehandlung des Grundkörpers ausgeführt wird, um insbesondere eine Oberflächenreinigung oder -aktivierung zur optimierten Anhaftung der Be schichtung zu erreichen.
Während des Beschichtungsprozesses, insbesondere beim Einbringen in ein ent sprechendes Tauchbad, kommt es maßgeblich darauf an, dass die entsprechende Dispersion sämtliche zu beschichtende Wandungsinnenflächen erreichen kann. Zur Förderung der Flüssigkeitszirkulation kann es daher ebenfalls von Vorteil sein, den Grundkörper so auszugestalten, dass Grundkörpermaterial nur dort vorhanden ist, wo es zur mechanischen oder elektrischen Funktion benötigt wird bzw. diese nur wenig einschränkt, also gewisse Wandungen des Grundkörpers von vorneherein nur dort aufzubauen oder sie nachträglich mit Aussparungen zu versehen. Dadurch wird das Vordringen der Dispersion in einen Hohlraum vereinfacht. Ferner sollte die Viskosität der eingesetzten Dispersion bzw. des Tintenwerkstoffs auf die kleinsten vorkommenden Öffnungen in der Grundkörperstruktur abgestimmt sein, sodass die Zirkulation gewährleistet ist.
Bei rechteckigen Hohlkörpern bzw. Hohlräumen können Wandungen entsprechend den Seitenwänden eines auf dem Stand der Technik bekannten Substratintegrier ten Hohlleiters (substrat integrated waveguide SIW) unterbrochen ausgeführt sein, da diese Öffnungen die hochfrequenztechnische Funktion nicht beeinträchtigen, was ebenfalls auf dem Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise sind die schmalseitigen Wandungen des Hohlraumes geschlitzt, während die breitseitigen Wandungen des rechteckigen Hohlkörpers ohne entsprechende Öffnungen ausge führt sein können.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann der Grundkörper aus einem elektrisch nicht- leitenden Material bestehen. Als besonders geeignet erweisen sich hierbei Keramik oder Kunststoff. Die Herstellung des Grundkörpers kann dann mittels eines additi ven Verfahrens erfolgen, bspw. mittels SLA 3D-Druck. Eine Herstellung mittels Spritzgussverfahren ist ebenso vorstellbar.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Erfindung auch eine ent sprechende Funktionsstruktur für ein Bauteil der Hochfrequenztechnik, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. Dementsprechend ergeben sich für die Funktionsstruktur dieselben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wurden, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eini ger Beispiele für Hochfrequenzkomponenten aufgezeigt werden, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden. Es zeigen:
Fig. 1: eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Helixanten ne
Fig. 2: eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Rechteck-
Hornantenne
Fig. 3: eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Rillen-
Hornantenne
Fig. 4: eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Hohlleiter schlitzantenne
Fig. 5: eine weitere mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte
Hohlleiterschlitzantenne
Fig. 6: einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Hohllei ter,
Fig. 7: ein komplexeres System aus mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Hochfrequenzkomponenten, bestehend aus Hohlleiter, Hohlleiterbögen sowie Hornantenne,
Fig. 8: einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Hohllei ter-Koppler.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Helixantenne 1a, gefertigt nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren. Die Helixantenne umfasst eine spiralförmige Wendel 2 und eine kreisförmige ebene Grundfläche 3 mit einer zentralen Öffnung 4 durch welche das untere Ende 5 der Wendel geführt ist. Wendel 2 und Grundfläche 3 sind kunststoffbasierend, auf ihre Oberflächen wurde jedoch erfindungsgemäß eine elektrisch-leitende, Nanopartikel enthaltende Tinte aufgetragen. Dazu wurden Wendel 2 und Grundfläche 3 zunächst mittels additivem Verfahren wie z. B. SLA 3D-Druck hergestellt und auf der Unterseite der Grundfläche 3 als normgerechter Hochfrequenzverbinder, bspw. Hohlleiterflansch, ausgestaltet.
Figur 2 zeigt eine Hornantenne 1b, welche aus aus einem Grundkörper 2 besteht und eine Hornöffnung mit rechteckigem Querschnittsprofil aufweist. Innenwände 3 und Außenwände 5 sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren leitfähig be schichtet.
Figur 3 zeigt als Beispiel für eine weitere passive Hochfrequenzkomponente eine Rillenhornantenne 1c. Die Komponente unterscheidet sich von der Rechteck hornantenne 1b durch eine Hornöffnung mit rundem Querschnittsprofil 2 und einen Übergang 5 auf einen normgerechten Anschluß mit rechteckigem Querschnitt. Die Innenwand der Hornöffnung weist eine gestufte oder gerillte Oberfläche 3 auf. Die Herstellung einer solchen Komponente kann vorteilhaft auch mittels des erfin dungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Hohlleiterschlitzantenne 1 d, gefertigt und leit fähig beschichtet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Hohlleiterschlitzan tenne besteht aus einem Grundkörper 2 mit rechteckigem Querschnittsprofil, bei dessen additiver Fertigung in bestimmten Außenwandungen 5 Öffnungen 4 ver bleiben, womit die beabsichtigte Funktion der Abstrahlung einer zunächst im Inne ren geführten elektromagnetischen Welle erreicht wird.
Figur 5 zeigt hingegen eine erfindungsgemäße Hohlleiterschlitzantenne 1 e, gefer tigt und leitfähig beschichtet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, deren grundsätzlicher Aufbau der Hohlleiterschlitzantenne 1d ähnelt, wobei jedoch Grundkörpermaterial nur dort aufgebaut wurde, wo es für die hochfrequenztechni sche Funktion erforderlich ist (6), was ebenfalls vorteilhaft mittels des erfindungs gemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann. Figur 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Hohlleiter 1f für die Hochfrequenztechnik, gefertigt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Hohlleiter 1f umfasst im Wesentlichen einen Hohlkörper mit rechteckigem Profil als Grundkörper 2, dessen Innenwandungen 3 den notwendigen Hohlraum für die Führung elektromagneti scher Wellen bilden. Ähnlich wie bei der Hohlleiterschlitzantenne 1e ist Grundkör permaterial 6 nur dort aufgebaut, wo es für die hochfrequenztechnische Funktion erforderlich ist.
Figur 7 zeigt eine Funktionsstruktur 1g, die ähnlich dem Hohlleiter 1f aufgebaut ist jedoch einen im Raum gebogenen Pfad für die elektromagnetischen Wellen vorgibt. Das eine Ende ist entsprechend einer Hornantenne 1b ausgebildet. Auch hier kommt das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrisch leitenden Beschichtung der Funktionsstruktur zum Einsatz.
Figur 8 zeigt einen Koppler 1h für die Hochfrequenztechnik, dessen grundsätzlicher Aufbau zwei sich an ihren Seitenwänden berührenden Hohlleitern 1f ähnelt. Ent lang dieser Berührungsfläche sind Öffnungen zwischen den beiden Hohlleitern funktionsnotwendig, um ein Überkoppeln der elektromagnetischen Wellen von ei nem in den anderen Hohlleiter zu ermöglichen. Alle anderen umschließenden leit fähigen Strukturen sind ähnlich dem Hohlleiter 1f nur dort aufgebaut, wo sie für die Führung der elektromagnetischen Wellen erforderlich sind. Auch hier kommt das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrisch leitenden Beschichtung der Oberfläche des Kopplers 1h zum Einsatz.

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Schritten:
Bereitstellen eines die Form der Funktionsstruktur bestimmenden Grundkör- pers,
Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht auf den formbestimmenden Grundkörper mittels Benetzen des Grundkörpers mit einer Mikropartikel und/oder Nanopartikel enthaltenden Dispersion.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beschichtens ein ein- oder mehrmaliges Eintauchen des Grundkörpers in ein die Dispersion enthaltendes Tauchbad, insbesondere Ultraschallbad, umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beschichtens eine Behandlung des Grundkörpers in einer Aerosolkammer vorsieht, um die Dispersion auf den Grundkörper aufzutragen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beschichtens durch Übergießen des Grundkörpers mit der Dispersion erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beschichtens durch Besprühen des Grundkörpers mit der Dispersion erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass es sich bei den Mikropartikeln und/oder Nanopartikeln um Gold- und/oder Silber- und/oder Kupfer- und/oder Aluminiumpartikel und/oder Partikel anderer Substanzen handelt, die leitfähige Schichten ausbilden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass nach der Beschichtung eine thermische Nachbehandlung des Grundkörpers erfolgt, insbesondere durch Sintern, Ultraviolett-Behandlung, Zuführung von Heißluft oder Infrarot-Bestrahlung.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Funktionsstruktur eine Hochfrequenzleitung, insbesondere ein Hohlleiter, oder eine Antenne, insbesondere eine Horn- oder Helixanten ne, oder ein Filter oder ein Resonator oder ein Koppler oder ein sonstiges passives HF-Teil ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Grundkörper so gestaltet ist, dass Grundkörpermaterial nur dort vorhanden ist, wo es für die mechanische Festigkeit notwendig und/oder wo eine leitfähige Oberfläche zur Gewährleistung der hochfrequenztechni schen Funktion erforderlich ist, insbesondere derart, dass Wandungen mit Öffnungen versehen oder ganz oder teilweise als Wendel oder Gitter ausge führt sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dispersion auf Wasser und/oder einem oder mehreren Lö sungsmitteln und/oder zusätzlichen Adhäsiven basiert.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Grundkörper aus Keramik oder Kunststoff oder Metall be steht bzw. dieses umfasst.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Grundkörper mittels additivem Verfahren, insbesondere SLA 3D-Druck, oder Kunststoffspritzguss hergestellt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Oberfläche des Grundkörpers vor der Beschichtung vorbe handelt wird.
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