WO2002009232A1 - Device for the transmission and/or receiving of electromagnetic waves and method for production of said device - Google Patents

Device for the transmission and/or receiving of electromagnetic waves and method for production of said device Download PDF

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WO2002009232A1
WO2002009232A1 PCT/DE2001/002613 DE0102613W WO0209232A1 WO 2002009232 A1 WO2002009232 A1 WO 2002009232A1 DE 0102613 W DE0102613 W DE 0102613W WO 0209232 A1 WO0209232 A1 WO 0209232A1
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WO
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antenna
ceramic
reflector
electromagnetic waves
frequency
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PCT/DE2001/002613
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Silvia Gohlke
Ruth MÄNNER
Richard Matz
Wolfram Wersing
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/104—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces using a substantially flat reflector for deflecting the radiated beam, e.g. periscopic antennas

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves of a certain frequency, comprising at least one antenna with a certain antenna gain of the electromagnetic waves and at least one reflector arranged at a certain distance from the antenna to increase the antenna gain.
  • a method for producing the device is specified.
  • An antenna is used to transport energy into and / or out of a free space by means of electromagnetic waves or electromagnetic radiation.
  • the energy transport is mostly not limited to a single frequency or wavelength.
  • the energy is transported with a certain frequency bandwidth.
  • the antenna is therefore able to emit and / or receive electromagnetic waves in a frequency range.
  • a power density of the antenna for energy transport depends on the frequency.
  • the power density is also location-dependent.
  • the power density of the antenna decreases with increasing distance from the antenna.
  • the power density is often dependent on the direction. At a certain distance from the antenna, the power density is higher in a main beam direction of the antenna than in a beam direction of the antenna that is different from the main beam direction.
  • the antenna is characterized by the antenna gain.
  • the antenna gain is defined as the ratio of the distance to the antenna in the main beam direction measured power density to a power density that would be present with a comparative antenna (spherical radiator) that emits evenly in all directions.
  • the reflector reflects or bundles (for example emitted by the antenna) electromagnetic waves in the main beam direction of the antenna. This increases the antenna gain of the antenna.
  • the reflector is a flat metal plate. Such a reflector is referred to as a base plate or as a ground plane.
  • the distance between the antenna and reflector is approximately a quarter of the wavelength of the electromagnetic waves.
  • a problem with the reflector is that an electromagnetic wave cannot only be reflected.
  • the electromagnetic wave can also propagate on a surface of the reflector in the form of a surface wave. This can result in tangential transmission of the frequency.
  • the surface wave is emitted into the room at a corner or edge of the reflector.
  • An electromagnetic interference wave with an interference frequency arises.
  • the tangential transmission of a flat metal plate can be, for example, -35 dB at a frequency of 12 GHz.
  • the surface of the reflector is called the high impedance surface.
  • the electromagnetic Impedance of the surface of the reflector is very high.
  • a characteristic of such a surface is a metallic, periodic structuring.
  • a method by means of which an antenna can be integrated into a ceramic multilayer body is, for example, from D.L. Wilcox et al. , Proceedings 1997 ISHM, Philadelphia, pages 17 to 23.
  • LTCC low temperature cofired ceramic
  • a ceramic mass with a certain dielectric constant and electrically highly conductive material such as silver or copper are subjected to a common sintering process.
  • Glass ceramic is used as the ceramic mass.
  • Glass ceramic consists of a ceramic material and a glass material.
  • the antenna made of copper or silver is embedded in the ceramic of the multilayer body formed from the ceramic mass.
  • a dimension of the antenna depends on the (effective) dielectric constant of the ceramic.
  • the antenna in the multilayer body is designed, for example, as a horizontal or vertical helix.
  • the object of the present invention is to provide a compact and powerful device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves.
  • a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves of a certain frequency assigns at least one antenna with a certain antenna gain to the electromagnetic waves and at least one reflector arranged at a certain distance from the antenna
  • the device is characterized in that in a defined by the distance Gap between the antenna and the reflector is arranged at least one ceramic touching the antenna and the reflector.
  • Antenna, reflector and ceramic together form a compact device.
  • the device can be designed as required.
  • each of the components can be configured independently of one another. Such a requirement is, for example, the smallest possible dimension of the
  • the antenna is arbitrary in every respect.
  • the antenna can be a monopole or dipole antenna.
  • a planar antenna is particularly conceivable, which is referred to as a stripline antenna (microstrip or patch antenna).
  • An antenna in the form of a rod antenna is also possible.
  • the dimension of the antenna is, for example, half ( ⁇ / 2) or a quarter ( ⁇ / 4) of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic waves.
  • the antenna can be folded to increase the frequency bandwidth and / or have at least one parasitic element. It is also conceivable that the antenna is designed in the form of an antenna stack.
  • the antenna consists of individual antennas or antenna planes arranged one above the other.
  • the reflector is also of any design.
  • the antenna and the reflector are arranged at a certain distance from one another.
  • the distance between the antenna and reflector is defined by the distance. This space can be completely or only partially filled with the ceramic.
  • the dielectric constant plays an important role.
  • the higher the dielectric constant the ceramic the smaller is the extent of the antenna connected to the ceramic at a certain frequency.
  • the higher the dielectric constant the more compact the resulting device.
  • the higher the dielectric constant of the ceramic the smaller the antenna gain of the antenna.
  • the reflector is present. The reflector is able to compensate for a loss of antenna gain caused by the ceramic. A combination of reflector, ceramic and antenna thus enables a compact device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves with a relatively high antenna gain.
  • the device consists, for example, of a patch antenna, a base plate and a ceramic in the form of a ceramic plate, which is characterized by two main surfaces which are almost plane-parallel to one another.
  • the antenna is arranged on one of the main surfaces and the reflector is arranged on the second main surface.
  • a plate thickness of the ceramic plate forms the distance between the antenna and the reflector.
  • a reflection property of the reflector is decisive for the distance between antenna and reflector.
  • the distance between the antenna and reflector is approximately a quarter of the wavelength of the electromagnetic waves.
  • the electromagnetic waves that can be transmitted or received with the aid of the device are, above all, radio waves (wavelength range from 1 mm to 20 m or frequency range from 300 GHz to 15 MHz).
  • the frequency of the electromagnetic waves is selected from a range from 900 MHz to 12 GHz inclusive.
  • the reflector can be designed in any way. In a special embodiment, the reflector is distinguished by a band-gap structure.
  • the reflector has a band-gap structure with a frequency band gap that
  • the tangential transmission of the frequency of the electromagnetic waves occurring at the reflector is lower within the frequency band gap than outside the frequency band gap.
  • the reflector for frequencies of the frequency band gap has a tangential transmission of the frequency which is selected from the range from -80 dB to -40 dB inclusive.
  • the tangential transmission is, for example, -30 dB.
  • a reflector with a band-gap structure is characterized by a periodically structured surface made of metal.
  • the reflector is structured in particular in two dimensions. There is a quasi-level structure. It is also conceivable that the structuring includes a third dimension.
  • the structured surface extends over several levels. It is conceivable, for example, that with a ceramic plate the antenna is arranged on one of the main surfaces and the reflector on both main surfaces.
  • the reflector • consists of at least two parts, the parts of the reflector being arranged on different main surfaces.
  • the parts of the reflector form a unit in that, for example, an electrical via (via) is present in the ceramic plate in the thickness direction of the ceramic plate.
  • the plated-through hole provides an electrically conductive connection between the parts of the reflector on the two main surfaces.
  • the distance between the antenna and reflector is less than a quarter of a wavelength of electromagnetic waves. This is achieved with the help of the reflector with a “band-gap structure ⁇ .
  • the distance can even be significantly smaller than ⁇ / 4. For example, the distance is only ⁇ / 10 or even less.
  • the dielectric constant of the ceramic there is no restriction on the dielectric constant of the ceramic.
  • the ceramic can be selected in accordance with the requirements for the device (for example with regard to the dimension and power density of the antenna).
  • the ceramic has a relative dielectric constant which is selected from a range from 6 to 40 inclusive.
  • the dimension of the antenna decreases due to an increase in the dielectric constant of the ceramic.
  • the associated loss of antenna gain is primarily compensated for by the reflector.
  • the ceramic it is also conceivable for the ceramic to be formed from different ceramic materials with different dielectric constants. The result is a ceramic with an effective, ie effective dielectric constant.
  • At least one low-dielectric material is arranged between the antenna and the reflector, which has a relative dielectric constant that is selected from a range from 0 to 2 inclusive. Incorporation of the low-dielectric material, which leads to a reduction in the effective
  • Dielectric constant of the ceramic leads can be structured or by a statistical distribution of the low-dielectric material.
  • the low dielectric material is homogeneously distributed in the ceramic.
  • the low-dielectric material is a gas which is located in at least one cavity arranged between the antenna and the reflector.
  • the cavity is preferably enclosed by the ceramic.
  • the pore is filled with air or another gas, for example.
  • the cavities are specifically integrated in a manufacturing process of the device.
  • an organic material is introduced into a ceramic green body. The organic material can be distributed homogeneously in the green body.
  • the organic structure can also form an organic structure (matrix) that is embedded in a ceramic mass.
  • the organic structure and the ceramic mass together form the ceramic green body.
  • the ceramic is formed from the ceramic green body by sintering.
  • the organic material burns during sintering, the cavities remaining after sintering.
  • the cavities reduce the effective dielectric constant in the space between the antenna and the reflector. This improves the reflection property of the reflector. With the help of a cavity structure generated by the cavities, it is thus possible to increase the antenna gain even at high frequencies (for example above 5 GHz).
  • the ceramic has a glass ceramic.
  • the glass material of the glass ceramic can act as a low-dielectric material. By increasing the proportion of the glass material in the ceramic, the effective dielectric constant of the ceramic is automatically reduced.
  • the particular advantage of glass ceramics is that in connection with LTCC technology, a large variety of structures is possible with an electrically highly conductive material. The structural diversity affects that
  • Antenna and the reflector A reflector with a band-gap structure can be implemented very easily.
  • the antenna and / or the reflector have a material selected from the group consisting of gold and / or copper and / or silver.
  • the ceramic has at least one ceramic layer of a ceramic multilayer body.
  • the ceramic can be formed by one or more ceramic layers arranged one above the other.
  • the antenna and the reflector are integrated in the ceramic multilayer body.
  • the device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves forms a multilayer body.
  • several antennas and associated reflectors can be integrated in the multilayer body.
  • several frequencies and / or frequency bands can be covered in the multilayer body.
  • a measuring antenna is housed in the multilayer body next to the antenna for measuring the power density of the antenna.
  • Such a component is, for example, an antenna circuit with a transmission / reception switch and / or a transmission / reception switch.
  • An amplifier (power amplifier) or an entire one is also conceivable
  • Vorvertownrtechltung These components can be connected directly to the antenna. This eliminates the need for a connecting line and / or an adaptation circuit. It results in a small space and / or power requirement of the device.
  • the device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves can be in the form of a so-called “stand-alone antenna”.
  • stand-alone antenna a so-called “stand-alone antenna”.
  • Radio frequency module including antenna is realized.
  • RF module Radio frequency module
  • a method for producing the described device is specified in addition to the device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves.
  • the process has the following process steps:
  • the ceramic green sheet is provided in the usual way.
  • a ceramic green sheet is made from a ceramic casting compound with the help of a
  • the arrangement of the reflector and the antenna takes place, for example, with the aid of a thick or thin layer technique.
  • the ceramic green sheet is, for example, with electrically conductive material in the form of a metal paste in one
  • the electrically conductive material forms the antenna or the reflector.
  • two or more ceramic green foils are each printed with electrically conductive material.
  • the printed green foils are stacked on top of each other to form a composite, which is laminated and sintered.
  • a structured metal foil is used. This metal foil forms the antenna and / or the reflector.
  • the metal foil is connected to the green foil and sintered together with the green foil.
  • a hole is punched in a ceramic green sheet, which is subsequently filled with electrically conductive material. This is done, for example, with the help of thick-film technology.
  • a ceramic green sheet with glass ceramic is used.
  • the LTCC technology mentioned at the beginning is used. The following advantages are associated with LTCC technology:
  • the LTCC technology is particularly suitable for producing a complex ceramic multilayer body.
  • a wide variety of electronic components for example a complete RF module, can be integrated in the ceramic multilayer body.
  • a thick film technique can be used. This enables a fine structure with a structure accuracy that is also necessary for a high frequency in the GHz range.
  • wires are with a
  • the LTCC technology is easy to automate and can be used as standard (multi up) with one
  • Processing area of, for example, 300 x 300 mm 2 can be used. This enables low unit costs.
  • Electromagnetic shielding of an electronic circuit inside a multilayer body for example by means of one or more base plates, is very easily possible.
  • a multi-layer body in LTCC technology can be used in a wide temperature range. As a result, use of the multilayer body in the automotive sector is particularly conceivable. • A multilayer body in LTCC technology is characterized by a high level of environmental compatibility. The multilayer body can be recycled.
  • a ceramic multilayer body is obtained in which the antenna and the reflector and advantageously also a coupling structure of the antenna are integrated. This leads to a small space requirement for the device.
  • a complete RF module can be integrated.
  • the reflector can take over the electromagnetic shielding of any electronic component of the RF module against the electromagnetic waves of the antenna.
  • the antenna is shielded against an electromagnetic interference source of the RF module with the aid of the reflector.
  • a broadband antenna can be produced very easily. This is achieved, for example, with the aid of a folded dipole and / or an antenna with parasitic elements and / or a stacked antenna.
  • An antenna stack with several antenna levels is integrated in the multilayer body. In particular, if all electronic components that are necessary for operating the device are integrated in the ceramic multilayer body, a power requirement of the device can be reduced.
  • An energy source for example a battery, for supplying energy to the device can be of relatively small dimensions.
  • the device is characterized by a small dimension when using a ceramic with a high dielectric constant.
  • a reflector with a complicated band-gap structure can be easily integrated into the multi-layer body.
  • the resulting device has a high ceramic despite use
  • the device is particularly suitable for use in mobile radio technology.
  • Figures la to 6a show different embodiments of the device in each case in a cross section.
  • Figures 1b to 6b show the embodiments of
  • FIG. 7a shows a multilayer body with a band-gap structure in cross section.
  • Figure 7b shows a multilayer body with reflector with a band-gap structure in supervision.
  • Figures 8a to d show different coupling slots.
  • FIG. 9 shows a method for manufacturing the device.
  • a device 1 for transmitting and / or receiving electromagnetic waves 2 with a frequency from the radio wave range is given.
  • the device 1 has at least one antenna 3 in the form of a patch antenna.
  • the antenna 3 has a certain antenna gain of the electromagnetic waves 2.
  • a ceramic 7 is arranged in the space 6 defined by the distance 4 between the antenna 3 and the reflector 5.
  • the device 1 is integrated in a ceramic multilayer body 8.
  • the ceramic 7, which connects the antenna 3 and the reflector 5, is a ceramic layer 9 of the multilayer body 8.
  • the ceramic 7 is a glass ceramic with a ceramic material and a glass material.
  • the multilayer body 8 is produced with the aid of LTCC technology (FIG. 9).
  • Ceramic green films are provided in a first method step (901). This is followed by electrically conductive material on one of the ceramic green sheets using a screen printing process upset (902).
  • the electrically conductive material is a silver paste, which forms the antenna 3 after sintering.
  • the reflector 5 is applied to a second ceramic green sheet using the screen printing method.
  • the reflector 5 is also made of a silver paste.
  • the two ceramic green foils are stacked one on top of the other, laminated and sintered to form the corresponding multilayer body 8.
  • Antenna 3, reflector 5 and ceramic 7 are printed by jointly sintering corresponding output connections (ceramic green sheet
  • additional electronic components 10 and / or 21 are integrated in the multilayer body 8 for feeding the antenna 3 and / or for internal electrical signal processing.
  • the device is suitable for transmitting and / or receiving electromagnetic waves with a frequency of 900 MHz (mobile radio frequency).
  • a base area of the associated multilayer body 8 is approximately 50 ⁇ 50 mm 2 .
  • the patch antenna 3 has a rectangular basic structure ( Figures la and lb).
  • the ceramic multilayer body 8 has so-called parasitic elements 11 of the patch antenna 3, which are arranged together with the patch antenna 3 on a main surface 13 of the ceramic layer 9 of the multilayer body 8.
  • the ceramic layer 9 has a layer thickness 12 of approximately ⁇ / 4.
  • a reflector 5 in the form of a base plate is arranged on the second main surface 14 of the ceramic layer 9.
  • the base plate 5 has a coupling slot (aperture slot) 15, via which the patch antenna 3 is fed with the aid of a stripline (triplate line) 10.
  • a stripline a signal-carrying line is embedded inside a plate-shaped, dielectric substrate.
  • the opposite surfaces (main surfaces) of the Substrates are metallized and are grounded.
  • the stripline is symmetrical. With a symmetrical stripline, the signal line lies in the middle between the metallized surfaces.
  • the patch antenna 3 is fed using an asymmetrical stripline.
  • a stripline can easily be integrated in a ceramic multilayer body.
  • the patch antenna 3 consists of two folded dipole antennas, each with a size of ⁇ / 2 (FIGS. 2a and 2b).
  • the size of the patch antenna 3 is halved in each direction compared to the unfolded patch antenna.
  • Each of the dipole antennas is fed separately.
  • the LTCC technology comes in to integrate cavities 15.
  • pores 15 are introduced in the ceramic 7 between the antenna 3 and the reflector 5.
  • the pores 15 are filled with air.
  • the air serves as a low-dielectric material 16 to further increase the antenna gain.
  • the layer thickness 12 is significantly smaller than ⁇ / 4.

Abstract

The invention relates to a device (1), for the transmission and/or receiving of electromagnetic waves (2) of a certain frequency, comprising at least one antenna (3) with a certain antenna gain for the electromagnetic waves and at least one reflector (5), arranged with a certain separation from the antenna for increasing the antenna gain. In order to reduce the size of the device the antenna and reflector are connected to each other by means of a ceramic (7). The device is integrated in a ceramic multi-layer body (8), by means of LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) technology.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen und Verfahren zum Herstellen der VorrichtungDevice for transmitting and / or receiving electromagnetic waves and method for producing the device
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen einer bestimmten Frequenz, aufweisend mindestens eine Antenne mit einem bestimmten Antennengewinn der elektromagnetischen Wellen und mindestens einen in einem bestimmten Abstand zur Antenne angeordneten Reflektor zur Erhöhung des Antennengewinns. Neben der Vorrichtung wird ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung angegeben.The invention relates to a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves of a certain frequency, comprising at least one antenna with a certain antenna gain of the electromagnetic waves and at least one reflector arranged at a certain distance from the antenna to increase the antenna gain. In addition to the device, a method for producing the device is specified.
Eine Antenne dient einem Energietransport mittels elektromagnetischer Wellen beziehungsweise elektromagnetischer Strahlung in einen und/oder aus einem freien Raum. Der Energietransport ist dabei zumeist nicht nur auf eine einzige Frequenz beziehungsweise Wellenlänge beschränkt. Der Energietransport erfolgt mit einer bestimmten Frequenzbandbreite. Die Antenne ist also in der Lage, elektromagnetische Wellen eines Frequenzbereichs abzustrahlen und/oder zu empfangen.An antenna is used to transport energy into and / or out of a free space by means of electromagnetic waves or electromagnetic radiation. The energy transport is mostly not limited to a single frequency or wavelength. The energy is transported with a certain frequency bandwidth. The antenna is therefore able to emit and / or receive electromagnetic waves in a frequency range.
Eine Leistungsdichte der Antenne für den Energietransport ist frequenzabhängig. Zudem ist die Leistungsdichte ortsabhängig. Mit zunehmender Entfernung von der Antenne nimmt die Leistungsdichte der Antenne ab. Darüber hinaus ist die Leistungsdichte vielfach richtungsabhängig. In einer bestimmten Entfernung zur Antenne ist die Leistungsdichte in einer Hauptstrahlrichtung der Antenne höher als in einer von der Hauptstrahlrichtung verschiedenen Strahlrichtung der Antenne.A power density of the antenna for energy transport depends on the frequency. The power density is also location-dependent. The power density of the antenna decreases with increasing distance from the antenna. In addition, the power density is often dependent on the direction. At a certain distance from the antenna, the power density is higher in a main beam direction of the antenna than in a beam direction of the antenna that is different from the main beam direction.
Die Antenne zeichnet sich durch den Antennengewinn aus. Der Antennengewinn ist definiert als das Verhältnis der in einer bestimmten Entfernung zur Antenne in Hauptstrahlrichtung gemessenen Leistungsdichte zu einer Leistungsdichte, die bei einer in allen Richtungen gleichmäßig abstrahlenden Vergleichsantenne (Kugelstrahler) vorliegen würde.The antenna is characterized by the antenna gain. The antenna gain is defined as the ratio of the distance to the antenna in the main beam direction measured power density to a power density that would be present with a comparative antenna (spherical radiator) that emits evenly in all directions.
Der Reflektor reflektiert beziehungsweise bündelt (beispielsweise von der Antenne ausgesandte) elektromagnetische Wellen in Hauptstrahlrichtung der Antenne. Dadurch wird der Antennengewinn der Antenne erhöht . Beispielsweise ist der Reflektor eine flache Metallplatte. Ein derartiger Reflektor wird als Grundplatte oder als Erdebene (ground plane) bezeichnet. Der Abstand zwischen Antenne und Reflektor beträgt ungefähr ein Viertel der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen.The reflector reflects or bundles (for example emitted by the antenna) electromagnetic waves in the main beam direction of the antenna. This increases the antenna gain of the antenna. For example, the reflector is a flat metal plate. Such a reflector is referred to as a base plate or as a ground plane. The distance between the antenna and reflector is approximately a quarter of the wavelength of the electromagnetic waves.
Ein Problem des Reflektors besteht darin, dass eine elektromagnetische Welle nicht nur reflektiert werden kann. Die elektromagnetische Welle kann sich auch auf einer Oberfläche des Reflektors in Form einer Oberflächenwelle fortpflanzen. Es kann in der Folge zu einer tangentialen Transmission der Frequenz kommen. An einer Ecke oder Kante des Reflektors wird die Oberflächenwelle in den Raum abgestrahlt. Es entsteht eine elektromagnetische Störwelle mit einer Störfrequenz. Die tangentiale Transmission einer flachen Metallplatte kann bei einer Frequenz von 12 GHz beispielsweise -35 dB betragen.A problem with the reflector is that an electromagnetic wave cannot only be reflected. The electromagnetic wave can also propagate on a surface of the reflector in the form of a surface wave. This can result in tangential transmission of the frequency. The surface wave is emitted into the room at a corner or edge of the reflector. An electromagnetic interference wave with an interference frequency arises. The tangential transmission of a flat metal plate can be, for example, -35 dB at a frequency of 12 GHz.
Aus der Veröffentlichung IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 47, No. 11, Nov. 1999, Seiten 2059 bis 2074, geht eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen hervor, bei der dieses Problem mit Hilfe eines Reflektors mit sogenannter Band- Lücke-Struktur (band gap structure) umgangen wird. Innerhalb einer bestimmten Frequenzbandlücke (band gap) bildet sich auf einer Oberfläche des Reflektors nahezu keine Oberflächenwelle aus. In der Folge tritt auch keine Störfrequenz auf. DieFrom the publication IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 47, No. 11, Nov. 1999, pages 2059 to 2074, a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves emerges, in which this problem is avoided with the aid of a reflector with a so-called band-gap structure. Almost no surface wave forms on a surface of the reflector within a certain frequency band gap. As a result, no interference frequency occurs. The
Oberfläche des Reflektors wird als Hoch-Impedanz-Oberfläche (high impedance surface) bezeichnet. Die elektromagnetische Impedanz der Oberfläche des Reflektors ist sehr hoch. Ein Charakteristikum einer solchen Oberfläche ist eine metallische, periodische Strukturierung.The surface of the reflector is called the high impedance surface. The electromagnetic Impedance of the surface of the reflector is very high. A characteristic of such a surface is a metallic, periodic structuring.
Ein Verfahren, mit dessen Hilfe eine Antenne in einen keramischen Mehrschichtkörper integriert werden kann, geht beispielsweise aus D.L. Wilcox et al . , Proceedings 1997 ISHM, Philadelphia, Seiten 17 bis 23, hervor. Unter Verwendung der LTCC(low temperature cofired ceramic) -Technologie wird eine Keramikmasse mit einer bestimmten Dielektrizitätskonstante und elektrisch hochleitfähiges Material wie Silber oder Kupfer einem gemeinsamen Sinterprozess unterworfen. Als Keramikmasse wird dabei Glaskeramik eingesetzt. Glaskeramik besteht aus einem Keramikmaterial und einem Glasmaterial. Nach dem Sinterprozess ist die Antenne aus Kupfer oder Silber in der aus der Keramikmasse gebildeten Keramik des Mehrschichtkörpers eingebettet. Eine Abmessung der Antenne hängt von der (effektiven) Dielektrizitätskonstante der Keramik ab. Je niedriger die Dielektrizitätskonstante der Keramik ist, desto größer ist die Abmessung der Antenne und damit auch die Abmessung des gesamten Mehrschichtkörpers. Um die Abmessung des Mehrschichtkörpers möglichst niedrig zu halten, ist die Antenne im Mehrschichtkörper beispielsweise als horizontale oder vertikale Helix ausgebildet.A method by means of which an antenna can be integrated into a ceramic multilayer body is, for example, from D.L. Wilcox et al. , Proceedings 1997 ISHM, Philadelphia, pages 17 to 23. Using the LTCC (low temperature cofired ceramic) technology, a ceramic mass with a certain dielectric constant and electrically highly conductive material such as silver or copper are subjected to a common sintering process. Glass ceramic is used as the ceramic mass. Glass ceramic consists of a ceramic material and a glass material. After the sintering process, the antenna made of copper or silver is embedded in the ceramic of the multilayer body formed from the ceramic mass. A dimension of the antenna depends on the (effective) dielectric constant of the ceramic. The lower the dielectric constant of the ceramic, the larger the dimension of the antenna and thus the dimension of the entire multilayer body. In order to keep the dimension of the multilayer body as low as possible, the antenna in the multilayer body is designed, for example, as a horizontal or vertical helix.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte und leistungsfähige Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen bereit zu stellen.The object of the present invention is to provide a compact and powerful device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen einer bestimmten Frequenz angegeben. Die Vorrichtung weist mindestens eine Antenne mit einem bestimmten Antennengewinn der elektromagnetischen Wellen und mindestens einen in einem bestimmten Abstand zur Antenne angeordneten Reflektor zurTo solve the problem, a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves of a certain frequency is specified. The device assigns at least one antenna with a certain antenna gain to the electromagnetic waves and at least one reflector arranged at a certain distance from the antenna
Erhöhung des Antennengewinns auf. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem durch den Abstand definierten Zwischenraum zwischen der Antenne und dem Reflektor mindestens eine die Antenne und den Reflektor berührende Keramik angeordnet ist.Increase in antenna gain. The device is characterized in that in a defined by the distance Gap between the antenna and the reflector is arranged at least one ceramic touching the antenna and the reflector.
Antenne, Reflektor und Keramik bilden zusammen eine kompakte Vorrichtung. Die Vorrichtung kann dabei bedarfsgerecht gestaltet sein. Je nach Anforderung, die an die Vorrichtung gestellt wird, kann jede der Komponenten unabhängig voneinander ausgestaltet sein. Eine derartige Anforderung ist beispielsweise eine möglichst kleine Abmessung derAntenna, reflector and ceramic together form a compact device. The device can be designed as required. Depending on the requirements placed on the device, each of the components can be configured independently of one another. Such a requirement is, for example, the smallest possible dimension of the
Vorrichtung und/oder ein möglichst hoher Antennengewinn der Antenne .Device and / or the highest possible antenna gain of the antenna.
Die Antenne ist in jeder Beziehung beliebig. Die Antenne kann eine Monopol- oder Dipolantenne sein. Bezüglich einer Form der Antenne ist insbesondere eine planare Antenne denkbar, die als Streifenleitungsantenne (Microstrip- oder Patch- Antenne) bezeichnet wird. Möglich ist auch eine Antenne in Form einer Stabantenne. Die Abmessung der Antenne beträgt beispielsweise eine Hälfte (λ/2) oder ein Viertel (λ/4) der Wellenlänge (λ) der elektromagnetischen Wellen. Die Antenne kann zur Erhöhung der Frequenzbandbreite gefaltet sein und/oder über mindestens ein parasitäres Element verfügen. Denkbar ist auch, dass die Antenne in Form eines Antennenstapels ausgebildet ist. Die Antenne besteht aus übereinander angeordneten Einzelantennen beziehungsweise Antennenebenen.The antenna is arbitrary in every respect. The antenna can be a monopole or dipole antenna. With regard to one form of the antenna, a planar antenna is particularly conceivable, which is referred to as a stripline antenna (microstrip or patch antenna). An antenna in the form of a rod antenna is also possible. The dimension of the antenna is, for example, half (λ / 2) or a quarter (λ / 4) of the wavelength (λ) of the electromagnetic waves. The antenna can be folded to increase the frequency bandwidth and / or have at least one parasitic element. It is also conceivable that the antenna is designed in the form of an antenna stack. The antenna consists of individual antennas or antenna planes arranged one above the other.
Der Reflektor ist ebenfalls beliebig gestaltet. Die Antenne und der Reflektor sind in einem bestimmten Abstand zu einander angeordnet. Durch den Abstand ist ein Zwischenraum zwischen Antenne und Reflektor festgelegt. Dieser Zwischenraum kann vollständig oder nur teilweise mit der Keramik ausgefüllt sein.The reflector is also of any design. The antenna and the reflector are arranged at a certain distance from one another. The distance between the antenna and reflector is defined by the distance. This space can be completely or only partially filled with the ceramic.
Bezüglich der Keramik spielt deren Dielektrizitätskonstante eine wichtige Rolle. Je höher die Dielektrizitätskonstante der Keramik ist, desto kleiner ist bei einer bestimmten Frequenz ein Ausmaß der mit der Keramik verbundenen Antenne. Je höher die Dielektrizitätskonstante ist, desto kompakter ist die resultierende Vorrichtung. Je höher aber die Dielektrizitätskonstante der Keramik ist, desto kleiner ist der Antennengewinn der Antenne. Um diesen Nachteil einer hohen Dielektrizitätskonstante auszugleichen, ist der Reflektor vorhanden. Der Reflektor ist in der Lage, einen durch die Keramik hervorgerufenen Verlust des Antennengewinns zu kompensieren. Durch eine Kombination Reflektor, Keramik und Antenne ist also eine kompakte Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen bei gleichzeitig relativ hohem Antennengewinn möglich.With regard to ceramics, their dielectric constant plays an important role. The higher the dielectric constant the ceramic, the smaller is the extent of the antenna connected to the ceramic at a certain frequency. The higher the dielectric constant, the more compact the resulting device. However, the higher the dielectric constant of the ceramic, the smaller the antenna gain of the antenna. In order to compensate for this disadvantage of a high dielectric constant, the reflector is present. The reflector is able to compensate for a loss of antenna gain caused by the ceramic. A combination of reflector, ceramic and antenna thus enables a compact device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves with a relatively high antenna gain.
Die Vorrichtung besteht beispielsweise aus einer Patch- Antenne, einer Grundplatte und einer Keramik in Form einer Keramikplatte, die sich durch zwei zueinander nahezu planparallelen Hauptflächen auszeichnet. An einer der Hauptflächen ist die Antenne und an der zweiten Hauptfläche der Reflektor angeordnet. Eine Plattendicke der Keramikplatte bildet den Abstand zwischen der Antenne und dem Reflektor. Für den Abstand zwischen Antenne und Reflektor ist eine Reflexionseigenschaft des Reflektors maßgeblich. Um zu verhindern, dass durch negative Interferenz der von der Antenne ausgesandten elektromagnetischen Wellen und der vom Reflektor reflektierten elektromagnetischen Wellen der Antennengewinn der Antenne reduziert wird, beträgt der Abstand zwischen Antenne und Reflektor etwa ein Viertel der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen.The device consists, for example, of a patch antenna, a base plate and a ceramic in the form of a ceramic plate, which is characterized by two main surfaces which are almost plane-parallel to one another. The antenna is arranged on one of the main surfaces and the reflector is arranged on the second main surface. A plate thickness of the ceramic plate forms the distance between the antenna and the reflector. A reflection property of the reflector is decisive for the distance between antenna and reflector. In order to prevent the antenna gain of the antenna from being reduced by negative interference between the electromagnetic waves emitted by the antenna and the electromagnetic waves reflected by the reflector, the distance between the antenna and reflector is approximately a quarter of the wavelength of the electromagnetic waves.
Die elektromagnetischen Wellen, die mit Hilfe der Vorrichtung ausgesandt beziehungsweise empfangen werden können, sind vor allem Radiowellen (Wellenlängenbereich von 1 mm bis 20 m beziehungsweise Frequenzbereich von 300 GHz bis 15 MHz) . Insbesondere ist die Frequenz der elektromagnetischen Wellen aus einem Bereich von einschließlich 900 MHz bis einschließlich 12 GHz gewählt. Der Reflektor kann beliebig gestaltet sein. In einer besonderen Ausgestaltung zeichnet sich der Reflektor durch eine Band-Lücke-Struktur aus. Der Reflektor weist eine Band- Lücke-Struktur mit einer Frequenzbandlücke auf, die dieThe electromagnetic waves that can be transmitted or received with the aid of the device are, above all, radio waves (wavelength range from 1 mm to 20 m or frequency range from 300 GHz to 15 MHz). In particular, the frequency of the electromagnetic waves is selected from a range from 900 MHz to 12 GHz inclusive. The reflector can be designed in any way. In a special embodiment, the reflector is distinguished by a band-gap structure. The reflector has a band-gap structure with a frequency band gap that
Frequenz der elektromagnetischen Wellen aufweist. Die an dem Reflektor auftretende tangentiale Transmission der Frequenz der elektromagnetischen Wellen ist innerhalb der Frequenzbandlücke niedriger als außerhalb der Frequenzbandlücke. Beispielsweise weist der Reflektor für Frequenzen der Frequenzbandlücke eine tangentiale Transmission der Frequenz auf, die aus dem Bereich von einschließlich -80 dB bis einschließlich -40 dB gewählt ist. Für Frequenz außerhalb der Frequenzbandlücke liegt ist die tangentiale Transmission dagegen beispielsweise bei -30 dB.Frequency of the electromagnetic waves. The tangential transmission of the frequency of the electromagnetic waves occurring at the reflector is lower within the frequency band gap than outside the frequency band gap. For example, the reflector for frequencies of the frequency band gap has a tangential transmission of the frequency which is selected from the range from -80 dB to -40 dB inclusive. For frequency outside the frequency band gap, on the other hand, the tangential transmission is, for example, -30 dB.
Ein Reflektor mit Band-Lücke-Struktur zeichnet sich durch eine periodisch strukturierte Oberfläche aus Metall aus. Der Reflektor ist insbesondere zweidimensional strukturiert. Dabei liegt eine Strukturierung quasi in einer Ebene vor. Denkbar ist aber auch, dass die Strukturierung eine dritte Dimension einschließt. Die strukturierte Oberfläche erstreckt sich über mehrere Ebenen. Denkbar ist beispielsweise, dass bei einer Keramikplatte auf einer der Hauptflächen die Antenne und auf beiden Hauptflächen der Reflektor angeordnet ist. Der Reflektor • besteht aus mindestens zwei Teilen, wobei die Teile des Reflektors auf jeweils unterschiedlichen Hauptflächen angeordnet sind. Die Teile des Reflektors bilden dadurch eine Einheit, dass beispielsweise in Dickenrichtung der Keramikplatte in der Keramikplatte eine elektrische Durchkontaktierung (via) vorhanden ist. Die Durchkontaktierung sorgt für eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Teilen des Reflektors der beiden Hauptflächen.A reflector with a band-gap structure is characterized by a periodically structured surface made of metal. The reflector is structured in particular in two dimensions. There is a quasi-level structure. It is also conceivable that the structuring includes a third dimension. The structured surface extends over several levels. It is conceivable, for example, that with a ceramic plate the antenna is arranged on one of the main surfaces and the reflector on both main surfaces. The reflector • consists of at least two parts, the parts of the reflector being arranged on different main surfaces. The parts of the reflector form a unit in that, for example, an electrical via (via) is present in the ceramic plate in the thickness direction of the ceramic plate. The plated-through hole provides an electrically conductive connection between the parts of the reflector on the two main surfaces.
Insbesondere ist es mit Hilfe der Vorrichtung möglich, dass der Abstand zwischen Antenne und Reflektor kleiner ist als ein Viertel einer Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen. Dies gelingt mit Hilfe des Reflektors mit „Band-Gap-Stukturλλ . Der Abstand kann dabei sogar wesentlich kleiner sein als λ/4. Beispielsweise beträgt der Abstand lediglich λ/10 oder noch weniger.In particular, it is possible with the aid of the device that the distance between the antenna and reflector is less than a quarter of a wavelength of electromagnetic waves. This is achieved with the help of the reflector with a “band-gap structure λλ . The distance can even be significantly smaller than λ / 4. For example, the distance is only λ / 10 or even less.
Bezüglich der Dielektrizitätskonstante der Keramik gibt es keine Einschränkung. Die Keramik kann entsprechend den Anforderungen an die Vorrichtung (beispielsweise hinsichtlich Abmessung und Leistungsdichte der Antenne) ausgewählt sein. In einer besonderen Ausgestaltung weist die Keramik eine relative Dielektrizitätskonstante auf, die aus einem Bereich von einschließlich 6 bis einschließlich 40 ausgewählt ist. Wie oben erwähnt, erniedrigt sich die Abmessung der Antenne durch eine Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der Keramik. Der damit einhergehende Verlust des Antennengewinns wird primär durch den Reflektor ausgeglichen. Zur Abstimmung von der Abmessung und der Leistungsdichte der Antenne ist es auch denkbar, dass die Keramik aus unterschiedlichen keramischen Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten gebildet ist. Es resultiert eine Keramik mit einer effektiven, also wirksamen Dielektrizitätskonstante.There is no restriction on the dielectric constant of the ceramic. The ceramic can be selected in accordance with the requirements for the device (for example with regard to the dimension and power density of the antenna). In a special embodiment, the ceramic has a relative dielectric constant which is selected from a range from 6 to 40 inclusive. As mentioned above, the dimension of the antenna decreases due to an increase in the dielectric constant of the ceramic. The associated loss of antenna gain is primarily compensated for by the reflector. To match the dimensions and the power density of the antenna, it is also conceivable for the ceramic to be formed from different ceramic materials with different dielectric constants. The result is a ceramic with an effective, ie effective dielectric constant.
Zur weiteren Erhöhung des Antennengewinns der Antenne ist insbesondere zwischen der Antenne und dem Reflektor mindestens ein nieder-dielektrisches Material angeordnet, das eine relative Dielektrizitätskonstante aufweist, die aus einem Bereich von einschließlich 0 bis einschließlich 2 ausgewählt ist. Ein Einbau des nieder-dielektrischen Materials, der zu einer Erniedrigung der effektivenTo further increase the antenna gain of the antenna, at least one low-dielectric material is arranged between the antenna and the reflector, which has a relative dielectric constant that is selected from a range from 0 to 2 inclusive. Incorporation of the low-dielectric material, which leads to a reduction in the effective
Dielektrizitätskonstante der Keramik führt, kann dabei strukturiert oder durch eine statistische Verteilung des nieder-dielektrischen Materials erfolgen. Das niederdielektrische Material ist dabei in der Keramik homogen verteilt. In einer besonderen Ausgestaltung ist das niederdielektrische Material ein Gas, das sich in mindestens einem zwischen der Antenne und dem Reflektor angeordneten Hohlraum befindet. Der Hohlraum ist dabei vorzugsweise von der Keramik umschlossen. Beispielsweise liegt eine poröse Keramik vor und der Hohlraum ist eine Pore der Keramik. Die Pore ist beispielsweise mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt. Denkbar ist auch, dass die Hohlräume in einem Herstellungsprozess der Vorrichtung gezielt integriert werden. Beispielsweise wird ein organisches Material in einen keramischen Grünkörper eingebracht. Das organische Material kann im Grünkörper homogen verteilt werden. Es kann aber auch selbst eine organische Struktur (Matrix) bilden, die in eine Keramikmasse eingebettet wird. Die Organische Struktur und die Keramikmasse bilden zusammen den keramischen Grünkörper. Aus dem keramischen Grünkörper wird durch Sintern die Keramik gebildet. Das organische Material verbrennt beim Sintern, wobei nach dem Sintern die Hohlräume verbleiben. Durch die Hohlräume wird die effektive Dielektrizitätskonstante im Zwischenraum zwischen Antenne und Reflektor erniedrigt. Dadurch wird die Reflexionseigenschaft des Reflektors verbessert. Mit Hilfe einer durch die Hohlräume erzeugten Hohlraumstruktur ist es somit möglich, den Antennengewinn auch bei hohen Frequenzen (beispielsweise über 5 GHz) zu erhöhen.Dielectric constant of the ceramic leads can be structured or by a statistical distribution of the low-dielectric material. The low dielectric material is homogeneously distributed in the ceramic. In a special embodiment, the low-dielectric material is a gas which is located in at least one cavity arranged between the antenna and the reflector. The cavity is preferably enclosed by the ceramic. For example, there is a porous ceramic and the cavity is a pore of the ceramic. The pore is filled with air or another gas, for example. It is also conceivable that the cavities are specifically integrated in a manufacturing process of the device. For example, an organic material is introduced into a ceramic green body. The organic material can be distributed homogeneously in the green body. However, it can also form an organic structure (matrix) that is embedded in a ceramic mass. The organic structure and the ceramic mass together form the ceramic green body. The ceramic is formed from the ceramic green body by sintering. The organic material burns during sintering, the cavities remaining after sintering. The cavities reduce the effective dielectric constant in the space between the antenna and the reflector. This improves the reflection property of the reflector. With the help of a cavity structure generated by the cavities, it is thus possible to increase the antenna gain even at high frequencies (for example above 5 GHz).
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Keramik eine Glaskeramik auf. Dabei kann das Glasmaterial der Glaskeramik als nieder-dielektrisches Material fungieren. Durch Erhöhung des Anteils des Glasmaterials an der Keramik wird automatisch die effektive Dielektrizitätskonstante der Keramik reduziert. Der besondere Vorteil der Glaskeramik besteht aber darin, dass im Zusammenhang mit der LTCC-Technologie eine große Strukturvielfalt mit einem elektrisch hochleitfähigen Material möglich ist. Die Strukturvielfalt betrifft dieIn a special embodiment, the ceramic has a glass ceramic. The glass material of the glass ceramic can act as a low-dielectric material. By increasing the proportion of the glass material in the ceramic, the effective dielectric constant of the ceramic is automatically reduced. The particular advantage of glass ceramics, however, is that in connection with LTCC technology, a large variety of structures is possible with an electrically highly conductive material. The structural diversity affects that
Antenne und den Reflektor. Es kann sehr leicht ein Reflektor mit Band-Lücke-Struktur realisiert sein. Insbesondere weisen die Antenne und/oder der Reflektor ein Material auf, das aus der Gruppe Gold und/oder Kupfer und/oder Silber ausgewählt ist .Antenna and the reflector. A reflector with a band-gap structure can be implemented very easily. In particular point the antenna and / or the reflector have a material selected from the group consisting of gold and / or copper and / or silver.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Keramik mindestens eine Keramikschicht eines keramischen Mehrschichtkörpers auf. Die Keramik kann von einer oder von mehreren, übereinander angeordneten Keramikschichten gebildet sein. Die Antenne und der Reflektor sind in dem keramischen Mehrschichtkörper integriert. Der keramischeIn a special embodiment, the ceramic has at least one ceramic layer of a ceramic multilayer body. The ceramic can be formed by one or more ceramic layers arranged one above the other. The antenna and the reflector are integrated in the ceramic multilayer body. The ceramic
Mehrschichtkörper bildet die Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen. Insbesondere können in dem Mehrschichtkörper mehrere Antennen und zugehörige Reflektoren integriert sein. Dadurch können in dem Mehrschichtkörper mehrere Frequenzen und/oder Frequenzbänder abgedeckt werden. Denkbar ist auch, dass in dem Mehrschichtkörper neben der Antenne eine Messantenne untergebracht ist zur Messung der Leistungsdichte der Antenne .The device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves forms a multilayer body. In particular, several antennas and associated reflectors can be integrated in the multilayer body. As a result, several frequencies and / or frequency bands can be covered in the multilayer body. It is also conceivable that a measuring antenna is housed in the multilayer body next to the antenna for measuring the power density of the antenna.
Neben Antenne und Reflektor sind vorteilhaft weitere elektronische Bauteile integriert. Ein derartiges Bauteil ist beispielsweise eine Antennenschaltung mit Sende- /Empfangsweiche und/oder Sende-/Empfangsschalter . Denkbar ist auch ein Verstärker (power amplifier) oder eine ganzeIn addition to the antenna and reflector, other electronic components are advantageously integrated. Such a component is, for example, an antenna circuit with a transmission / reception switch and / or a transmission / reception switch. An amplifier (power amplifier) or an entire one is also conceivable
Vorverstärkerschältung. Diese Bauteile können direkt mit der Antenne verbunden sein. Dadurch entfällt eine Verbindungsleitung und/oder eine Anpassungsschaltung. Er resultiert eine geringer Platz- und/oder Leistungsbedarf der Vorrichtung.Vorverstärkerschältung. These components can be connected directly to the antenna. This eliminates the need for a connecting line and / or an adaptation circuit. It results in a small space and / or power requirement of the device.
Die Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen kann dabei als sogenannte „Stand- alone-Antenne"' vorliegen. Denkbar ist aber insbesondere, dass mit Hilfe des Mehrschichtkörpers ein komplettesThe device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves can be in the form of a so-called “stand-alone antenna”. However, it is particularly conceivable that with the aid of the multilayer body, a complete one
Radiofrequenzmodul (Rf-Modul) inklusive Antenne realisiert ist. Zur Lösung der Aufgabe wird neben der Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen ein Verfahren zum Herstellen der beschriebenen Vorrichtung angegeben. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:Radio frequency module (RF module) including antenna is realized. To achieve the object, a method for producing the described device is specified in addition to the device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves. The process has the following process steps:
a) Bereitstellen einer keramischen Grünfolie, b) Anordnen der Antenne und des Reflektors an der Grünfolie und c) gemeinsames Sintern der keramischen Grünfolie, der Antenne und des Reflektors, wobei die Vorrichtung gebildet wird.a) providing a ceramic green sheet, b) arranging the antenna and the reflector on the green sheet and c) jointly sintering the ceramic green sheet, the antenna and the reflector, the device being formed.
Das Bereitstellen der keramischen Grünfolie erfolgt in üblicher Weise. Beispielsweise wird aus einer keramischen Gießmasse eine keramische Grünfolie mit Hilfe einesThe ceramic green sheet is provided in the usual way. For example, a ceramic green sheet is made from a ceramic casting compound with the help of a
Ziehschuhs gezogen und anschließend getrocknet. Das Anordnen des Reflektors und der Antenne geschieht beispielsweise mit Hilfe einer Dick- oder Dünnschichttechnik. Die keramische Grünfolie wird beispielsweise mit elektrisch leitendem Material in Form einer Metallpaste in einemPulled pulling shoe and then dried. The arrangement of the reflector and the antenna takes place, for example, with the aid of a thick or thin layer technique. The ceramic green sheet is, for example, with electrically conductive material in the form of a metal paste in one
Siebdruckverfahren bedruckt. Das elektrisch leitende Material bildet nach dem Sintern die Antenne oder den Reflektor. Denkbar ist auch, dass zwei oder mehrere keramische Grünfolien jeweils mit elektrisch leitendem Material bedruckt werden. Die bedruckten Grünfolien werden übereinander zu einem Verbund gestapelt, der laminiert und gesintert wird. Insbesondere ist auch denkbar, dass eine strukturierte Metallfolie verwendet wird. Diese Metallfolie bildet die Antenne und/oder den Reflektor. Die Metallfolie wird mit der Grünfolie verbunden und zusammen mit der Grünfolie gesintert. Zum Herstellen einer elektrischen Durchkontaktierung in der Keramik wird beispielsweise in eine keramische Grünfolie ein Loch gestanzt, das nachfolgend mit elektrisch leitfähigem Material befüllt wird. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe der Dickschichttechnik. In einer besonderen Ausgestaltung wird eine keramische Grünfolie mit Glaskeramik verwendet. Es wird auf die eingangs erwähnte LTCC-Technologie zurückgegriffen. Mit der LTCC- Technologie sind folgende Vorteile verbunden:Screen printing process printed. After sintering, the electrically conductive material forms the antenna or the reflector. It is also conceivable that two or more ceramic green foils are each printed with electrically conductive material. The printed green foils are stacked on top of each other to form a composite, which is laminated and sintered. In particular, it is also conceivable that a structured metal foil is used. This metal foil forms the antenna and / or the reflector. The metal foil is connected to the green foil and sintered together with the green foil. To produce an electrical via in the ceramic, for example, a hole is punched in a ceramic green sheet, which is subsequently filled with electrically conductive material. This is done, for example, with the help of thick-film technology. In a special embodiment, a ceramic green sheet with glass ceramic is used. The LTCC technology mentioned at the beginning is used. The following advantages are associated with LTCC technology:
• Die LTCC-Technologie ist besonders dafür geeignet, einen komplexen keramischen Mehrschichtkörper herzustellen. In dem keramischen Mehrschichtkörper können die verschiedensten elektronischen Bauteile, beispielsweise ein komplettes RF-Modul integriert werden.• The LTCC technology is particularly suitable for producing a complex ceramic multilayer body. A wide variety of electronic components, for example a complete RF module, can be integrated in the ceramic multilayer body.
• Es kann eine Dickschichttechnik eingesetzt werden. Damit ist eine feine Struktur mit einer auch für eine hohe Frequenz im GHz-Bereich notwendigen Strukturgenauigkeit möglich. Beispielsweise sind Drähte mit einem• A thick film technique can be used. This enables a fine structure with a structure accuracy that is also necessary for a high frequency in the GHz range. For example, wires are with a
Durchmesser von 80 um und einem Draht-zu-Draht-Abstand von 80 μm möglich.Diameter of 80 µm and a wire-to-wire distance of 80 μm possible.
• Die LTCC-Technologie ist leicht automatisierbar und kann standardmäßig im Nutzen (Multi up) mit einer• The LTCC technology is easy to automate and can be used as standard (multi up) with one
Bearbeitungsfläche von beispielsweise 300 x 300 mm2 angewendet werden. Dadurch sind niedrige Stückkosten möglich.Processing area of, for example, 300 x 300 mm 2 can be used. This enables low unit costs.
• Eine elektromagnetische Abschirmung einer elektronischen Schaltung im Inneren eines Mehrschichtkörpers beispielsweise durch eine oder mehrere Grundplatten ist sehr leicht möglich.• Electromagnetic shielding of an electronic circuit inside a multilayer body, for example by means of one or more base plates, is very easily possible.
• Ein Mehrschichtkörper in LTCC-Technologie ist robust.• A multi-layer body in LTCC technology is robust.
• Ein Mehrschichtkörper in LTCC-Technologie ist in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar. Dadurch ist insbesondere ein Einsatz des Mehrschichtkörpers im Automobilbereich denkbar. • Ein Mehrschichtkörper in LTCC-Technologie zeichnet sich durch eine hohe Umweltverträglichkeit aus. Der Mehrschichtkörper kann einer Wiederverwertung (Recycling) zugeführt werden kann.• A multi-layer body in LTCC technology can be used in a wide temperature range. As a result, use of the multilayer body in the automotive sector is particularly conceivable. • A multilayer body in LTCC technology is characterized by a high level of environmental compatibility. The multilayer body can be recycled.
Neben den allgemeinen Vorteilen der LTCC-Technologie beziehungsweise der mit der LTCC-Technologie hergestellten keramischen Mehrschichtkörper ergeben sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Vorrichtung folgende besondere Vorteile:In addition to the general advantages of the LTCC technology or the ceramic multilayer body produced with the LTCC technology, the following particular advantages result in connection with the present device:
» Es ist eine kompakte und leistungsstarke Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen realisierbar.»A compact and powerful device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves can be implemented.
• Auf Basis der LTCC-Technologie gelangt man zu einem keramischen Mehrschichtkörper, in dem die Antenne und der Reflektor und vorteilhaft auch eine Ankoppelstruktur der Antenne integriert sind. Dies führt zu einem geringen Platzbedarf der Vorrichtung.• Based on LTCC technology, a ceramic multilayer body is obtained in which the antenna and the reflector and advantageously also a coupling structure of the antenna are integrated. This leads to a small space requirement for the device.
• Insbesondere kann ein komplettes RF-Modul integriert werden. Bei einer passenden Ausgestaltung kann der Reflektor die elektromagnetische Abschirmung eines beliebigen elektronischen Bausteins des RF-Moduls gegen die elektromagnetischen Wellen der Antenne übernehmen.• In particular, a complete RF module can be integrated. With a suitable configuration, the reflector can take over the electromagnetic shielding of any electronic component of the RF module against the electromagnetic waves of the antenna.
Umgekehrt ist die Antenne mit Hilfe des Reflektors gegen eine elektromagnetische Störquelle des RF-Moduls abgeschirmt.Conversely, the antenna is shielded against an electromagnetic interference source of the RF module with the aid of the reflector.
• Es kann sehr leicht eine breitbandige Antenne hergestellt werden. Dies gelingt beispielsweise mit Hilfe eines gefalteten Dipols und/oder einer Antenne mit parasitären Elementen und/oder einer gestapelten Antenne. Im Mehrschichtkörper ist ein Antennenstapel mit mehreren Antennenebenen integriert. • Insbesondere, wenn sämtliche elektronischen Bauteile, die für einen Betrieb der Vorrichtung notwendig sind, in dem keramischen Mehrschichtkörper integriert sind, kann ein Leistungsbedarf der Vorrichtung reduziert werden. Eine Energiequelle, beispielsweise eine Batterie, zur Energieversorgung der Vorrichtung kann relativ klein dimensioniert werden.• A broadband antenna can be produced very easily. This is achieved, for example, with the aid of a folded dipole and / or an antenna with parasitic elements and / or a stacked antenna. An antenna stack with several antenna levels is integrated in the multilayer body. In particular, if all electronic components that are necessary for operating the device are integrated in the ceramic multilayer body, a power requirement of the device can be reduced. An energy source, for example a battery, for supplying energy to the device can be of relatively small dimensions.
• Die Vorrichtung zeichnet sich bei Verwendung einer Keramik mit hoher Dielektrizitätskonstante durch eine kleine Abmessung aus.• The device is characterized by a small dimension when using a ceramic with a high dielectric constant.
• In den Mehrschichtkörper kann ein Reflektor mit komplizierter Band-Lücke-Struktur leicht integriert werden. Die resultierende Vorrichtung verfügt trotz Verwendung einer Keramik mit hoher• A reflector with a complicated band-gap structure can be easily integrated into the multi-layer body. The resulting device has a high ceramic despite use
Dielektrizitätskonstante über eine Antenne mit hohem Antennengewinn.Dielectric constant over an antenna with high antenna gain.
• Mit Hilfe von Hohlräumen zwischen Antenne und Reflektor und mit Hilfe der variabel einstellbaren, effektiven Dielektrizitätskonstante ist eine Frequenzanpassung und/oder eine Anpassung der Abmessung der Vorrichtung leicht möglich.• With the help of cavities between antenna and reflector and with the help of the variably adjustable, effective dielectric constant, frequency adjustment and / or adjustment of the dimension of the device is easily possible.
• Bei einem geringen Platzbedarf und/oder einem geringen Leistungsbedarf eignet sich die Vorrichtung insbesondere zur Anwendung in der Mobilfunktechnik.• With a small space requirement and / or a low power requirement, the device is particularly suitable for use in mobile radio technology.
Anhand mehrer Beispiele und der dazugehörigen Figuren wird eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen und ein Verfahren zu deren Herstellung vorgestellt. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.Using several examples and the associated figures, a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves and a method for producing them are presented. The figures are schematic and do not represent true-to-scale illustrations.
Figuren la bis 6a zeigen verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung jeweils in einem Querschnitt. Figuren 1b bis 6b zeigen die Ausführungsformen derFigures la to 6a show different embodiments of the device in each case in a cross section. Figures 1b to 6b show the embodiments of
Vorrichtung in Aufsicht auf die jeweilige Antenne.Device in supervision of the respective antenna.
Figur 7a zeigt einen Mehrschichtkörper mit Band-Lücke- Struktur im Querschnitt.FIG. 7a shows a multilayer body with a band-gap structure in cross section.
Figur 7b zeigt einen Mehrschichtkörper mit Reflektor mit Band-Lücke-Struktur in Aufsicht.Figure 7b shows a multilayer body with reflector with a band-gap structure in supervision.
Figuren 8a bis d zeigen verschiedene Koppelschlitze.Figures 8a to d show different coupling slots.
Figur 9 zeigt ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung.FIG. 9 shows a method for manufacturing the device.
Gegeben ist eine Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen 2 mit einer Frequenz aus dem Radiowellenbereich. Die Vorrichtung 1 verfügt über mindestens eine Antenne 3 in Form einer Patch-Antenne. Die Antenne 3 verfügt über einen bestimmten Antennengewinn der elektromagnetischen Wellen 2. Zur Erhöhung desA device 1 for transmitting and / or receiving electromagnetic waves 2 with a frequency from the radio wave range is given. The device 1 has at least one antenna 3 in the form of a patch antenna. The antenna 3 has a certain antenna gain of the electromagnetic waves 2. To increase the
Antennengewinns der Antenne 3 ist im Abstand 4 zur Antenne 3 ein Reflektor 5 angeordnet. Im durch den Abstand 4 definierten Zwischenraum 6 zwischen der Antenne 3 und dem Reflektor 5 ist eine Keramik 7 angeordnet.Antenna gain of the antenna 3, a reflector 5 is arranged at a distance 4 from the antenna 3. A ceramic 7 is arranged in the space 6 defined by the distance 4 between the antenna 3 and the reflector 5.
Gemäß nachfolgender Beispiele ist die Vorrichtung 1 in einem keramischen Mehrschichtkörper 8 integriert. Die Keramik 7, die die Antenne 3 und den Reflektor 5 verbindet, ist eine Keramikschicht 9 des Mehrschichtkörpers 8. Die Keramik 7 ist eine Glaskeramik mit einem keramischen Material und einem Glasmaterial.According to the following examples, the device 1 is integrated in a ceramic multilayer body 8. The ceramic 7, which connects the antenna 3 and the reflector 5, is a ceramic layer 9 of the multilayer body 8. The ceramic 7 is a glass ceramic with a ceramic material and a glass material.
Der Mehrschichtkörper 8 ist mit Hilfe der LTCC-Technologie hergestellt (Figur 9) . Dabei werden in einem ersten Verfahrensschritt (901) keramische Grünfolien bereitgestellt. Darauf folgend wird auf eine der keramische Grünfolie mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens elektrisch leitendes Material aufgebracht (902) . Das elektrisch leitende Material ist eine Silberpaste, die nach dem Sintern die Antenne 3 bildet. Auf einer zweiten keramischen Grünfolie wird mit Hilfe des Siebdruckverfahrens der Reflektor 5 aufgebracht. Der Reflektor 5 ist ebenfalls aus einer Silberpaste. Im nächsten Schritt (903) werden die beiden keramischen Grünfolien übereinander gestapelt, laminiert und zum entsprechenden Mehrschichtkörper 8 gesintert. Antenne 3, Reflektor 5 und Keramik 7 werden durch gemeinsames Sintern entsprechender AusgangsVerbindungen (keramische Grünfolie, aufgedruckteThe multilayer body 8 is produced with the aid of LTCC technology (FIG. 9). Ceramic green films are provided in a first method step (901). This is followed by electrically conductive material on one of the ceramic green sheets using a screen printing process upset (902). The electrically conductive material is a silver paste, which forms the antenna 3 after sintering. The reflector 5 is applied to a second ceramic green sheet using the screen printing method. The reflector 5 is also made of a silver paste. In the next step (903), the two ceramic green foils are stacked one on top of the other, laminated and sintered to form the corresponding multilayer body 8. Antenna 3, reflector 5 and ceramic 7 are printed by jointly sintering corresponding output connections (ceramic green sheet
Silberpasten) erhalten. Neben der Antenne 3 und dem Reflektor 5 sind zusätzliche elektronische Bauteile 10 und/oder 21 in dem Mehrschichtkörper 8 zur Speisung der Antenne 3 und/oder zur internen elektrischen Signalverarbeitung integriert. Zudem ist jeweils zur zusätzlichen Abschirmung der Antenne 3 eine weitere Grundplatte 23 vorhanden.Silver pastes). In addition to the antenna 3 and the reflector 5, additional electronic components 10 and / or 21 are integrated in the multilayer body 8 for feeding the antenna 3 and / or for internal electrical signal processing. In addition, there is a further base plate 23 for additional shielding of the antenna 3.
Beispiel 1:Example 1:
Die Vorrichtung eignet sich zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen mit einer Frequenz von 900 MHz (Mobilfunkfrequenz) . Eine Grundfläche des zugehörigen Mehrschichtkörpers 8 beträgt etwa 50x50mm2. Die Patch-Antenne 3 verfügt über eine rechteckige Grundstruktur (Figuren la und lb) . Der keramische Mehrschichtkörper 8 weist sogenannte parasitäre Elemente 11 der Patch-Antenne 3 auf, die zusammen mit der Patch-Antenne 3 auf einer Hauptfläche 13 der Keramikschicht 9 des Mehrschichtkörpers 8 angeordnet sind. Die Keramikschicht 9 weist eine Schichtdicke 12 von etwa λ/4 auf. Auf der zweiten Hauptfläche 14 der Keramikschicht 9 ist ein Reflektor 5 in Form einer Grundplatte angeordnet. Die Grundplatte 5 verfügt über einen Koppelschlitz (Aperturschlitz) 15, über den die Patch-Antenne 3 mit Hilfe einer Stripline (Triplate-Leitung) 10 gespeist wird. Bei einer Stripline ist eine Signal führende Leitung im Inneren eines plattenförmigen, dielektrischen Substrates eingebettet. Die gegenüber liegenden Oberflächen (Hauptflächen) des Substrates sind metallisiert und werden auf Masse-Potential gelegt. Die Stripline ist symmetrisch. Bei einer symmetrischen Stripline liegt die Signalleitung in der Mitte zwischen den metallisierten Oberflächen. Alternativ dazu wird die Patch-Antenne 3 mit Hilfe einer asymmetrischen Stripline gespeist. Eine Stripline kann leicht in einem keramischen Mehrschichtkörper integriert werden.The device is suitable for transmitting and / or receiving electromagnetic waves with a frequency of 900 MHz (mobile radio frequency). A base area of the associated multilayer body 8 is approximately 50 × 50 mm 2 . The patch antenna 3 has a rectangular basic structure (Figures la and lb). The ceramic multilayer body 8 has so-called parasitic elements 11 of the patch antenna 3, which are arranged together with the patch antenna 3 on a main surface 13 of the ceramic layer 9 of the multilayer body 8. The ceramic layer 9 has a layer thickness 12 of approximately λ / 4. A reflector 5 in the form of a base plate is arranged on the second main surface 14 of the ceramic layer 9. The base plate 5 has a coupling slot (aperture slot) 15, via which the patch antenna 3 is fed with the aid of a stripline (triplate line) 10. With a stripline, a signal-carrying line is embedded inside a plate-shaped, dielectric substrate. The opposite surfaces (main surfaces) of the Substrates are metallized and are grounded. The stripline is symmetrical. With a symmetrical stripline, the signal line lies in the middle between the metallized surfaces. Alternatively, the patch antenna 3 is fed using an asymmetrical stripline. A stripline can easily be integrated in a ceramic multilayer body.
Für den Koppelschlitz 15 sind verschiedene Ausführungsformen (Dogbone-, H-shaped, Butterfly-Slot, siehe Figuren 8a bis 8d) möglich. Mit Hilfe der Koppelschlitze 15 wird die Frequenzbandbreite der Antenne 3 erhöht.Various embodiments (dogbone, H-shaped, butterfly slot, see FIGS. 8a to 8d) are possible for the coupling slot 15. The frequency bandwidth of the antenna 3 is increased with the aid of the coupling slots 15.
Beispiel 2:Example 2:
Im Unterschied zum Beispiel 1 besteht die Patch-Antenne 3 aus zwei gefalteten Dipolantennen mit jeweils einer Größe von λ/2 (Figuren 2a und 2b) . Die Größe der Patch-Antenne 3 ist in jeder Richtung im Vergleich zur nicht gefalteten Patch- Antenne halbiert. Jede der Dipolantennen wird separat gespeist.In contrast to example 1, the patch antenna 3 consists of two folded dipole antennas, each with a size of λ / 2 (FIGS. 2a and 2b). The size of the patch antenna 3 is halved in each direction compared to the unfolded patch antenna. Each of the dipole antennas is fed separately.
Beispiel 3:Example 3:
Gemäß diesem Beispiel (Figuren 3a und 3b) wird eineAccording to this example (FIGS. 3a and 3b) a
Vorrichtung für elektromagnetische Wellen mit Frequenzen um 10 GHz angegeben. Hier kommt die Möglichkeit der LTCC-Technik zum Tragen, Hohlräume 15 zu integrieren. Im Unterschied zum Beispiel 1 sind zwischen der Antenne 3 und dem Reflektor 5 in der Keramik 7 Poren 15 eingebracht. Die Poren 15 sind mit Luft gefüllt. Die Luft dient als nieder-dielektrisches Material 16 der weiteren Erhöhung des Antennengewinns. Im Gegensatz zum Beispiel 1 ist die Schichtdicke 12 deutlich kleiner als λ/4.Device for electromagnetic waves with frequencies around 10 GHz specified. This is where the LTCC technology comes in to integrate cavities 15. In contrast to example 1, pores 15 are introduced in the ceramic 7 between the antenna 3 and the reflector 5. The pores 15 are filled with air. The air serves as a low-dielectric material 16 to further increase the antenna gain. In contrast to Example 1, the layer thickness 12 is significantly smaller than λ / 4.
Beispiel 4: CO cυ M h P1 P1 cn o Lπ O Cn o CπExample 4: CO cυ M h P 1 P 1 cn o Lπ O Cn o Cπ
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Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen (2) einer bestimmten Frequenz, aufweisend mindestens eine Antenne (3) mit einem bestimmten Antennengewinn der elektromagnetischen Wellen (2) und mindestens einen in einem bestimmten Abstand (4) zur Antenne (3) angeordneten Reflektor (5) zur Erhöhung des Antennengewinns, dadurch gekennzeichnet, dass in einem durch den Abstand (4) definierten Zwischenraum (6) zwischen der Antenne (3) und dem Reflektor (5) mindestens eine die Antenne (3) und den Reflektor (5) berührende Keramik (7) angeordnet ist.1. Device (1) for transmitting and / or receiving electromagnetic waves (2) of a certain frequency, comprising at least one antenna (3) with a certain antenna gain of the electromagnetic waves (2) and at least one at a certain distance (4) to the antenna (3) arranged reflector (5) to increase the antenna gain, characterized in that at least one of the antenna (3) and in a space (6) defined by the distance (4) between the antenna (3) and the reflector (5) ceramic (7) contacting the reflector (5) is arranged.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung (2) aus einem Bereich von einschließlich 900 MHz bis einschließlich 12 GHz gewählt ist.2. Device according to claim 1, wherein the frequency of the electromagnetic radiation (2) is selected from a range from 900 MHz to 12 GHz inclusive.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reflektor3. Device according to claim 1 or 2, wherein the reflector
(5) eine Band-Lücke-Struktur aufweist mit einer Frequenzbandlücke, die die Frequenz der elektromagnetischen Wellen aufweist.(5) has a band-gap structure with a frequency band gap having the frequency of the electromagnetic waves.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand (4) zwischen Antenne (3) und Reflektor (5) kleiner ist als ein Viertel einer durch die Frequenz bestimmten Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen (2) .4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the distance (4) between the antenna (3) and reflector (5) is less than a quarter of a wavelength determined by the frequency of the electromagnetic waves (2).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Keramik (7) eine relative Dielektrizitätskonstante aufweist, die aus einem Bereich von einschließlich 6 bis einschließlich 40 ausgewählt ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the ceramic (7) has a relative dielectric constant which is selected from a range from 6 to 40 inclusive.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur weiteren Erhöhung des Antennengewinns zwischen der Antenne (3) und dem Reflektor (5) mindestens ein nieder¬ dielektrisches Material (17) angeordnet ist, das eine relative Dielektrizitätskonstante aufweist, die aus einem Bereich von einschließlich 0 bis einschließlich 2 ausgewählt ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, wherein for further increasing the antenna gain between the antenna (3) and the reflector (5) at least one low ¬ dielectric material (17) is arranged, which has a relative dielectric constant, which consists of a Range from 0 to 2 inclusive is selected.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das nieder- dielektrische Material (17) ein Gas ist, das sich in mindestens einem zwischen der Antenne (3) und dem Reflektor (5) angeordneten Hohlraum (16) befindet.7. The device according to claim 6, wherein the low dielectric material (17) is a gas which is located in at least one cavity (16) arranged between the antenna (3) and the reflector (5).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Keramik (7) eine Glaskeramik aufweist.8. Device according to one of claims 1 to 7, wherein the ceramic (7) comprises a glass ceramic.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Antenne (3) und/oder der Reflektor (5) ein Material aufweisen, das aus der Gruppe Gold und/oder Kupfer und/oder Silber gewählt ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, wherein the antenna (3) and / or the reflector (5) have a material which is selected from the group gold and / or copper and / or silver.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Keramik (7) mindestens eine Keramikschicht (9) eines keramischen Mehrschichtkörpers (8) aufweist.10. The device according to one of claims 1 to 9, wherein the ceramic (7) has at least one ceramic layer (9) of a ceramic multilayer body (8).
11. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Verfahrensschritten: a) Bereitstellen einer keramischen Grünfolie, b) Anordnen der Antenne und des Reflektors an der Grünfolie und c) Gemeinsames Sintern der keramischen Grünfolie, der Antenne und des Reflektors, wobei die. Vorrichtung gebildet wird.11. A method for producing a device according to one of claims 1 to 10, with the method steps: a) providing a ceramic green sheet, b) arranging the antenna and the reflector on the green sheet and c) sintering the ceramic green sheet, the antenna and the Reflector, the . Device is formed.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine keramische Grünfolie mit Glaskeramik verwendet wird. 12. The method according to claim 11, wherein a ceramic green sheet with glass ceramic is used.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004058862A1 (en) * 2004-12-06 2006-06-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for emitting and / or receiving high-frequency signals in an open or a closed room system
WO2007081191A2 (en) * 2006-01-16 2007-07-19 Lg Electronics, Inc. Mounting structure of linear compressor
WO2009053460A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 Eads Deutschland Gmbh Production method for a radar sensor
US7935265B2 (en) 2007-05-04 2011-05-03 Biotronik Crm Patent Ag Ceramic substrate material, method for the production and use thereof, and antenna or antenna array
US8128885B2 (en) 2007-10-13 2012-03-06 Micro Systems Engineering Gmbh Microreactor and method for manufacturing same and method for manufacturing a substrate for a microreactor
US8529780B2 (en) 2008-10-31 2013-09-10 Micro Systems Engineering Gmbh Ceramic substrate material, method for the production and use thereof, and antenna or antenna array
US20230018781A1 (en) * 2021-07-15 2023-01-19 Dell Products L.P. Information handling system docking station glass housing having an integrated antenna

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10334429A1 (en) * 2003-07-28 2005-03-10 Siemens Ag Electromagnetic wave transmitting and receiving device, e.g. radar sensor, has antenna arranged on material layer with openings distributed so that electrical characteristic of layer has gradient along one dimension
DE102009041952B4 (en) * 2009-09-17 2017-03-30 Airbus Defence and Space GmbH A method for producing a multilayer ceramic substrate and multilayer ceramic substrate and its use
DE102014218638A1 (en) * 2014-09-17 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Producing a component with a ceramic powder body

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5008681A (en) * 1989-04-03 1991-04-16 Raytheon Company Microstrip antenna with parasitic elements
US5977914A (en) * 1996-05-15 1999-11-02 Nec Corporation Microstrip antenna
JP2000114866A (en) * 1998-08-07 2000-04-21 Sarnoff Corp Antenna formed by using multilayer ceramic substrate
WO2000045461A1 (en) * 1999-02-01 2000-08-03 A. W. Technologies, Llc Portable telephone with directional transmission antenna

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5386215A (en) * 1992-11-20 1995-01-31 Massachusetts Institute Of Technology Highly efficient planar antenna on a periodic dielectric structure
US5541613A (en) * 1994-11-03 1996-07-30 Hughes Aircraft Company, Hughes Electronics Efficient broadband antenna system using photonic bandgap crystals
US5541614A (en) * 1995-04-04 1996-07-30 Hughes Aircraft Company Smart antenna system using microelectromechanically tunable dipole antennas and photonic bandgap materials
US6262495B1 (en) * 1998-03-30 2001-07-17 The Regents Of The University Of California Circuit and method for eliminating surface currents on metals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5008681A (en) * 1989-04-03 1991-04-16 Raytheon Company Microstrip antenna with parasitic elements
US5977914A (en) * 1996-05-15 1999-11-02 Nec Corporation Microstrip antenna
JP2000114866A (en) * 1998-08-07 2000-04-21 Sarnoff Corp Antenna formed by using multilayer ceramic substrate
WO2000045461A1 (en) * 1999-02-01 2000-08-03 A. W. Technologies, Llc Portable telephone with directional transmission antenna

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 07 29 September 2000 (2000-09-29) *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004058862A1 (en) * 2004-12-06 2006-06-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for emitting and / or receiving high-frequency signals in an open or a closed room system
US7586450B2 (en) 2004-12-06 2009-09-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for transmitting and/or receiving high-frequency signals in an open or closed space system
WO2007081191A2 (en) * 2006-01-16 2007-07-19 Lg Electronics, Inc. Mounting structure of linear compressor
WO2007081191A3 (en) * 2006-01-16 2008-08-14 Lg Electronics Inc Mounting structure of linear compressor
US7935265B2 (en) 2007-05-04 2011-05-03 Biotronik Crm Patent Ag Ceramic substrate material, method for the production and use thereof, and antenna or antenna array
US8586178B2 (en) 2007-05-04 2013-11-19 Micro Systems Engineering Gmbh Ceramic substrate material, method for the production and use thereof, and antenna or antenna array
US8128885B2 (en) 2007-10-13 2012-03-06 Micro Systems Engineering Gmbh Microreactor and method for manufacturing same and method for manufacturing a substrate for a microreactor
WO2009053460A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 Eads Deutschland Gmbh Production method for a radar sensor
US8529780B2 (en) 2008-10-31 2013-09-10 Micro Systems Engineering Gmbh Ceramic substrate material, method for the production and use thereof, and antenna or antenna array
US20230018781A1 (en) * 2021-07-15 2023-01-19 Dell Products L.P. Information handling system docking station glass housing having an integrated antenna

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