WO2021123111A1 - Hohlleiteranordnung - Google Patents

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WO2021123111A1
WO2021123111A1 PCT/EP2020/086948 EP2020086948W WO2021123111A1 WO 2021123111 A1 WO2021123111 A1 WO 2021123111A1 EP 2020086948 W EP2020086948 W EP 2020086948W WO 2021123111 A1 WO2021123111 A1 WO 2021123111A1
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WO
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circuit board
waveguide
substrate
board material
cavity
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Application number
PCT/EP2020/086948
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English (en)
French (fr)
Inventor
Timo JAESCHKE
Simon Kueppers
Original Assignee
2Pi-Labs Gmbh
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Publication date
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Priority to EP20824942.5A priority patent/EP3903376A1/de
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    • H01P3/12Hollow waveguides
    • H01P3/121Hollow waveguides integrated in a substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/002Manufacturing hollow waveguides
    • HELECTRICITY
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    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/082Transitions between hollow waveguides of different shape, e.g. between a rectangular and a circular waveguide
    • HELECTRICITY
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    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
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    • H01P3/12Hollow waveguides
    • H01P3/123Hollow waveguides with a complex or stepped cross-section, e.g. ridged or grooved waveguides
    • HELECTRICITY
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    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide arrangement for guiding electromagnetic waves in a cavity surrounded by conductive material and a method for producing a waveguide arrangement.
  • Waveguides are well known in the prior art as waveguides for electromagnetic waves, primarily for those in the GHz frequency range, ie in particular for use between 1 GHz and 1 THz. Waveguides are usually metal tubes or metal-surrounded cavities with mostly rectangular, circular or elliptical cross-sections. Most relevant in practice and therefore always used here as an example without restricting the generality are so-called rectangular waveguides, that is to say waveguides with a fundamentally rectangular or square cross-section.
  • the present invention further relates to a waveguide arrangement which has a printed circuit board material which has a back and an (electrically conductive) conductive layer.
  • the circuit board material is a so-called PCB material for the production of printed circuits (printed circuit board).
  • the part of the printed circuit board material that gives the printed circuit board material or the waveguide arrangement mechanical stability is particularly referred to as the back. Accordingly, the back is preferably designed in the form of a plate.
  • the back consists - at least predominantly - of an electrically conductive material, for example a metal such as copper or the like.
  • the printed circuit board material preferably has an electrically insulating substrate (dielectric) which is arranged at least in sections between the back and the conductive layer.
  • a metallic back offers the advantage that it can function directly as a ground reference surface for high-frequency structures such as strip lines.
  • the back it is also possible for the back to consist - at least predominantly - of an electrically insulating material or dielectric.
  • the back preferably forms the substrate or the back has the substrate.
  • the conductive layer is generally much thinner than the back, which in the case of applications in the high-frequency range, as is the case here, is preferably also electrically conductive and usually made of metal, in particular copper, and can give the printed circuit board material stability.
  • the back usually also serves to dissipate heat.
  • the substrate isolates the conductive back from the conductive layer, so that strip lines can be implemented with the conductive layer, for example, which use the back as a ground or reference electrode. Accordingly, it is preferably a so-called double-sided printed circuit board material.
  • EP 2 500 978 B1 relates to a so-called waveguide transition between a substrate-integrated waveguide implemented in a printed circuit board substrate and a waveguide.
  • the waveguide is manufactured using the so-called split-block technology.
  • the tubular cross-section of a waveguide is produced by surface structuring of two corresponding blocks, which when assembled then realize the desired waveguide structure, for example a rectangular hollow space surrounded by conductive material as a rectangular waveguide.
  • the waveguide manufactured using split-block technology, has a comb-shaped coupling structure for coupling the substrate-integrated waveguide to the waveguide, which covers the waveguiding substrate of the substrate-integrated waveguide and protrudes from the ceiling at a distance from the ceiling onto the substrate-integrated waveguide.
  • the comb-shaped coupling structure has steps, at the end of which a rectangular waveguide is connected with a completely rectangular cavity. The coupling of a signal from the substrate-integrated waveguide into the waveguide takes place through the comb-shaped coupling structure perpendicular to the main extension plane of the printed circuit board material inserted in a split-block lower part.
  • split-block constructions known from the prior art regularly require a large amount of material for reasons of stability and because of the often required inclusion of the printed circuit board material.
  • the production of mostly two separate split-block parts and a high-frequency substrate with enormous precision requirements for all three parts (split-block parts and high-frequency substrate) regularly leads to high production costs.
  • the substrate dielectric
  • Waveguides with a cavity are then produced and coupled in some other way, which basically requires complex precision manufacturing processes and leads to large, heavy arrangements.
  • US 10,468,736 B2 relates to an arrangement for coupling a substrate-integrated waveguide with a rectangular waveguide, with several conductive layers in a printed circuit board material being perforated in a window-like manner on a side facing away from a back in order to enable a coupling between the substrate-integrated waveguide formed by the printed circuit board material and the rectangular waveguide.
  • the coupling takes place between the printed circuit board material formed in one plane for the production of printed circuits (PCB) and the rectangular waveguide, the cavity of which extends perpendicular to this plane.
  • the window in the conductive layers leads here to the opening of the substrate-integrated waveguide on its flat side facing away from the back of the printed circuit board material to the cavity of the rectangular waveguide.
  • a first aspect of the present invention relates to a method for producing a waveguide arrangement having a cavity surrounded by conductive material for guiding electromagnetic waves.
  • the method includes the at least partial creation of the cavity in that in a circuit board material, which can initially be unprocessed circuit board (base) material, having a plate-shaped back, optionally an electrically insulating substrate and at least one - preferably on a side of the substrate facing away from the back arranged - conductive layer in sections (i.e. in a specific area of the circuit board material that is then intended to delimit the cavity), the conductive layer, the substrate (if provided) and parts of the back are removed. This creates a surface structure.
  • a circuit board material which can initially be unprocessed circuit board (base) material, having a plate-shaped back, optionally an electrically insulating substrate and at least one - preferably on a side of the substrate facing away from the back arranged - conductive layer in sections (i.e. in a specific area of the circuit board material
  • the substrate - if provided - is exposed to the side of the structured areas due to the processing - preferably milling or laser cutting. Subsequently, an electrically conductive wall is created by depositing conductive material, which covers the substrate and laterally delimits the cavity.
  • the delimitation of the cavity by the conductive wall preferably extends at least essentially over the entire area over the substrate interfaces that are exposed after the formation of the surface structure or recess.
  • Another aspect of the present invention relates to a waveguide arrangement for guiding electromagnetic waves in a cavity surrounded by conductive material, the waveguide arrangement having a printed circuit board material for producing a printed circuit, which has at least one electrically conductive back and an electrically conductive conductive layer.
  • the back has a surface structure by which the wave-guiding cavity is at least partially delimited.
  • the waveguide arrangement in the printed circuit board material has a substrate-integrated waveguide which is coupled to the cavity - in particular in the area of the surface structure.
  • the back of the circuit board material has a surface structure by which the wave-guiding cavity of the waveguide is at least partially directly limited, the back preferably being surface-coated or provided with conductive material on the surface and thus being able to directly adjoin the cavity.
  • the surface structure is very particularly preferably a recess or the surface structure has a recess.
  • Printed circuit board materials suitable for high frequency which are preferred here, preferably have a continuously electrically conductive back, in particular a copper back. For reasons of stability, this is often several 100 ⁇ m thick, in particular between 0.5 and 2 mm.
  • the back In the initial state before the printed circuit board material is structured, the back is preferably plate-shaped with at least one essentially constant plate thickness. Only the conductive layer is regularly structured.
  • a metallic back offers the advantage that structures or the recess can be made, for example milled, in the back with a high degree of accuracy. A high quality of the waveguide arrangement can thus be achieved in a simple manner.
  • the back is electrically conductive. Basically, it is primarily important that the back has an electrically conductive layer or surface and / or the surface structure is electrically conductive.
  • the back it is therefore fundamentally also possible for the back to have or to consist of an electrically insulating material or dielectric at least essentially or predominantly. In this way, the structure of the waveguide arrangement can be simplified.
  • an electrically conductive back in particular a back made of solid metallic material such as copper, is preferred.
  • the present invention teaches a departure from the usual forms of use of the backing of circuit board material merely as mechanical stabilization and / or for the formation of a flat ground reference surface with low sheet resistance.
  • the back has a surface structure that differs from the flat, plate-like, customary structure of the back of the circuit board material and the guiding of electromagnetic waves, serves in particular to couple or generate modes for the purpose of waveguiding, that is to say is designed and preferably coupled for this purpose.
  • the surface structure is one or more recesses in the back as part of or for forming the wave-guiding cavity of the waveguide.
  • the surface structure is preferably free of openings, provided it forms at least part of the waveguide or delimits the cavity. It is thus formed in the surface, but preferably does not break through the ridge at right angles to its main extension plane.
  • a waveguide preferably has a diameter transverse to a transmission direction of less than 15 mm, preferably less than 10 mm, and / or more than / at least 0.2 mm, preferably more than / at least 0.5 mm.
  • the surface structure extends at least substantially laterally or parallel to the main plane of extension of the circuit board material in order to form the waveguide in the direction of the main plane of extension of the circuit board material or parallel thereto.
  • the surface structure preferably has an electrically conductive material or is coated with it.
  • the waveguide is formed in split-block technology by connecting the circuit board material as a split-block lower part with a corresponding cover as a split-block upper part.
  • the electrically conductive, plate-shaped back of the printed circuit board material is preferably used in a structured manner to form part of a split-block waveguide.
  • the use of the back to form the waveguide instead of a classic split-block lower part milled from solid metal has proven to be very resource-saving and advantageous for the construction of particularly compact waveguide arrangements and transitions to waveguides.
  • the division of the waveguide into two substructures is particularly advantageous in that with fine Milling structures the lengths of the milling tools can be reduced and the manufacturing accuracy can be increased as a result.
  • manufacturing costs can be saved and tolerances between the printed circuit board and waveguide structure can be significantly eliminated through the joint milling process of the printed circuit board and the split-block part.
  • a “flea conductor arrangement” in the sense of the present invention is preferably an arrangement which has or forms at least one waveguide.
  • a “waveguide” in the sense of the present invention is, as already explained at the beginning, preferably an elongated flea space with electrically conductive boundary surfaces laterally surrounding the flea space. Electromagnetic waves or modes can propagate along the flea space and the boundary surfaces, preferably in frequency bands between 5 GFIz and 1 TFIz.
  • a “printed circuit board material” in the sense of the present invention has a preferably electrically conductive, plate-shaped back, a substrate (dielectric) and at least one conductive layer arranged on a side of the substrate facing away from the back.
  • the back is usually formed from an electrically conductive material, in particular metal, particularly preferably copper.
  • the back can be mechanically stable and / or give the circuit board material mechanical stability.
  • the back is preferably formed from its dimensionally stable material, for example with a material thickness between 0.1 and 5 mm, particularly preferably between 0.5 and 2 mm.
  • the back is particularly preferably formed from a one-piece, electrically conductive material.
  • the back can also be formed from an electrically insulating material and / or constructed in multiple layers.
  • a preferably conductive layer adjoining the substrate which preferably has the surface structure completely or at least essentially, is connected to a further preferably conductive carrier layer, in particular glued, soldered or otherwise preferably electrically conductive connected. This can be of stabilization and / or assembly serve.
  • the surface structure can optionally also extend into such a carrier layer, preferably without breaking through the back as a whole.
  • a “substrate” in the context of the present invention is preferably to be understood as an insulating material, an insulator or dielectric.
  • it is a dielectric suitable for the high-frequency range, in particular for more than 10 GHz.
  • It can be PTFE, ceramic or a PTFE-ceramic composite material. In principle, however, other materials can also be used.
  • a “conductive layer” is preferably to be understood as an electrically conductive layer, in particular a so-called copper lamination or conductor track layer.
  • the conductive layer is particularly preferably a mechanically or chemically structurable metal layer, preferably comprising or consisting of copper, with which, for example, strip lines, in particular microstrip lines, can be produced by structuring.
  • a conductive layer is preferably thin compared to the substrate and / or back. While the conductive layer has a material thickness of usually between 5 and 35 ⁇ m, the substrate can have a material thickness of usually 100 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • Split-block technology in the context of the present invention is preferably to be understood as a technology in which mutually corresponding or complementary electrically conductive, surface-structured parts are supplemented by joining them together to form a waveguide. At least two parts must be joined together in an electrically conductive manner, hereinafter referred to as “split-block lower part” and “split-block upper part”. It should be noted that the terms “lower part” and “upper part” are only used to differentiate between the different parts and do not prescribe a specific installation position.
  • the split-block lower part is preferably provided with a surface structure, in particular a groove or the like.
  • the surface structures of these complement one another to form the waveguide.
  • the split-block lower part and the split-block upper part preferably have alignment aids that correspond to one another for specifying a position of the surface structures with respect to one another, whereby an exact Formation of the waveguide is facilitated or made possible by assembling it.
  • this is not mandatory.
  • a “cover” within the meaning of the present invention is a device which is designed to cover the circuit board material by placing the cover on the circuit board material in such a way that surface structures in the circuit board material are covered and thereby sealed along a flat side of the circuit board material.
  • a cover in the sense of the present invention has an electrically conductive flat side corresponding or complementary to the surface structure of the circuit board material, with which recesses in the circuit board material are or can be bridged, so that at least one waveguide results when the cover is on the circuit board material, in particular the conductive layer , is present.
  • the cover preferably has a surface structure, in particular with recesses, but can also be flat or cover the surface structures of the printed circuit board material in a corresponding manner with a flat surface in order to close them off to form waveguides. It goes without saying that “covering” and “closing” leave open that an opening of the waveguide or cavity formed by “covering” or “closing” to the surroundings can be provided.
  • FIG. 2 shows a fragmentary perspective plan view of the printed circuit board material of the proposed waveguide arrangement
  • FIG. 2A is a perspective view of a portion of the circuit board material (base material);
  • FIG. 2B shows a perspective view of a section of the circuit board material FIG. 2A with a surface structure / recess
  • FIG. 2C shows a perspective view of a section of the printed circuit board material with a surface structure / recess according to FIG. 2B and with a substrate covered by conductive walls;
  • FIG. 2B shows a perspective view of a section of the circuit board material FIG. 2A with a surface structure / recess
  • FIG. 2C shows a perspective view of a section of the printed circuit board material with a surface structure / recess according to FIG. 2B and with a substrate covered by conductive walls
  • FIG. 2D shows a perspective view of a section of the circuit board material with surface structure / recess, with the substrate according to FIG. 2C covered by conductive walls and with the substrate interface open as a window;
  • FIG. 3 shows perspective views of a circuit board material and two different covers corresponding thereto;
  • FIG. 5 shows a perspective, partial view of a cover from
  • FIG. 6 shows an exploded view of a section of the circuit board material with a wall
  • Fig. 7 is a cross section of a dielectric antenna
  • FIG. 8 shows a perspective illustration of the dielectric antenna from FIG.
  • the cavity 4 is preferably dimensioned so that electromagnetic waves 2 in the high frequency range, in particular in the so-called millimeter wave range with a wavelength between approximately 0.3 mm and 10 mm and / or frequencies between approximately 30 GHz and 1 THz can propagate.
  • the waveguide arrangement 1 has a printed circuit board material 5 which has a preferably plate-shaped back 6 and a conductive layer 8.
  • the conductive layer 8 is electrically conductive.
  • the back 6 is preferably made of a mechanically stable or dimensionally stable material. In this way, the waveguide arrangement 1 or the part thereof which is formed by the circuit board material 5 can be given mechanical stability.
  • a recess is preferably formed in the back 6, in particular by removing material from the back 6, and the circuit, an active component thereof or which the chip is arranged in the recess, in particular connected to the back 6 in a thermally conductive manner, for example glued.
  • the back 6 is particularly preferably formed from an electrically conductive material, in particular a metal, particularly preferably copper, gold or the like.
  • the printed circuit board material 5 has a substrate 7 (dielectric), the conductive layer 8 being arranged on a side of the substrate 7 facing away from the back 6.
  • the substrate 7 consists in particular of a non-conductive or electrically insulating material.
  • the back 6 may consist of a non-conductive material, for example FR-4.
  • the back 6 here forms the substrate 7 or it can be added to an additional one between the back 6 and the substrate 7 arranged on the conductive layer can be dispensed with.
  • This embodiment is not shown in the figures.
  • a heat-conducting area or insert can be provided in the back 6.
  • the substrate 7 very particularly preferably consists of PTFE (polytetrafluoroethylene), ceramic (in particular aluminum oxide and / or aluminum nitride), PTFE-ceramic composite or comprises PTFE, ceramic or PTFE-ceramic composite.
  • PTFE-ceramic composite is preferably an at least substantially homogeneous mixture of PTFE and ceramic particles.
  • the substrate 7 is preferably deformable.
  • the back 6 is preferably more dimensionally stable, more rigid and / or more rigid than the substrate 7 and / or the conductive layer 8.
  • the substrate 7 is therefore preferably softer and / or more easily deformable than the back 6.
  • the back 6 can be a material with a modulus of elasticity of more than 5000, preferably more than 10000, or at least essentially be formed therefrom.
  • the back 6 preferably has at least the dimensional stability or flexural rigidity / flexural strength of a copper sheet with a constant material thickness of 0.5 mm, 1 mm or more.
  • the substrate 7 can consist of a dimensionally stable, electrically insulating material, for example FR-4.
  • FR-4 denotes a class of flame-retardant and flame-retardant composite materials consisting of epoxy resin and fiberglass fabric.
  • the printed circuit board material 5 preferably has the conductive layer 8 carried by the substrate 7 and, as the back 6, a further conductive layer - preferably greater material thickness than that of the conductive layer 8 - on the side of the substrate 7 facing away from the conductive layer 8.
  • the printed circuit board material 5 in this case is a so-called double-sided printed circuit board material 5.
  • the double-sided printed circuit board (base) material 5 is structured by opening the recess 10 through the substrate 7, starting from the flat side with the thinner conductive layer 8 formed to or in the back 6, that is to say is or will be structured in accordance with the proposal. It is sufficient here that the recess 10 extends only slightly into the back 6.
  • the Back 6 is provided on the side of the substrate 7 facing away from the conductive layer 8.
  • the back 6 is electrically conductive in this context, in particular made of metal such as copper or a metal layer composite such as a composite of a (thinner) copper and a (thicker) brass layer or plate.
  • a heat-conducting area or insert can be provided in the substrate 7 to dissipate heat for the circuit.
  • the waveguide arrangement 1 or the circuit board material 5 or a split block part comprising the circuit board material 5 or formed by the circuit board material 5 can also have more than two layers (non-conductive back 6 + conductive layer 8) or three layers (conductive back 6 + Have substrate 7 + conductive layer 8).
  • the printed circuit board material 5 and / or the back 6 can have a plurality of alternately conductive and non-conductive layers or to be formed thereby.
  • a (further) printed circuit board material is or is applied to the - conductive or non-conductive - back 6, which has or is formed by a non-conductive substrate arranged between two conductive layers.
  • Other solutions are also conceivable.
  • the back 6 is preferably formed in one piece with the circuit board material 5, but can also be formed separately from the circuit board material 5, for example by the back 6 being glued, soldered or otherwise materially and / or positively connected to the circuit board material 5.
  • the printed circuit board material 5 or the back 6 has a surface structure 9, which is designed as a recess 10 in the exemplary embodiment.
  • the surface structure 9 or recess 10 preferably forms the cavity 4 or at least a part of the cavity 4.
  • the cavity 4 is preferably formed in split-block technology by connecting the circuit board material 5 as a split-block lower part with a corresponding cover 11 as a split-block upper part.
  • the hollow space 4 acting as a waveguide is / is formed by electrically conductive joining of the lower part of the split block and the upper part of the split block.
  • the cavity 4 with the conductive material 3 is delimited, specifically in the present exemplary embodiment primarily by the electrically conductive surface of the cover 11 and the electrically conductive surface of the Back 6.
  • the material 3 can at least superficially be or have a noble metal such as gold.
  • lateral boundary surfaces 12 are preferably provided which connect the back 6 to the cover 11 in an electrically conductive manner.
  • the boundary surfaces 12 can be formed by depositing conductive material 3, preferably metal, in particular copper and / or gold.
  • the waveguide arrangement 1 or the boundary surfaces 12 - or at least the boundary surfaces which have the boundary surface formed between the circuit board material 5 and the cover 11 - have an (additional) conductive layer or plating 45 or are formed thereby.
  • the conductive layer or plating 45 ensures in particular that the cavity 4 is continuously or completely surrounded by electrically conductive material 3 or is delimited by it, in particular if the back 6 and / or the cover 11 are made of a non-conductive material.
  • the conductive layer or plating 45 has also proven to be particularly advantageous in the case of a back 6 made of conductive material.
  • the conductive layer or plating 45 preferably extends at least essentially over the entire surface of the circuit board material 5, at least on the cavity
  • the conductive layer or plating 45 is represented by a dotted area.
  • the conductive layer or plating 45 has been hidden for purposes of illustration. Nevertheless, the waveguide arrangement 1 here preferably also has the conductive layer or plating 45.
  • a “plating” is understood to mean, in particular, an electrically conductive layer which is preferably arranged or applied to a surface.
  • This conductive layer can in particular galvanically or by electroplating, in particular copper plating, can be applied to the back 6, the substrate 7, the circuit board material 5 or the cover 11.
  • any, in particular chemical and / or mechanical, methods for applying the conductive layer are possible.
  • the conductive layer or plating 45 is preferably produced by a copper plating process or process for depositing a metallically conductive layer.
  • a surface can first be coated with graphite, whereupon the graphite is used to deposit a conductive metal layer, in particular by electroplating.
  • chemical processes can also be used to deposit the conductive layer or for plating.
  • the back 6 or at least the side or surface of the back 6 that has or forms the surface structure 9 or recess 10 is made of a non-conductive material
  • the back 6 or surface structure 9 or recess 10 preferably has the conductive layer or plating 45 on and / or covers the conductive layer or plating 45 the surface structure 9 or recess 10, in particular completely. In this way it is achieved in particular that the cavity 4 is completely surrounded by electrically conductive material 3, even if the back 6 itself is non-conductive.
  • the printed circuit board material 5 or split-block lower part and / or the cover 11 and / or the waveguide arrangement 1 is or will form the cavity 4 completely or at least on the end faces with the conductive layer or plating 45 .
  • the conductive layer or plating 45 is particularly preferably applied after the circuit board material 5 and the cover 11 or the two split-block parts have been joined together to form the waveguide arrangement 11, so that the cavity 4 is completely delimited by electrically conductive material 3 and / or the outer surface 1 A of the waveguide arrangement 1 is coated with the conductive layer or plating 45.
  • the conductive layer or plating 45 can also be used for the Split-block halves, so the circuit board material 5 and the cover 11 are made separately.
  • the waveguide arrangement 1 preferably has a waveguide functional element 14 which is at least partially formed by the circuit board material 5 or the back 6 of the circuit board material 5.
  • the waveguide functional element 14 is also covered by a conductive layer or plating 45 or the conductive layer or plating 45 also extends onto, preferably completely over, the waveguide functional element 14, in particular when the back 6 is made of non-conductive material .
  • the waveguide functional element 14 is particularly preferably an adaptation structure 15.
  • an impedance of the cavity 4 or of the waveguide formed by the cavity 4 can be changed in order to reduce or avoid reflections. This is particularly advantageous in the case of a transition to a waveguide or the coupling of electromagnetic waves 2 into the cavity 4.
  • Forming the waveguide functional element 14 at least partially through the printed circuit board material 5 or the back 6 of the printed circuit board material 5 is particularly advantageous, since this way the printed circuit board material 5, which is usually already provided for other functions, is used in a resource-saving and space-saving manner in addition to the formation of a waveguide and also for the generation of waveguide functional elements 14 can be used.
  • the adaptation structure 15 preferably has one or more steps 16. These are preferably at least partially formed by the back 6.
  • the steps 16 can widen or taper a diameter of the cavity 4 transversely to the direction of transmission.
  • the cover 11 has a surface structure 17 which is formed in a manner corresponding or complementary, in particular identical, mirror-inverted and / or symmetrical, to the surface structure 9 of the back 6.
  • the surface structure 9 of the back 6 corresponds to the surface structure 17 of the cover 11 in such a way that joining the circuit board material 5 with the cover 11 results in a waveguide which is used for Realization of a waveguide function, in particular for impedance matching, is formed.
  • the surface structure 17 of the cover 11 here corresponds to the surface structure 9 of the back 6 in such a way that the combination of circuit board material 5 and cover 11 surrounds the cavity 4, in particular with the conductive material 3 and / or continuously electrically conductive radially to the direction of transmission, whereby the waveguide is formed.
  • a rectangular waveguide 18, in particular with a partially at least substantially square cross section, is formed by combining the printed circuit board material 5 with the cover 11.
  • the cover 11 is formed by combining the printed circuit board material 5 with the cover 11.
  • other shapes of waveguides or cavities 4 are also possible.
  • the cover 11 can project beyond other components of the waveguide arrangement 1 such as a chip, an electrical circuit or the like or serve as mechanical protection and / or electrical shielding for these components.
  • the conductive layer 8 and / or the substrate 7 is preferably removed in the area in which the circuit board material 5 at least partially forms or surrounds the cavity 4.
  • the back 6 is preferably exposed on the substrate side or the conductive layer 8 is interrupted or removed.
  • the back 6 delimits the cavity 4 preferably directly. This includes a delimitation of the cavity 4 by a surface-treated, in particular gold-plated, and / or plated back 6, in which the surface treatment, in particular as a conductive layer or plating 45, directly adjoins the cavity 4.
  • the conductive layer 8 is electrically connected to the back 6 of the printed circuit board material 5, preferably at least substantially perpendicular to a main extension direction 19 of the printed circuit board material 5 by electrically conductive walls 20.
  • the walls 20 delimit the cavity 4 laterally. In this way, a rectangular waveguide 18 or a part and in particular a split-block lower part thereof can be formed.
  • the walls 20 and / or side walls 21 are preferably formed by the conductive layer or plating 45 or boundary surfaces 12, or the walls 20 and / or side walls 21 have the conductive layer or plating 45 or boundary surfaces 12.
  • the electrically conductive connection is preferably made through the conductive layer or plating 45 or boundary surfaces 12.
  • the walls 20 or the sections of the walls that cover or cover the substrate 7 are preferably aligned with side walls 21 of the cover 11.
  • the walls 20 between the back 6 and conductive layer 8 and the side walls 21 of the cover 11 are electrically conductive with one another connected so that they form an electrically conductive lateral boundary for the cavity 4.
  • the result is preferably a rectangular waveguide 18.
  • FIG. 2 shows a fragmentary perspective top view of the circuit board material 5 of the proposed waveguide arrangement 1.
  • the view according to FIG. 1 corresponds, as far as the circuit board material 5 is concerned, to a section along the section line I-I from FIG. 2.
  • the waveguide arrangement 1 or the circuit board material 5 preferably has a substrate-integrated waveguide 22.
  • the substrate-integrated waveguide 22 can be formed by the substrate 7 of the printed circuit board material 5.
  • an area of the substrate 7, which forms the substrate-integrated waveguide 22, is adjoined by electrically conductive boundary surfaces perpendicular to the direction of transmission indicated by the arrow 13 (in FIG. 1).
  • these are the back 6 and the conductive layer 8.
  • These are preferably connected to one another in an electrically conductive manner at the sides. In principle, this can be done through one or more vias.
  • the back 6 is connected to the conductive layer 8 by means of a groove 23 which extends through the conductive layer 8 and the substrate 7 to the back 6.
  • the groove 23 preferably has a conductive coating which is / was produced in particular by depositing a conductive layer, in particular by copper plating.
  • other solutions are also possible here.
  • the substrate-integrated waveguide 22 is preferably with the cavity 4 or with the waveguide formed by the conductive material 3 surrounded coupled.
  • the coupling is preferably carried out in such a way that electromagnetic waves 2 can enter the cavity 4 from the substrate 7 and vice versa.
  • the waveguide functional element 14 in the form of the adaptation structure 15 is used to adapt the substrate-integrated waveguide 22 to the cavity 4 or the adaptation structure 15 is designed for this purpose.
  • the back 6 of the circuit board material 5 preferably forms a continuously electrically conductive and, in particular, one-piece delimiting surface of both the substrate-integrated waveguide 22 and the cavity 4. This enables a particularly compact and extremely reliable waveguide arrangement 1 with low loss for the electromagnetic waves 2.
  • the substrate-integrated waveguide 22 can merge directly into the waveguide formed by the cavity 4 with the circuit board material 5, so that an extremely compact design can be achieved.
  • the substrate-integrated waveguide 22 particularly preferably has an interface 24, preferably adjoining an electrically conductive material on all (four) sides and / or at the end, with which the substrate 7 of the substrate-integrated waveguide 22 directly adjoins the cavity 4.
  • the interface 24 is therefore in particular not covered with an electrically conductive material 3.
  • the interface 24 is surrounded by conductive material 3 in the form of the conductive layer 8, the back 6 and the walls 20 or the conductive layer or plating 45, a window for the electromagnetic waves 2 results between the substrate-integrated waveguide 22 and the Cavity 4.
  • the cavity 4 of the waveguide arrangement 1 is completely and uninterruptedly surrounded by conductive material 3, with the exception of the window or the interface 24 and any openings and coupling points formed by the cavity 4 Waveguide - for example to connect to external components such as antennas or the like.
  • the interface 24 preferably extends transversely or perpendicular to the direction of transmission for electromagnetic waves 2 indicated by the arrow 13 and / or perpendicular to the plane spanned by the main direction (s) 19 of the circuit board material 5.
  • an electromagnetic wave 2 conducted through the substrate-integrated waveguide 22 is not or only slightly deflected in order to couple into the cavity 4 or vice versa, in order to couple from the cavity 4 into the substrate 7 of the substrate-integrated waveguide 22.
  • the interface 24 is preferably produced in that, after structuring the circuit board material 5 and - if necessary after producing the conductive layer, coating with the plating 45 or deposition of conductive material 3 on the walls 20 or side walls 21 to connect the back 6 with the conductive layer 8 - the material 3 forming the wall 20, the conductive layer or the plating 45 is or is removed again in the area of the interface 24, in particular by a machining process, preferably milling, or by laser or the like proved to be particularly efficient for producing the waveguide arrangement 1 according to the proposal.
  • the surface structure 9 of the back 9 is preferably structured starting from a, in particular commercially available, (HF) circuit board base material by structuring the side having the conductive layer 8 and / or the substrate 7. This is particularly preferably done by a machining process, in particular milling, by laser or the like.
  • the cavity 4 is therefore preferably at least partially created by the fact that the conductive layer 8, the substrate 7 and parts of the (HF) printed circuit board base material in sections Back 6 can be removed.
  • the surface structure 9 of the back 6 is first produced in a (HF) circuit board base material by structuring the conductive layer 8, the substrate 7 and the back 6. Subsequently, the substrate 7 is exposed to the side of the structured areas and accordingly electrically separates the conductive layer 8 from the back 6.
  • An electrically conductive connection can then be established between the conductive layer 8 and the back 6. This creates the previously described wall 20 or plating 45. This can be done by depositing conductive material 3, in particular by so-called “copper plating”.
  • one or more electrically conductive layers are then deposited on the surface, in particular.
  • the conductive surface is coated, passivated and / or gold-plated.
  • the aforementioned conductive layer or plating 45 is thereby formed. This offers the advantage of good long-term stability through corrosion protection with, at the same time, low surface resistances, which are advantageous for the formation of low-loss waveguide structures.
  • the interface 24 is then preferably formed by removing the wall 20, the conductive layer or plating 45 in the area of an end face of the substrate 7 forming the substrate-integrated waveguide 22. This results in the previously explained interface 24, in which the substrate 7 forming the substrate-integrated waveguide 22 directly adjoins the cavity 4.
  • the window or the interface 24 can also be formed by a machining process, particularly preferably by milling.
  • the opening of the window or the formation of the interface 24 can in principle also take place at another phase of the manufacturing process, for example after the formation of the walls 20 or plating 45 and before a gold plating process, so that no conductive or metallic material in the area of the interface 24 3 is present at the time of gold plating and in the case of a preferred galvanic gold plating, deposition of conductive material 3 or other passivation, no conductive material 3 is deposited, so that the interface 24 retains or receives the function described.
  • 2A shows a simplified schematic view of the circuit board material 5 in the unprocessed state (also called circuit board base material or PCB base material).
  • the circuit board material 5 has at least the back 6 and the conductive layer 8. These can adjoin one another or, as in the illustrated example and preferably, be separated from one another by the substrate 7.
  • the conductive layer 8 is preferably connected to the back 6 and / or the substrate 7, which can be done with a material connection, preferably with an adhesive, in particular an adhesive layer, or some other adhesion promoter. If the substrate 7 and the back 6 are implemented as separate layers, i.e. the substrate 7 does not form the back 6 or vice versa, the substrate 7 is preferably on one side with the back 6 and another, preferably opposite, side with the conductive layer 8 connected, especially on opposite flat sides. This can also be done with an adhesive, alternatively or partially, however, also by some other material connection such as welding or the like. respectively. Thus, the conductive layer 8 can be glued to the substrate 7 and the substrate 7 can be glued or welded to the back 6.
  • the conductive layer 8, the back 6 and / or the substrate 7 also (directly) adjoin one another if an adhesive layer / adhesive layer or the like for the purpose of connection. is arranged between the conductive layer 8, the back 6 and / or the substrate 7.
  • adhesives or adhesion promoters are not shown for reasons of clarity and, in case of doubt, can be assigned to the substrate 7 or form part of the substrate 7, in particular because of the generally electrically insulating properties.
  • the substrate 7 can be multilayered and, in addition to a main layer with a central cross-section, can have one or more adhesive layers / adhesive layers facing the conductive layer 8 and / or the back 6.
  • the conductive layer 8, the back 6 and / or the substrate 7 are preferably made of a homogeneous material.
  • the substrate 7 can carry a metal layer on the side facing away from the conductive layer 8, via which the substrate 7 is or is connected to the back 6, in particular soldered. From a different perspective, this is a multi-layered back 6. This The metal layer in turn can be connected to the substrate 7, for example by means of an adhesive or adhesion promoter.
  • the circuit board material 5 can have the conductive layer 8, which is connected to the substrate 7 by means of an adhesive layer, which in turn is connected to a further metal layer by means of an adhesive layer, which in turn is glued to the back (by means of an adhesive layer), (by means of a solder layer) is soldered or welded or thereby forms part of the back 6.
  • the back 6 is preferably plate-shaped and preferably runs completely in one plane or is delimited by flat flat sides, which preferably extend along the main direction 19 of the back 6.
  • the flat flat sides are preferably arranged parallel to one another, so that the back 6 is an at least essentially flat plate with an at least essentially constant material thickness. This preferably only changes in the areas in which the surface structure 9 or recess 10 is or will be formed at a later point in time, as further described below.
  • the conductive layer 8 preferably runs at least substantially parallel to the back 6 and / or without interruption in the unprocessed circuit board material 5.
  • the conductive layer 8 is preferably also an at least substantially flat layer with flat sides running at least substantially parallel to its main plane of extent, which further preferably run parallel to the or to the flat sides of the back 6.
  • the back 6 and the conductive layer 8 are therefore preferably arranged parallel or in parallel planes to one another.
  • the back 6 can be or have the substrate (dielectric) 7.
  • the back 6 can therefore be electrically insulating and directly or indirectly carry the conductive layer 8.
  • the substrate 7 is arranged between the back 6 and the conductive layer 8, which also runs in one plane in unprocessed areas, has flat flat sides or boundary surfaces to the back 6 on the one hand and to the conductive layer 8 on the other hand and / or at least substantially is a constant and at least substantially uninterrupted layer of constant material thickness prior to processing.
  • the printed circuit board material 5 is accordingly preferably a sandwich structure made up of the back 6, the substrate 7 and the conductive layer 8.
  • the back 6, which preferably primarily gives the circuit board material 5 its mechanical stability, is particularly preferably formed from a conductive material.
  • a metal back for example made of copper and / or brass.
  • the circuit board material 5 before it is processed has the back 6 and the conductive layer 8 and optionally the substrate 7 in direct contact with one another and connected to one another. This does not exclude that a composite of the conductive layer 8 and the substrate 7 is first drawn onto a back 6 before further processing, that is, is connected over the entire surface to the back 6, so that the result is the structure shown schematically in FIG. 2A.
  • FIG. 2B it is indicated how the surface structure 9 or recess 10 is produced on the basis of the unprocessed circuit board material 5.
  • the surface of the back 6 is structured with a laser in that material is removed so that the material thickness of the back 6 is or is reduced at the machined point. This preferably does not affect the surface of the back 6 on the side facing away from the conductive layer 8.
  • the flat side of the back 6 facing away from the conductive layer 8 is and therefore preferably remains at least substantially flat or continues to run in one plane, in particular without interruption.
  • the material located above the structured area of the back 6 is preferably also removed.
  • the substrate 7 and the conductive layer 8, the conductive layer 8, the substrate 7 and parts of the back 6 are preferably removed so that the recess 10 is formed, which extends from the surface of the conductive layer 8 to in the back 6 extends. This also applies in the event that no substrate 7 should be present.
  • the recess 10 or surface structure 9 preferably has a base that runs at least substantially parallel to the direction / plane 19 of the flake extension of the printed circuit board material 5 and transversely, in particular perpendicularly, to the base Main extension direction / plane 19 of the printed circuit board material 5 running flanks or walls 20 on or is produced accordingly.
  • the recess 10 is or is preferably formed in the form of a blind hole.
  • the back 6 forms the floor and parts of the lateral boundary of the recess 10 or surface structure 9 directly adjoining it.
  • FIG. 2B is only an example of a small section of the surface structure 9 or recess 10 that is usually formed overall.
  • the proportions of the layer thickness of the back 6, the substrate 7 and the conductive layer 8 are or need not be true to scale.
  • the flea space 4 is preferably formed or delimited in that the recess 10 is provided with the electrically conductive walls 20, which bridge or bridge the substrate 7 in an electrically conductive manner. form the electrically conductive boundary surfaces 12 or parts thereof.
  • the printed circuit board material 5 is preferably coated by depositing electrically conductive material.
  • the circuit board material 5 is particularly preferably plated, as previously explained by way of example.
  • the (respective) wall 20 can thereby be formed. In the example shown, the coating is only shown in the area of the recess 10. However, it can extend over the conductive layer 8.
  • the (respective) wall 20 preferably covers at least substantially the entire surface of the substrate 7 in a conductive manner, which is initially open after processing, as shown by way of example in FIG. 2B.
  • the wall 21 thus preferably connects the conductive layer 8 conductively to the conductive back 6 and hereby covers the initially exposed substrate layer 7, so it closes it in particular with electrically conductive material 3, preferably completely.
  • the electrically conductive material 3, which forms the wall 20, is also designed to cover the surface structure 9 or recess 10 in the area of the back 6 at least essentially over the entire area in the illustrated example for reasons of manufacturing technology.
  • the conductive material 3 that forms the wall 20 lines the recess 10 at least essentially without interruption or over the entire surface.
  • the conductive material can also extend over the conductive layer 8 as an additional layer, i.e. can be produced over the entire surface of the conductive layer 8 (on the side of the conductive layer 8 facing away from the back 6) in the course of production become.
  • the walls 20 shown in the illustrated example according to FIG. 2C are then preferably formed.
  • the layer of conductive material 3 can thus be formed, in particular deposited, on the conductive layer 8 or in the bottom region of the recess 10 or the surface structure 9.
  • the conductive material 3 or the wall / walls 20 can be multilayered, preferably having a metal layer, in particular a copper layer, which is or is provided with a surface finish, in particular gold-plated, in particular deposited by plating.
  • the refinement can take place after the opening of the substrate window explained in connection with FIG. 2D or beforehand.
  • the substrate-integrated waveguide 22 is formed by the electrically insulating substrate 7 between the electrically conductive back 6 and the conductive layer 8.
  • a section of the substrate 7 is conductively delimited on the one hand by the conductive layer 8 and the back 6 and on the other hand by slots or grooves 23, which are preferably also provided with conductive material 3, form a conductive lateral interface for the substrate 7, which are preferably uninterrupted between the conductive layer 8 and the back 6 extends.
  • the substrate 7 is surrounded on four sides with conductive material and an electromagnetic wave is then capable of propagation in the surrounding substrate 7, so that the substrate-integrated waveguide 22 is formed.
  • slots or grooves 23 can also be used, which preferably connect the conductive layer 8 in an electrically conductive manner to the electrically conductive back 6 and form lateral electrically conductive boundary surfaces for the section of the substrate 7 that is limited by this. Examples are the use of rows of via or the like instead of the grooves 23.
  • the slots or grooves 23 can be filled or at least partially filled in the course of the formation of the electrically conductive walls 20 with electrically conductive material 3, in particular the same or the same electrically conductive material 3 that is also preferably deposited to form the walls 20.
  • the joint formation of the wall 20 or walls 20 and the electrically conductive lateral boundary surfaces for the substrate-integrated waveguide 22 is an advantageous aspect of the present invention.
  • the electrically conductive, lateral boundaries for the formation of the substrate-integrated waveguide 22 are particularly preferably formed in a common process with the walls 20, in particular with the same deposition of conductive material 3.
  • the section of the side of the circuit board material 5 in which the recess 10 and the substrate-integrated waveguide 22 (to be formed) or the structures delimiting it, such as the grooves 23, are plated together.
  • the surface of the conductive layer 8 can optionally also be or be plated, which is not shown for reasons of simplicity.
  • the interface 24 of the substrate 7 is formed or opened, via which the substrate 7 directly adjoins the recess 10, the surface structures 9 or the cavity 4.
  • the interface 24 forms a window for the entry and / or exit of electromagnetic waves 2 from the substrate-integrated waveguide 22 into the cavity 4 and / or from the cavity 4 into the substrate-integrated waveguide 22.
  • a structure for impedance matching can also be provided, as already mentioned in the context explained by way of example with FIG. 2.
  • the cavity 4 preferably does not break through the back 6.
  • the back 6 is and therefore preferably remains closed without interruption.
  • the cavity 4 and / or the recess 10 forming or delimiting the cavity 4 preferably extends in a slot-like or groove-like manner primarily along the main direction of extent or in the main plane 19 of the circuit board material 5.
  • the recess 10 is or forms a groove or an elongated one Slot which extends through the conductive layer 8 into the back 6, preferably through the substrate 7, and preferably extends longer in the direction of the main extension plane or main extension direction 19 of the circuit board material 5 than perpendicular thereto.
  • Walls 20 and / or bottom of the groove-shaped recess 10 or groove preferably run at least substantially parallel or perpendicular to the main plane of extent or main direction of extent 19 of the printed circuit board material 5.
  • FIG 3 shows the circuit board material 5 and at least one, in the illustrated example two or more, different covers 11, which (each) correspond to the circuit board material 5 in such a way that an assembly of these to one another (each) creates the cavity 4 or the one with the cavity 4 formed waveguide forms or can form.
  • the waveguide arrangement 1 can have a conductor track, in particular a stripline 25, formed with the circuit board material 5 and in particular produced by structuring the conductive layer 8.
  • the conductor track or stripline 25 can serve to establish an electrical connection, signal connection and / or the connection or assembly of electronic components or can be used for this purpose.
  • the stripline 25 can have a transition 27 for coupling to the substrate-integrated waveguide 22.
  • the strip line 25 can have or form a transition 27 at the strip line end 26 for coupling to the cavity 4 or the waveguide formed therewith (not shown).
  • the one or more conductor tracks or striplines 25 is / are / are preferably produced by structuring the conductive layer 8.
  • it is one or more microstrip lines for which the back 6 functions as a reference electrode or ground surface, the strip line (s) 25 formed in the conductive layer 8 or by structuring the conductive layer 8 through the substrate 7 (dielectric) is separated.
  • the conductor tracks or stripline (s) 25 can be used to be connected to a semiconductor component, for example via one or more bonding wires, flip-chip connections or the like, in particular to its outputs for transmission and / or Inputs for receiving signals.
  • the Signals can form the electromagnetic wave 2 by coupling into the substrate-integrated waveguide 22 or the cavity 4 or, conversely, the signals can be generated from the electromagnetic wave 2 from the cavity 4 or the substrate-integrated waveguide 22 in the stripline 25.
  • strip lines 25, which can also be designed as differential strip lines, are at least essentially only realized with the circuit board material 5
  • the cavity 4 for forming the waveguide of the waveguide arrangement 1 is preferably made by combining a part of the cavity 4 formed in the circuit board material 5 with a Part of the cavity 4 formed in the cover 11 is formed.
  • the corresponding surface structure 9 of the circuit board material 5 or back 6 and the preferably corresponding and / or complementary surface structure 17 of the (respective) cover 11 is shown in FIG. 3.
  • the cover 11 can advantageously also be formed with or from printed circuit board material 5, or, as in the illustrated example, from a structured, electrically conductive (solid) material.
  • the waveguide arrangement 1 can have an orthomode transducer 28.
  • the orthomode transducer 28 is shown in particular in FIGS.
  • An orthomode transducer 28 is a component preferably formed using waveguide technology, often abbreviated OMT and also called orthomode coupler, which divides circularly polarized waves or brings together orthogonally polarized waves.
  • the orthomode transducer 28 preferably forms a waveguide functional element 14 formed with the circuit board material 5 or back 6.
  • the orthomode transducer 28 of the present exemplary embodiment is preferably at least partially formed by the cavity 4 delimited by the printed circuit board material 5 or the back 6 of the printed circuit board material 5 and / or the thereby delimited. In addition, it can be formed or supplemented by a corresponding or complementary surface structure 17 of the cover 11.
  • the waveguide arrangement 1 can have a plurality of waveguide functional elements 14, in particular connected in series.
  • the waveguide functional elements 14 each or continuously at least partially formed by the circuit board material 5, in particular the surface structure 9 of the back 6.
  • the same printed circuit board material 5 has the substrate-integrated waveguide 22, a transition therefrom to the cavity 4 and, formed by the cavity 4 or the waveguide formed therewith, one or more waveguide functional elements 14, which proceed from the substrate-integrated Waveguides 22 are successively implemented as waveguide functional elements 14, has or forms.
  • the transition between the substrate-integrated waveguide 22 and the cavity 4 is first followed by the adaptation structure 15 and then, optionally or by way of example for a waveguide functional element 14, the orthomode transducer 28 or an input 29 of the orthomode transducer 28.
  • the orthomode transducer 28 is particularly preferably coupled via the adaptation structure 15 formed at least partially by the back 6 of the circuit board material 5 to the substrate-integrated waveguide 22, which is preferably also at least partially formed by the back 6 of the circuit board material 5.
  • the adaptation structure 15 is therefore preferably arranged between the substrate-integrated waveguide 22 and the orthomode transducer 28.
  • the waveguide arrangement 1 particularly preferably has at least two, preferably at least or exactly three adaptation structures 15 formed with the back 6, which each couple an input 29 of the orthomode transducer 28 to a substrate-integrated waveguide 22.
  • the cavity 3 shows two differently designed covers 11, which each correspond to the same surface structure 9 of the circuit board material 5 of the back 6 of the circuit board material 5.
  • the properties of the waveguide formed by the cavity 4 depend on it and can be varied in that the same back 6 has the same Surface structure 9 combined with different covers 11 form different cavities 4 or hollow conductors formed thereby.
  • a waveguide arrangement 1, preferably as described above, is produced, the circuit board material 5 being combined with the back 6, which has the surface structure 9, with one of several available, different covers 11 to form a cavity 4 of a waveguide.
  • the waveguide arrangement 1 is combined from the back 6 of the printed circuit board material 5 and one of several different covers 11 that can each be connected directly or indirectly to the back 6 to form a waveguide.
  • the covers 11 are each designed to form hollow conductors with different waveguide properties or with different waveguide functional elements 14, by connection to the back 6, the hollow space 4 having hollow conductors.
  • a waveguide with the waveguide properties that can be selected by choosing the cover 11 is produced accordingly.
  • the adaptation or the properties of waveguide functional elements can be configured by selecting one of the several different covers 11.
  • one aspect of the present invention relates to a system based on a surface structure 9 of a printed circuit board material 5 designed to form a waveguide and several alternative covers 11, which are designed to form different cavities 4 or waveguide functional elements 14 with the surface structure 9.
  • one of the different covers 11, in particular the lower cover 11 in FIG. 3, is equipped with a surface structure 17 through which only an outwardly open cavity 4 or Waveguide with only one opening 32 is formed when this cover 11 is connected to the circuit board material 5.
  • the orthomode transducer 28 which is formed with corresponding, mutually corresponding surface structures 9, 17 of the back 6 and the cover 11, is designed to receive electromagnetic waves 2 introduced into the cavity 4 from the outside in particular to forward horizontal and vertical components separately.
  • the forwarding takes place preferably via adaptation structures 15 and / or substrate-integrated waveguides 22, as already explained in principle above.
  • a waveguide arrangement 1 with a different function can be implemented.
  • three openings 32 and at least one cavity 4 can be formed.
  • Further surface structures 17 can optionally only be delimited by the conductive layer 8, in any case a cavity 4 with the circuit board material 5 being formed.
  • Further cavities can be formed by surface structures 17 which, on the part of the printed circuit board material 5, are only delimited by the conductive layer 8.
  • several cavities 4 or waveguides can be formed, in particular each with an opening 32.
  • the surface structure 9 of the printed circuit board material 5 or back 6 is supplemented by the cover 11 or its surface structure 17 in such a way that a different function is fulfilled, for example an adaptation or only transmission or filtering of electromagnetic waves 2.
  • the further openings 32 of cavities 4 can correspondingly be used to couple separate electromagnetic waves 2 into separate cavities 4.
  • the waveguide arrangement 1 preferably has, in particular depending on the choice of the cover 11, a plurality of mutually separate cavities 4, waveguide functional elements 14, substrate-integrated waveguides 22 and / or strip lines 25. This advantageously enables different waveguide functions to be implemented depending on the choice of a corresponding cover 11, but alternatively or additionally, preferably also depending on the choice of cover 11, to combine them into (more complex) functions.
  • the printed circuit board material 5 and in particular the back 6 preferably has one or more assembly and / or adjustment means 30.
  • the cover (s) 11 preferably have corresponding or complementary assembly and / or adjustment means 31 (the same).
  • a split-block lower part which in the present case can be formed by the printed circuit board material 5, with a split-block upper part, which in the present case is preferably formed by the cover 11 or one of the covers 11, to fit together to create the cavity 4 or to form the waveguide with it are basically known in the prior art and can be used in the present case in a corresponding manner.
  • a special feature in this context is the preferred use of the circuit board material 5 and in particular the back 6 to form an assembly and / or adjustment means 30 or that the circuit board material 5 or the back 6 has this.
  • the fact that the printed circuit board material 5 or the back 6 has the assembly and / or adjustment means 30 makes it possible to achieve a particularly compact design.
  • 4 shows a partial, perspective illustration of the waveguide arrangement 1 with a view of the outer surface 1 A or into the cavity 4, in particular through the opening 32.
  • a waveguide section 33 initially adjoins the opening 32, which only fulfills the function of guiding the electromagnetic wave 2.
  • the orthomode transducer 28 has a back element 34, which, preferably together with the other structures that collectively form the cavity 4, effects the function of the orthomode transducer 28.
  • the back element 34 is shown in particular in FIG. 5.
  • the back element 34 is preferably formed like a web and / or protrudes like a web into the cavity 4.
  • the back element 34 preferably has one or more steps.
  • the orthomode transducer 28 with its back element 34 is implemented separately from the adaptation structure 15 in the illustrated example, which admittedly directly adjoins the structure of the orthomode transducer 28 with its back element 34, but does not overlap here.
  • An adaptation has thus already taken place at least essentially at the boundary between the adaptation structure 15 and the back element 34 of the orthomode transducer 28. Accordingly, the orthomode transducer 28 can be omitted if necessary.
  • the opening 32 of the waveguide arrangement 1 for coupling in and / or out coupling the electromagnetic waves 2 can be used directly, for example for coupling in and / or out coupling the electromagnetic waves 2 into or out of a waveguide element 35 and / or into or out of an antenna 36.
  • the waveguide element 35 and / or the antenna 36 can be attached to the waveguide arrangement 1 by means of one or more fastening means 37. For example, screwing on is possible.
  • the waveguide element 35 and the antenna 36 are merely reduced in size and indicated schematically.
  • numerous different add-on parts compatible with waveguides can be combined with the proposed waveguide arrangement 1.
  • the attached parts in the form of the waveguide element 35 or the antenna 36, which are only shown schematically, are therefore only examples.
  • the antenna 36 can in particular be a dielectric antenna designed as described in WO 2009/100891 A1. With such a dielectric antenna, a compact antenna with high aperture efficiency can be realized in particular in a simple manner.
  • dielectric antenna 38 The antenna described in WO 2009/100891 A1 is referred to below as dielectric antenna 38.
  • the dielectric antenna 38 is shown particularly in FIGS.
  • the dielectric antenna 38 has a coupling element 39 for coupling electromagnetic waves 2 into and / or out of the dielectric antenna 38 and a lens 40 made of a dielectric material.
  • the dielectric antenna 38 is preferably designed to transmit and receive electromagnetic waves 2, in particular at the same time.
  • the antenna 38 or lens 40 preferably has a transmission area 41 for transmitting and / or receiving electromagnetic waves 2.
  • the transmission region 41 is preferably arranged on a side of the lens 40 facing away from the coupling element 39.
  • the mode of operation of the dielectric antenna 38 is based in particular on the fact that electromagnetic waves 2 are coupled into the lens 40 via the coupling element 39, which waves then propagate in the lens 40 and are emitted with the transmission area 41. Conversely, when receiving, electromagnetic waves hit the transmission area 41, which in this case functions as a reception area, are passed on through the lens 40 to the coupling element 39 or bundled onto the coupling element 39 and are decoupled from the lens 40 or antenna 38 there.
  • the lens 40 is at least essentially ellipsoidal in shape, at least in the transmission area 41.
  • the antenna 38 or lens 40 preferably has a main axis 42.
  • the antenna 38 or lens 40 is preferably designed symmetrically, in particular rotationally symmetrically, to the main axis 42.
  • the main axis 42 preferably forms a main or symmetry axis of the ellipsoid defined by the transmission area 41.
  • the transmission area 41 is preferably arranged in relation to the coupling element 39 in such a way that the electromagnetic waves 2 emitted by the lens 40 have an at least essentially flat phase front 44 in the main emission direction 43 of the antenna 38.
  • the phase front 44 is shown schematically in FIG. 7. 7 also indicates how the electromagnetic waves 2 propagate within the lens 40 starting from the coupling element 39 shown schematically and are essentially refracted at the ellipsoidal edge of the lens 40 in the transmission area 41 in accordance with the laws of wave optics is emitted from the lens 40 in the main emission direction 43.
  • the transmission range of the lenses defines a plurality of ellipses, the main axes of which are essentially aligned coaxially.
  • the ellipses then essentially have a focal point in common, because this enables the desired properties of the emitted electromagnetic radiation to be achieved.
  • the coupling element 39 is preferably arranged at least substantially in a focal point of the ellipsoid defined by the at least ellipsoidally shaped transmission region 41 of the lens 40, because the focal point property of the ellipsoidally shaped transmission region 41 of the lens 40 is related to the geometrical-optical refraction properties of electromagnetic waves 2 at the edge of the lens 40 or at the dielectric step edge of the dielectric material of the lens 40 in relation to the surroundings of the lens 40 can be used particularly advantageously.
  • the coupling element 39 is designed to couple electromagnetic waves 2 from the waveguide or cavity 4 of the waveguide arrangement 1 into the dielectric antenna 38 or lens 40 and / or from the dielectric antenna 38 or lens 40 into the waveguide or cavity 4 to couple.
  • the cavity 4 is preferably arranged at least substantially coaxially to the main axis 42.
  • the waveguide arrangement 1 can advantageously be constructed as a flat or flat, compact module.
  • the waveguide arrangement 1 is thinner than 3 cm, preferably thinner than 2 cm, in particular thinner than 1.5 cm. This makes it possible for the waveguide arrangement 1 to be formed into an extremely compact system by being attached to or plugged into another structure such as an antenna 36.
  • An assembly of add-on parts on the waveguide arrangement 1 for coupling and / or decoupling electromagnetic waves 2 into or out of the cavity 4 can in such cases particularly advantageously also be at least essentially perpendicular to the main plane of extent of the entire waveguide arrangement 1, which is preferably the main direction of extent 19 of the circuit board material 5 corresponds to take place.
  • the waveguide arrangement 1 can advantageously be inserted into a slot-like receptacle of an add-on part such as an antenna 36 and the add-on part can then be fastened, adjusted and / or fastened by fastening means (not shown) running transversely or perpendicularly to the circuit board material 5 or to the waveguide arrangement 1 to be assembled.
  • Main extension plane 19 engages opposite sides for the purpose of fastening.
  • 5 shows the back 6 of the printed circuit board material 5 without substrate 7 and conductive layer 8. It can be seen that the adaptation structure 15 is at least partially formed in the back 6, in particular by recesses. The same applies preferably to further or all waveguide functional elements 14 of the waveguide arrangement 1, which are each formed at least partially by the printed circuit board material 5 or the back 6.
  • FIG. 6 shows an exploded view of the proposed printed circuit board material 5 for forming the waveguide arrangement 1.
  • the surface structure 9 of the back 6 reference is made to the explanations relating to FIG. 5.
  • the substrate 7 is preferably formed so flush with the remaining surface structure 9 of the back 6 or the part thereof which laterally delimits the cavity 4 or is covered by an at least substantially flat wall 20 as a conductive layer or plating 35, 6 that the section of the wall 20, conductive layer or plating 45 shown in a detached manner covers the substrate 7 in a completely conductive manner.
  • the cavity 4 can be completely surrounded by the conductive material 3 and correspondingly form a waveguide for conducting the electromagnetic waves 2 in the cavity 4.
  • the conductive layer 8 is perforated in the area of the waveguide functional elements 14, preferably in alignment with the walls 20, and forms an at least substantially flat surface for connecting or for applying and particularly preferably flat contacting the cover 11 to form the waveguide arrangement 1.
  • the conductive layer is 8, like the substrate 7 and lateral boundary surfaces of the back 6, are preferably formed in alignment with one another, in particular structured.
  • Waveguide functional elements 14 such as the adaptation structure 15 can / can in the circuit board material 5 or in the back 6 at least substantially be formed as a mirror image with respect to the main direction of extent 19 or the main plane of extent.
  • the plane in which the substrate 7 is arranged and in particular a plane bisecting the substrate 7 forms a mirror plane for the surface structure 9 of the back 6 and the surface structure 17 of the cover 11, at least in sections or in part.
  • an antenna coupling or antenna coupling structure with OMT functionality that is fully integrated or integrable in the combination of the PCB circuit board material 5 and the cover 11 is proposed.
  • This consists or function-determining components are advantageously only two parts, namely the proposed structured, one-piece PCB circuit board material 5 and the one-piece cover 11 - instead of the function, as usual, is or will be composed of many individual parts.
  • Waveguide arrangement according to aspect 1 or 2 characterized in that the waveguide arrangement 1 has a waveguide functional element 14, the waveguide functional element 14 being at least partially formed by the back 6 of the circuit board material 5.
  • Waveguide arrangement according to aspect 3 characterized in that the waveguide functional element 14 is an adaptation structure 15, preferably wherein the adaptation structure 15 has steps 6 which are at least partially formed by or in the back 6.
  • Waveguide arrangement characterized in that the cover 11 has a surface structure 17 which corresponds to the back 6 of the circuit board material 5 in such a way that the combination of circuit board material 5 and cover 11 surrounds the cavity 4, whereby the waveguide, preferably rectangular waveguide 18, preferably wherein the surface structure 17 of the cover 11 and the surface structure 9 of the back 6 each have steps 16 which in combination form an adaptation structure 15.
  • Waveguide arrangement according to one of the preceding aspects, characterized in that the conductive layer 8 and the substrate 7 are at least substantially removed in the part of the printed circuit board material 5 and / or the back 6 is exposed on the substrate side in the part in which the back 6 den Cavity 4 limited immediately.
  • Waveguide arrangement characterized in that the conductive layer 8 is electrically connected to the back 6 of the circuit board material 5 at least substantially perpendicular to the main direction of extent of the circuit board material 5 by electrically conductive walls 20, the walls 20 laterally delimiting the cavity 4 so that a rectangular waveguide 18 is formed, preferably wherein the walls 20 are aligned with side walls 21 of the cover 11, whereby these together laterally delimit the cavity 4 and in this way form the rectangular waveguide 18.
  • the waveguide arrangement 1 in the printed circuit board material 5 has a substrate-integrated waveguide 22, preferably wherein the substrate-integrated waveguide 22 is coupled to the cavity 4.
  • Waveguide arrangement according to aspect 8 characterized in that a boundary surface 12 of the substrate-integrated waveguide 22 and of the cavity 4 is formed in one piece by the back 6 of the circuit board material 5.
  • Waveguide arrangement according to one of the preceding aspects, characterized in that the waveguide arrangement 1 has a stripline 25 formed with the printed circuit board material 5, which has or forms a transition 27 for coupling to the substrate-integrated waveguide 22 and / or waveguide at a stripline end 26.
  • Waveguide arrangement according to one of the preceding aspects, characterized in that the waveguide arrangement 1 has, as a waveguide functional element 14, an orthomode transducer 28 which is at least partially formed by the back 6 of the circuit board material 5.
  • the waveguide arrangement 1 has at least two, preferably at least or exactly three, adaptation structures 15 formed with the back 6, which each couple an input 27 of the orthomode transducer 28 to a substrate-integrated waveguide 22.
  • System comprising a waveguide arrangement 1 according to one of the preceding aspects and an add-on part for coupling in and / or decoupling electromagnetic Waves 2 into and out of the cavity 4 of the waveguide arrangement 1, the attachment part being connectable to the waveguide arrangement 1 or being connectable to the cavity 4, the attachment part being or having an antenna 36, 38, preferably the antenna 36, 38 a lens 40 for the electromagnetic waves 2 made of a dielectric material, the lens 40 being at least substantially ellipsoidal in shape.

Abstract

Es wird eine Hohlleiteranordnung zum Leiten elektromagnetischer Wellen in einem von leitfähigem Material umgebenen Hohlraum vorgeschlagen, wobei die Hohlleiteranordnung ein Leiterplattenmaterial aufweist, das einen elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Rücken, ein Substrat und eine auf einer dem Rücken abgewandten Seite des Substrats angeordnete Leitschicht aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rücken eine, bevorzugt durch mindestens eine Ausnehmung gebildete, Oberflächenstruktur aufweist, durch die der wellenführende Hohlraum zumindest teilweise unmittelbar begrenzt ist; und/oder dass der Hohlraum in Split-Block-Technologe durch Verbinden des Leiterplattenmaterials als Split-Block-Unterteil mit einer korrespondierenden Abdeckung als Split-Block-Oberteil gebildet ist.

Description

Hohlleiteranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlleiteranordnung zum Leiten elektromagnetischer Wellen in einem von leitfähigem Material umgebenen Hohlraum sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlleiteranordnung.
Hohlleiter sind im Stand der Technik wohlbekannt als Wellenleiter für elektromagnetische Wellen, vorwiegend für solche im GHz-Frequenzbereich, also insbesondere zur Anwendung zwischen 1 GHz und 1 THz. Bei Hohlleitern handelt es sich üblicherweise um Metallrohre bzw. mit Metall umgebene Hohlräume mit meist rechteckigem, kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt. In der Praxis am relevantesten und daher auch ohne Beschränkung der Allgemeinheit hier stets als Beispiel verwendet sind sogenannte Rechteckhohlleiter, also Hohlleiter mit grundsätzlich rechteckigem oder quadratischem Querschnitt.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Hohlleiteranordnung, die ein Leiterplattenmaterial aufweist, das einen Rücken und eine (elektrisch leitende) Leitschicht aufweist. Insbesondere handelt es sich bei dem Leiterplattenmaterial um ein sogenanntes PCB-Material zur Herstellung gedruckter Schaltungen (Printed Circuit Board).
Als Rücken wird hierbei insbesondere der Teil des Leiterplattenmaterials bezeichnet, der dem Leiterplattenmaterial bzw. der Hohlleiteranordnung mechanische Stabilität verleiht. Dementsprechend ist der Rücken vorzugsweise plattenförmig ausgebildet.
Es ist bevorzugt, insbesondere für Hochfrequenzanwendungen, dass der Rücken - zumindest überwiegend - aus einem elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise einem Metall wie Kupfer o dgl., besteht. In diesem Fall weist das Leiterplattenmaterial vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Substrat (Dielektrikum) auf, das zumindest abschnittsweise zwischen dem Rücken und der Leitschicht angeordnet ist. Ein metallischer Rücken bietet den Vorteil, dass dieser unmittelbar als Massebezugsfläche für Hochfrequenzstrukturen wie Streifenleitungen fungieren kann.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass der Rücken - zumindest überwiegend - aus einem elektrisch isolierenden Material bzw. Dielektrikum besteht. In diesem Fall bildet der Rücken vorzugsweise das Substrat bzw. weist der Rücken das Substrat auf. Auf ein zusätzliches Substrat zwischen dem Rücken und der Leitschicht kann hierbei verzichtet werden. Die Leitschicht ist regelmäßig wesentlich dünner als der Rücken, der bei Anwendungen im Hochfrequenzbereich, wie auch vorliegend, vorzugsweise ebenfalls elektrisch leitfähig und meist aus Metall, insbesondere Kupfer, gefertigt ist und dem Leiterplattenmaterial Stabilität verleihen kann. Darüber hinaus dient der Rücken üblicherweise auch zur Ableitung von Wärme. Das Substrat isoliert den leitfähigen Rücken von der Leitschicht, sodass mit der Leitschicht beispielsweise Streifenleitungen realisiert werden können, die den Rücken als Masse- bzw. Bezugselektrode verwenden. Entsprechend handelt es sich vorzugsweise um ein sogenanntes doppelseitiges Leiterplattenmaterial.
Die EP 2 500 978 B1 betrifft einen sogenannten Wellenleiterübergang zwischen einem in einem Leiterplattensubstrat realisierten substratintegrierter Wellenleiter und einem Hohlleiter. Der Hohlleiter ist hierbei in der sogenannten Split-Block-Technolo- gie gefertigt. Hierbei wird der rohrförmige Querschnitt eines Hohlleiters durch Oberflächenstrukturierung zweier zueinander korrespondierender Blöcke erzeugt, die bei Zusammensetzen dann die gewünschte Hohlleiterstruktur realisieren, beispielsweise einen im Querschnitt rechteckigen, von leitfähigem Material umgebenen Hohlraum als Rechteckhohlleiter.
Ein Leiterplattenmaterial ist im Stand der Technik in die Split-Block-Konstruktion eingelegt. Der in Split-Block-Technologie gefertigte Hohlleiter hat eine kammförmige Koppelstruktur zur Kopplung des substratintegrierten Wellenleiters mit dem Hohlleiter, die das wellenleitende Substrat des substratintegrierten Wellenleiters überdeckt und von den Seitenwänden beabstandet von der Decke auf den substratintegrierten Wellenleiter hinabragt. Die kammförmige Koppelstruktur weist Stufen auf, an deren Ende sich ein Rechteckhohlleiter mit einem vollständig rechteckigen Hohlraum anschließt. Die Einkopplung eines Signals von dem substratintegrierten Wellenleiter in den Hohlleiter erfolgt durch die kammförmige Koppelstruktur senkrecht zur Haupterstreckungsebene des in ein Split-Block-Unterteil eingelegten Leiterplattenmaterials.
Aus dem Stand der Technik bekannte Split-Block-Konstruktionen erfordern regelmäßig einen hohen Materialeinsatz aus Stabilitätsgründen und aufgrund der vielfach erforderlichen Aufnahme des Leiterplattenmaterials. Die Fertigung von zumeist zwei separaten Split-Block-Teilen und einem Hochfrequenzsubstrat mit enormen Präzisionsanforderungen für alle drei Teile (Split-Block-T eile und Hochfrequenzsubstrat) führt regelmäßig zu hohen Herstellungskosten. Darüber hinaus werden im Stand der Technik mit Leiterplattenmaterial zwar Streifenleitungen und substratintegrierte Wellenleiter realisiert, bei denen das Substrat (Dielektrikum) zur Leitung der elektromagnetischen Wellen verwendet wird, wodurch der substratintegrierte Wellenleiter wie ein mit Dielektrikum gefüllter Hohlleiter wirkt. Hohlleiter mit einem Hohlraum werden dann jedoch anderweitig erzeugt und gekoppelt, was grundsätzlich aufwendige Präzisions-Fertigungsprozesse erfordert und zu großen, schweren Anordnungen führt.
Die US 10,468,736 B2 betrifft eine Anordnung zur Kopplung eines substratintegrierten Wellenleiters mit einem Rechteckhohlleiter, wobei bei in einem Leiterplattenmaterial mehrere Leitschichten auf einer einem Rücken abgewandten Seite fensterartig durchbrochen sind, um eine Kopplung zwischen dem durch das Leiterplattenmaterial gebildeten substratintegrierten Wellenleiter und dem Rechteckhohlleiter zu ermöglichen. Hierbei erfolgt die Kopplung zwischen dem in einer Ebene gebildeten Leiterplattenmaterial zur Herstellung gedruckter Schaltungen (PCB) und dem Rechteckhohlleiter, dessen Hohlraum sich senkrecht zu dieser Ebene erstreckt. Das Fenster in den Leitschichten führt hier zur Öffnung des substratintegrierten Wellenleiters auf seiner dem Rücken des Leiterplattenmaterials abgewandten Flachseite zum Hohlraum des Rechteckhohlleiters. Diese Konstruktion kommt zwar ohne Split-Block- Technologie aus, erfordert jedoch aufgrund des quer zu dem substratintegrierten Wellenleiter verlaufenden Hohlleiters viel Platz und führt zu Stabilitätsproblemen, Positionierungsproblemen sowie aufwendiger Aufbautechnik.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, eine Hohlleiteranordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlleiteranordnung anzugeben, die besonders kompakt, ressourcenschonend und zuverlässig ist.
Diese Aufgabe wird vorschlagsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder eine Hohlleiteranordnung gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlleiteranordnung aufweisend ein von leitfähigem Material umgebenen Hohlraum zum Leiten elektromagnetischer Wellen. Das Verfahren umfasst die zumindest teilweise Erzeugung des Hohlraums dadurch, dass in einem Leiterplattenmaterial, das zunächst unbearbeitetes Leiterplatten(basis)material sein kann, aufweisend einen plattenförmigen Rücken, optional ein elektrisch isolierendes Substrat und mindestens eine - bevorzugt auf einer dem Rücken abgewandten Seite des Substrats angeordnete - Leitschicht abschnittsweise (also in einem bestimmten Bereich des Leiterplattenmaterials, das im Anschluss den Hohlraum begrenzen soll) die Leitschicht, das Substrat (soweit vorgesehen) und Teile des Rückens entfernt werden. Hierdurch wird eine Oberflächenstruktur gebildet.
Das Substrat - soweit vorgesehen - liegt aufgrund der Bearbeitung - bevorzugt Fräsen oder Lasern - seitlich der strukturierten Bereiche offen. Im Anschluss wird durch Abscheiden von leitfähigem Material eine elektrisch leitfähige Wand erzeugt, die das Substrat überdeckt und den Hohlraum seitlich begrenzt.
Die Begrenzung des Hohlraums durch die leitfähige Wand erstreckt sich vorzugsweise zumindest im Wesentlichen vollflächig über die nach Bildung der Oberflächenstruktur bzw. Ausnehmung offenliegenden Substrat-Grenzflächen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Hohlleiteranordnung zum Leiten elektromagnetischer Wellen in einem von leitfähigem Material umgebenen Hohlraum, wobei die Hohlleiteranordnung ein Leiterplattenmaterial zur Herstellung gedruckter Schaltung aufweist, das zumindest einen elektrisch leitfähigen Rücken und eine elektrisch leitfähige Leitschicht aufweist. Der Rücken weist eine Oberflächenstruktur auf, durch die der wellenführende Hohlraum zumindest teilweise begrenzt ist. Ferner weist die Hohlleiteranordnung in dem Leiterplattenmaterial einen Substratintegrierten Wellenleiter auf, der mit dem Hohlraum - insbesondere im Bereich der Oberflächenstruktur - gekoppelt ist.
Es ist also vorgesehen, dass der Rücken des Leiterplattenmaterials eine Oberflächenstruktur aufweist, durch die der wellenführende Hohlraum des Hohlleiters zumindest teilweise unmittelbar begrenzt ist, wobei der Rücken vorzugsweise oberflächenvergütet bzw. oberflächlich mit leitendem Material versehen sein und hiermit unmittelbar an den Hohlraum angrenzen kann. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der Oberflächenstruktur um eine Ausnehmung oder weist die Oberflächenstruktur eine Ausnehmung auf.
Hochfrequenztaugliche Leiterplattenmaterialien, die hier bevorzugt sind, weisen vorzugsweise einen durchgehend elektrisch leitfähigen Rücken, insbesondere Kupferrücken auf. Dieser ist aus Stabilitätsgründen oftmals mehrere 100 pm, insbesondere zwischen 0,5 und 2 mm, dick. Der Rücken ist hierbei im Ausgangszustand vor Strukturierung des Leiterplattenmaterials vorzugsweise plattenförmig mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Plattendicke. Strukturiert wird regelmäßig nur die Leitschicht. Für die vorliegende Erfindung bietet ein metallischer Rücken den Vorteil, dass sich Strukturen bzw. die Ausnehmung mit einer hohen Genauigkeit in den Rücken einbringen, beispielsweise einfräsen, lassen. Somit kann auf einfache Weise eine hohe Qualität der Hohlleiteranordnung erreicht werden.
Es ist jedoch nicht zwingend, dass der Rücken elektrisch leitfähig ist. Grundsätzlich ist es vorrangig wichtig, dass der Rücken eine elektrisch leitfähige Schicht bzw. Oberfläche aufweist und/oder die Oberflächenstruktur elektrisch leitfähig ist.
Daher ist es grundsätzlich auch möglich, dass der Rücken zumindest im Wesentlichen oder überwiegend ein elektrisch isolierendes Material bzw. Dielektrikum aufweist bzw. daraus besteht. Auf diese Weise kann der Aufbau der Hohlleiteranordnung vereinfacht werden.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist jedoch ein elektrisch leitfähiger Rücken, insbesondere ein aus metallischem Vollmaterial wie Kupfer bestehender Rücken, bevorzugt.
Im Stand der Technik bekannt ist die Verwendung von Leiterplattenmaterial, insbesondere Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial mit leitfähigem Rücken, zur Bildung von Streifenleitungen, bei denen der leitfähige Rücken geerdet als Massebezugsebene verwendet wird, oder zur Bildung von substratintegrierten Wellenleitern, wobei der leitfähige Rücken als Begrenzung des substratintegrierten Wellenleiters wirkt und das Substrat bzw. Dielektrikum des Leiterplattenmaterials gemeinsam mit Via-Rei- hen oder gemäß eines vorteilhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung, der mit weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung kombinierbar ist, mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehenen Fräs- oder Laser-Schlitzen und einer das Substrat auf der dem Rücken abgewandten Seite vorgesehenen Leitschicht begrenzt.
Die vorliegende Erfindung lehrt eine Abkehr von den üblichen Verwendungsformen des Rückens von Leiterplattenmaterial lediglich als mechanische Stabilisierung und/oder zur Bildung einer ebenen Massebezugsfläche mit geringem Flächenwiderstand. Stattdessen weist der Rücken vorschlagsgemäß eine Oberflächenstruktur auf, die von dem ebenen, plattenartigen, üblichen Aufbau des Rückens des Leiterplattenmaterials abweicht und dem Leiten von elektromagnetischen Wellen, insbesondere der Einkopplung bzw. Erzeugung von Moden zwecks Wellenleitung dient, also zu diesem Zweck ausgebildet und vorzugsweise gekoppelt ist.
Insbesondere handelt es sich bei der Oberflächenstruktur um eine oder mehrere Ausnehmungen in dem Rücken als Teil von bzw. zur Bildung des wellenführenden Hohlraums des Hohlleiters.
Bevorzugt ist die Oberflächenstruktur, soweit sie zumindest einen Teil des Hohlleiters bildet bzw. den Hohlraum begrenzt, durchbrechungsfrei. Sie ist also in der Oberfläche gebildet, durchbricht den Rücken aber vorzugsweise nicht quer zu seiner Haupterstreckungsebene. Ein Hohlleiter hat vorliegend vorzugsweise einen Durchmesser quer zu einer Transmissionsrichtung von weniger als 15 mm, vorzugsweise weniger als 10 mm, und/oder mehr als/mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mehr als/mindestens 0,5 mm. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass sich die Oberflächenstruktur zumindest im Wesentlichen lateral bzw. parallel zur Haupterstreckungsebene des Leiterplattenmaterials erstreckt, um in Richtung der Haupterstreckungsebene des Leiterplattenmaterials bzw. parallel hierzu den Hohlleiter zu bilden.
Bei einer Ausführungsform, in der der Rücken aus einem nichtleitenden Material besteht, weist die Oberflächenstruktur vorzugsweise ein elektrisch leitendes Material auf oder ist damit beschichtet.
In einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Hohlleiter in Split-Block-Technologie durch Verbinden des Leiterplattenmaterials als Split-Block-Unterteil mit einer korrespondierenden Abdeckung als Split-Block-Oberteil gebildet ist.
Mit anderen Worten wird der elektrisch leitfähige, plattenförmige Rücken des Leiterplattenmaterials bevorzugt strukturiert dazu verwendet, einen Teil eines Split-Block- Hohlleiters zu bilden. Die Verwendung des Rückens zur Bildung des Hohlleiters anstatt eines klassischen, aus dem Vollmetall gefrästen Split-Block-Unterteils hat sich als sehr ressourcenschonend und vorteilhaft zur Konstruktion besonders kompakter Hohlleiteranordnungen und Übergänge zu Hohlleitern erwiesen.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Aufteilung des Hohlleiters in zwei Teilstrukturen (also Split-Block-Oberteil und Split-Block-Unterteil) dadurch aus, dass bei feinen Frässtrukturen die Längen der Fräswerkzeuge reduziert werden können und hierdurch die Fertigungsgenauigkeit gesteigert werden kann. Zudem lassen sich durch die Kombination eines Split-Block-T eils und des Substratmaterials zu einem einzigen Bauteil Fertigungskosten sparen und durch den gemeinsamen Fräsprozess von Leiterplatte und Split-Block-T eil Toleranzen zwischen Leiterplatte und Hohlleiterstruktur erheblich eliminieren.
Eine „Flohlleiteranordnung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Anordnung, die zumindest einen Hohlleiter aufweist oder bildet.
Ein „Hohlleiter“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist, wie bereits eingangs erläutert, vorzugsweise ein länglicher Flohlraum mit den Flohlraum seitlich umgebenden, elektrisch leitfähigen Begrenzungsflächen. Entlang des Flohlraums und der Begrenzungsflächen sind elektromagnetische Wellen bzw. Moden ausbreitungsfähig, vorzugsweise in Frequenzbändern, die zwischen 5 GFIz und 1 TFIz liegen.
Ein „Leiterplattenmaterial“ im Sinne der vorliegenden Erfindung weist einen bevorzugt elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Rücken, ein Substrat (Dielektrikum) und mindestens eine auf einer dem Rücken abgewandten Seite des Substrats angeordnete Leitschicht auf.
Üblicherweise ist der Rücken aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, besonders bevorzugt Kupfer, gebildet. Der Rücken kann mechanisch stabil sein und/oder dem Leiterplattenmaterial mechanische Stabilität verleihen. Der Rücken ist vorzugsweise aus seinem formstabilen Material gebildet, beispielsweise mit einer Materialstärke zwischen 0,1 und 5 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm.
Besonders bevorzugt ist der Rücken aus einem einstückigen, elektrisch leitfähigen Material gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Rücken auch aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet und/oder mehrschichtig aufgebaut sein. Insbesondere ist es möglich, dass eine an das Substrat angrenzende bevorzugt leitfähige Schicht, die vorzugsweise die Oberflächenstruktur vollständig oder zumindest im Wesentlichen aufweist, mit einer weiteren bevorzugt leitfähigen Träger-Schicht verbunden ist, insbesondere verklebt, verlötet oder auf sonstige Weise bevorzugt elektrisch leitfähig verbunden. Dies kann der Stabilisierung und/oder Montage dienen. Die Oberflächenstruktur kann sich optional auch bis in eine solche Träger- Schicht erstrecken, bevorzugt ohne den Rücken insgesamt zu durchbrechen.
Unter einem „Substrat“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein isolierendes Material, ein Isolator bzw. Dielektrikum zu verstehen. Insbesondere handelt es sich um ein für den Hochfrequenzbereich, insbesondere für mehr als 10 GHz taugliches Dielektrikum. Es kann sich hierbei um PTFE, Keramik oder ein PTFE-Keramik-Kompositmaterial handeln. Grundsätzlich können jedoch auch andere Materialien eingesetzt werden.
Unter einer „Leitschicht“ ist vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Schicht zu verstehen, insbesondere eine sogenannte Kupferkaschierung bzw. Leiterbahnschicht. Bei der Leitschicht handelt es sich besonders bevorzugt um eine mechanisch oder chemisch strukturierbare Metalllage, vorzugsweise aufweisend oder bestehend aus Kupfer, mit der durch Strukturierung beispielsweise Streifenleitungen, insbesondere Mikrostreifenleitungen, erzeugt werden können. Eine Leitschicht ist bevorzugt dünn im Vergleich zu dem Substrat und/oder Rücken. Während die Leitschicht eine Materialstärke von üblicherweise zwischen 5 und 35 pm aufweist, kann das Substrat eine Materialstärke von üblicherweise 100 pm bis 400 pm aufweisen.
Unter „Split-Block-Technologie“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Technologie zu verstehen, bei der zueinander korrespondierende oder komplementäre elektrisch leitendende, oberflächenstrukturierte Teile durch Zusammenfügen zu einem Hohlleiter ergänzt werden. Hierbei sind mindestens zwei Teile elektrisch leitend zusammenzufügen, im Folgenden „Split-Block-Unterteil“ und „Split- Block-Oberteil“ genannt. Hierbei gilt zu berücksichtigen, dass die Begriffe „Unterteil“ und „Oberteil“ vorzugsweise lediglich der Differenzierung der unterschiedlichen Teile dienen und keine konkrete Einbaulage vorschreiben.
Bei der Split-Block-Technologie wird vorzugsweise das Split-Block-Unterteil mit einer Oberflächenstruktur, insbesondere Nut o. dgl., versehen. Dasselbe gilt für das Split- Block-Oberteil, insbesondere wobei die Oberflächenstrukturen zueinander ähnlich, korrespondierend oder komplementär sein können. Durch Zusammenfügen des Split-Block-Unterteils mit dem Split-Block-Oberteil ergänzen sich die Oberflächenstrukturen dieser zu dem Hohlleiter. Bevorzugt weist das Split-Block-Unterteil und das Split-Block-Oberteil zueinander korrespondierende Ausrichtungshilfen zur Vorgabe einer Position der Oberflächenstrukturen zueinander auf, wodurch eine exakte Bildung des Hohlleiters durch Zusammensetzen erleichtert oder ermöglicht wird. Dies ist jedoch nicht zwingend.
Eine "Abdeckung" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Leiterplattenmaterial durch Anlegen der Abdeckung an dem Leiterplattenmaterial derart abzudecken, dass Oberflächenstrukturen in dem Leiterplattenmaterial überdeckt und dadurch entlang einer Flachseite des Leiterplattenmaterials verschlossen werden. Eine Abdeckung im Sinne der vorliegenden Erfindung hat eine zu der Oberflächenstruktur des Leiterplattenmaterials korrespondierende oder komplementäre, elektrisch leitfähige Flachseite, mit der Ausnehmungen in dem Leiterplattenmaterial überbrückt werden oder werden können, sodass mindestens ein Hohlleiter resultiert, wenn die Abdeckung an dem Leiterplattenmaterial, insbesondere der Leitschicht, anliegt. Die Abdeckung weist vorzugsweise eine Oberflächenstruktur, insbesondere mit Ausnehmungen, auf, kann jedoch auch eben sein bzw. mit einer ebenen Fläche die Oberflächenstrukturen des Leiterplattenmaterials in entsprechender Weise abdecken, um diese zu Hohlleitern zu verschließen. Es versteht sich, dass "Abdecken" und "Verschließen" offen lässt, dass eine Öffnung des durch "Abdecken" bzw. "Verschließen" gebildeten Hohlleiters bzw. Hohlraums zur Umgebung hin vorgesehen sein kann.
Weitere Aspekte, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Perspektiven Schnitt der vorschlagsgemäßen Hohlleiteranordnung;
Fig. 2 eine ausschnittsweise perspektivische Draufsicht des Leiterplattenmaterials der vorschlagsgemäßen Hohlleiteranordnung;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Leiterplattenmaterials (Basismaterial);
Fig. 2B eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Leiterplattenmaterials Fig.2A mit Oberflächenstruktur/Ausnehmung; Fig. 2C eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Leiterplattenmaterials mit Oberflächenstruktur/Ausnehmung gemäß Fig. 2B und mit durch leitfähige Wände überdecktem Substrat;
Fig. 2D eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Leiterplattenmaterials mit Oberflächenstruktur/Ausnehmung, mit durch leitfähige Wände überdecktem Substrat gemäß Fig. 2C sowie geöffneter Substrat- Grenzfläche als Fenster;
Fig. 3 perspektivische Ansichten eines Leiterplattenmaterials und zweier hierzu korrespondierender, unterschiedlicher Abdeckungen;
Fig. 4 eine ausschnittsweise Aufsicht bzw. Seitenansicht auf die vorschlagsgemäße Flohlleiteranordnung mit perspektivischer Sicht in den Hohlraum;
Fig. 5 eine perspektivische, ausschnittsweise Ansicht einer Abdeckung aus
Fig. 3;
Fig. 6 eine Explosionsdarstellung eines Ausschnitts des Leiterplattenmaterials mit einer Wand;
Fig. 7 einen Querschnitt einer dielektrischen Antenne; und
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der dielektrischen Antenne aus Fig.
7.
In den Figuren werden für dieselben oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei gleiche oder ähnliche Eigenschaften resultieren können, auch wenn von einer wiederholten Beschreibung dieser abgesehen wird.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der vorschlagsgemäßen Flohlleiteranordnung 1 zum Leiten elektromagnetischer Wellen 2 in einem von leitfähigem Material 3 umgebenen Flohlraum 4. Der Hohlraum 4 ist hierbei vorzugsweise so dimensioniert, dass elektromagnetische Wellen 2 im Hochfrequenzbereich, insbesondere im sogenannten Millimeterwellenbereich mit einer Wellenlänge zwischen ca. 0,3 mm und 10 mm und/oder Frequenzen zwischen ca. 30 GHz und 1 THz ausbreitungsfähig sind.
Die Hohlleiteranordnung 1 weist ein Leiterplattenmaterial 5 auf, das einen vorzugsweise plattenförmigen Rücken 6 und eine Leitschicht 8 aufweist. Die Leitschicht 8 ist elektrisch leitend.
Der Rücken 6 besteht vorzugsweise aus einem mechanisch stabilen bzw. formstabilen Material. Hierdurch kann der Hohlleiteranordnung 1 bzw. dem Teil hiervon, der durch das Leiterplattenmaterial 5 gebildet ist, mechanische Stabilität verliehen werden.
Zudem ist der Rücken 6, insbesondere wenn er aus einem wärmeleitfähigen Material wie einem Metall besteht, vorzugsweise zur Ableitung von Wärme von einer elektrischen Schaltung, vorzugsweise Hochfrequenzschaltung zur Erzeugung, zum Empfang und/oder zum Wandeln von in dem Hohlraum 4 ausbreitungsfähigen Frequenzen, insbesondere einer integrierten Schaltung bzw. einem Chip der Hohlleiteranordnung 1 ausgebildet. Hierzu wird vorzugsweise eine Ausnehmung in dem Rücken 6 gebildet, insbesondere durch Entfernen von Material des Rückens 6, und die Schaltung, ein aktives Bauelement hiervon bzw. der der Chip in der Ausnehmung angeordnet, insbesondere wärmeleitend mit dem Rücken 6 verbunden, beispielsweise verklebt.
Besonders bevorzugt ist der Rücken 6 aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, besonders bevorzugt Kupfer, Gold o. dgl., gebildet. Hierbei weist das Leiterplattenmaterial 5 zusätzlich zu dem Rücken 6 und der Leitschicht 8 ein Substrat 7 (Dielektrikum) auf, wobei die Leitschicht 8 auf einer dem Rücken 6 abgewandten Seite des Substrats 7 angeordnet ist. Das Substrat 7 besteht insbesondere aus einem nichtleitenden bzw. elektrisch isolierendem Material. Die Ausführungsform mit elektrisch leitfähigem Rücken 6, Substrat 7 und Leitschicht 8 ist in den Figuren dargestellt.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass der Rücken 6 aus einem nichtleitenden Material, beispielsweise FR-4, besteht. Vorzugsweise bildet der Rücken 6 hierbei das Substrat 7 bzw. es kann auf ein zusätzliches, zwischen dem Rücken 6 und der Leitschicht angeordnetes Substrat 7 verzichtet werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist in den Figuren nicht dargestellt. Zur Wärmeabfuhr für die Schaltung kann hierbei ein wärmeleitender Bereich bzw. Einsatz in dem Rücken 6 vorgesehen sein.
Das Substrat 7 besteht ganz besonders bevorzugt aus PTFE (Polytetrafluorethylen), Keramik (insbesondere Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid), PTFE-Keramik- Verbundstoff oder weist PTFE, Keramik oder PTFE-Keramik-Verbundstoff auf. PTFE-Keramik-Verbundstoff ist bevorzugt ein zumindest im Wesentlichen homogenes Gemisch aus PTFE und Keramik-Partikeln. Das Substrat 7 ist vorzugsweise verformbar.
Der Rücken 6 ist vorzugsweise formstabiler, biegesteifer und/oder biegefester als das Substrat 7 und/oder die Leitschicht 8. Das Substrat 7 ist also vorzugsweise weicher und/oder leichter verformbar als der Rücken 6. Der Rücken 6 kann ein Material mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 5000, vorzugsweise mehr als 10000 aufweisen oder zumindest im Wesentlichen hieraus gebildet sein. Der Rücken 6 hat vorzugsweise zumindest die Formstabilität bzw. Biegesteifigkeit / Biegefestigkeit eines Kupferblechs mit einer konstanten Materialstärke von 0,5 mm, 1 mm oder mehr.
Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat 7 aus einem formstabilen, elektrisch isolierenden Material, beispielsweise FR-4, bestehen. FR-4 bezeichnet eine Klasse von schwer entflammbaren und flammenhemmenden Verbundwerkstoffen bestehend aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Das Leiterplattenmaterial 5 weist in diesem Fall vorzugsweise die von dem Substrat 7 getragene Leitschicht 8 und als Rücken 6 eine weitere Leitschicht - bevorzugt größerer Materialstärke als die der Leitschicht 8 - auf der der Leitschicht 8 abgewandten Seite des Substrats 7 auf.
Insbesondere handelt es sich bei dem Leiterplattenmaterial 5 in diesem Fall um ein sogenanntes doppelseitiges Leiterplattenmaterial 5. Das doppelseitige Leiterplat- ten(basis)material 5 wird strukturiert, indem von der Flachseite mit der dünneren Leitschicht 8 ausgehend die Ausnehmung 10 durch das Substrat 7 hindurch bis zu dem bzw. in den Rücken 6 ausgebildet, also vorschlagsgemäß strukturiert ist oder wird. Hierbei reicht es aus, dass sich die Ausnehmung 10 nur geringfügig in den Rücken 6 erstreckt.
Ungeachtet einer die Form bzw. Stabilität des Leiterplattenmaterials 5 primär oder jedenfalls mitbestimmenden Eigenschaft des Substrats 7 in diesem Fall ist der Rücken 6 auf der der Leitschicht 8 abgewandten Seite des Substrats 7 vorgesehen. Der Rücken 6 ist in diesem Zusammenhang elektrisch leitfähig, insbesondere aus Metall wie Kupfer oder ein Metallschicht-Verbund wie ein Verbund einer (dünneren) Kupfer- und einer (dickeren) Messingschicht bzw. -platte. Zur Wärmeabfuhr für die Schaltung kann ein wärmeleitender Bereich bzw. Einsatz in dem Substrat 7 vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann die Hohlleiteranordnung 1 bzw. das Leiterplattenmaterial 5 bzw. ein das Leiterplattenmaterial 5 aufweisendes oder durch das Leiterplattenmaterial 5 gebildetes Split-Block-T eil auch mehr als zwei Schichten (nichtleitender Rücken 6 + Leitschicht 8) oder drei Schichten (leitender Rücken 6 + Substrat 7 + Leitschicht 8) aufweisen. Beispielweise ist es möglich, dass das Leiterplattenmaterial 5 und/oder der Rücken 6 mehrere abwechselnd leitende und nichtleitende Schichten aufweist oder dadurch gebildet ist. Ferner ist es ebenfalls möglich, dass auf den - leitenden oder nichtleitenden - Rücken 6 ein (weiteres) Leiterplattenmaterial aufgebracht ist oder wird, das ein zwischen zwei leitenden Schichten angeordnetes nichtleitendes Substrat aufweist oder dadurch gebildet ist. Auch andere Lösungen sind denkbar.
Dementsprechend ist der Rücken 6 vorzugsweise einstückig mit dem Leiterplattenmaterial 5 ausgebildet, kann aber auch separat von dem Leiterplattenmaterial 5 ausgebildet sein, beispielsweise indem der Rücken 6 mit dem Leiterplattenmaterial 5 verklebt, verlötet oder auf sonstige Weise Stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist.
Im Darstellungsbeispiel weist das Leiterplattenmaterial 5 bzw. der Rücken 6 eine Oberflächenstruktur 9 auf, die im Ausführungsbeispiel als Ausnehmung 10 ausgebildet ist. Die Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 bildet vorzugsweise den Hohlraum 4 oder zumindest einen Teil des Hohlraums 4.
Der Hohlraum 4 ist vorzugsweise in Split-Block-Technologie durch Verbinden des Leiterplattenmaterials 5 als Split-Block-Unterteil mit einer korrespondierenden Abdeckung 11 als Split-Block-Oberteil gebildet. Durch elektrisch leitendes Zusammenfügen von Split-Block-Unterteil und Split-Block-Oberteil wird / ist der als Hohlleiter wirkende Hohlraum 4 gebildet. Begrenzt ist der Hohlraum 4 mit dem leitfähigen Material 3, und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorrangig durch die elektrisch leitende Oberfläche der Abdeckung 11 und die elektrisch leitende Oberfläche des Rückens 6. Das Material 3 kann zumindest oberflächlich Edelmetall wie Gold sein oder aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich sind vorzugsweise seitliche Begrenzungsflächen 12 vorgesehen, die den Rücken 6 elektrisch leitend mit der Abdeckung 11 verbinden. Hierdurch wird ein Hohlleiter in Split-Block-Technologie gebildet, bei dem der Hohlraum 4 radial zur im Darstellungsbeispiel durch den Pfeil 13 angedeuteten Transmissionsrichtung für elektromagnetische Wellen 2 ununterbrochen durch leitfähiges Material
3 umgeben ist. Die Begrenzungsflächen 12 können durch Abscheiden leitfähigen Materials 3, vorzugsweise Metall, insbesondere Kupfer und/oder Gold, gebildet sein.
Insbesondere weist die Hohlleiteranordnung 1 bzw. weisen die Begrenzungsflächen 12 - oder zumindest die Begrenzungsflächen, die die zwischen dem Leiterplattenmaterial 5 und der Abdeckung 11 gebildete Grenzfläche aufweisen - eine (zusätzliche) leitende Schicht bzw. Plattierung 45 auf oder sind dadurch gebildet. Durch die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 wird insbesondere sichergestellt, dass der Hohlraum 4 durchgängig bzw. vollständig von elektrisch leitendem Material 3 umgeben bzw. dadurch begrenzt ist, insbesondere wenn der Rücken 6 und/oder die Abdeckung 11 aus einem nichtleitenden Material bestehen. Die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 hat sich jedoch auch bei einem Rücken 6 aus leitfähigem Material als besonders vorteilhaft erwiesen.
Bevorzugt erstreckt sich die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 - mit Ausnahme der später noch erläuterten Grenzfläche 24 - zumindest im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Leiterplattenmaterials 5, zumindest auf der den Hohlraum
4 begrenzenden und/oder Stirnseiten hiervon, und weiter bevorzugt über die gesamte Oberfläche der Hohlleiteranordnung 1 bzw. der beiden Split-Block-T eile.
In den Fig. 1 , 2 und 4 ist die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 durch eine gepunktete Fläche dargestellt. In den Darstellungen in Fig. 3 und 5 wurde die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 zu veranschaulichungszwecken ausgeblendet. Dennoch weist die Hohlleiteranordnung 1 hier vorzugsweise ebenfalls die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 auf.
Unter einer „Plattierung“ wird insbesondere eine, bevorzugt auf einer Oberfläche angeordnete bzw. darauf aufgebrachte, elektrisch leitende Schicht verstanden. Diese leitende Schicht kann insbesondere galvanisch bzw. durch Elektroplattieren, insbesondere Verkupfern, auf den Rücken 6, das Substrat 7, das Leiterplattenmaterial 5 bzw. die Abdeckung 11 aufgebracht werden. Grundsätzlich sind jedoch beliebige, insbesondere chemische und/oder mechanische, Verfahren zum Aufbringen der leitenden Schicht möglich.
Die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 wird vorzugsweise durch ein Aufkupferungsprozess bzw. Prozess zum Abscheiden einer metallisch leitenden Schicht erzeugt. Hierzu kann eine Oberfläche zunächst mit Graphit beschichtet werden, woraufhin das Graphit verwendet wird, um eine leitende Metallschicht zu abzuscheiden, insbesondere galvanisch. Alternativ oder zusätzlich können auch chemische Verfahren zum Abscheiden der leitenden Schicht bzw. zur Plattierung eingesetzt werden.
Falls der Rücken 6 oder zumindest die Seite bzw. Fläche des Rückens 6, die die Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 aufweist oder bildet, aus einem nichtleitenden Material besteht, weist der Rücken 6 bzw. die Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 vorzugsweise die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 auf und/oder bedeckt die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 die Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10, insbesondere vollständig. Auf diese Weise wird insbesondere erreicht, dass der Hohlraum 4 vollständig von elektrisch leitendem Material 3 umgeben ist, auch wenn der Rücken 6 selbst nichtleitend ist.
Insbesondere weist auch eine, in Fig. 1 auf der linken Seite dargestellte, Außenfläche 1A des Rückens 6, der Abdeckung 11 und/oder der Hohlleiteranordnung 1 , die die (weiter unten erläuterte) Öffnung 32 umgibt bzw. definiert, die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 auf.
Vorzugsweise ist bzw. wird das Leiterplattenmaterial 5 bzw. Split-Block-Unterteil und/oder die Abdeckung 11 und/oder die Hohlleiteranordnung 1 vollständig oder jedenfalls auf der den Hohlraum 4 bilden und bevorzugt auf den Stirnseiten mit der leitenden Schicht bzw. Plattierung 45 beschichtet.
Besonders bevorzugt erfolgt das Aufbringen der leitenden Schicht bzw. Plattierung 45 nach dem Zusammenfügen des Leiterplattenmaterials 5 und der Abdeckung 11 bzw. der beiden Split-Block-T eile zu der Hohlleiteranordnung 11 , sodass der Hohlraum 4 vollständig durch elektrisch leitendes Material 3 begrenzt wird und/oder die Außenfläche 1 A der Hohlleiteranordnung 1 mit der leitenden Schicht bzw. Plattierung 45 beschichtet ist. Die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 kann jedoch auch für die Split-Block-Hälften, also das Leiterplattenmaterial 5 und die Abdeckung 11 separat erfolgen.
Die Hohlleiteranordnung 1 weist vorzugsweise ein Hohlleiter-Funktionselement 14 auf, das zumindest teilweise durch das Leiterplattenmaterial 5 bzw. den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildet ist.
Vorzugsweise ist das Hohlleiter-Funktionselement 14 ebenfalls mit von einer leitenden Schicht bzw. Plattierung 45 bedeckt oder erstreckt sich die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 auch auf, vorzugsweise vollständig über, das Hohlleiter-Funktionselement 14, insbesondere wenn der Rücken 6 aus nichtleitendem Material besteht.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Hohlleiter-Funktionselement 14 um eine Anpassungsstruktur 15. Mit der Anpassungsstruktur 15 kann eine Impedanz des Hohlraums 4 bzw. des durch den Hohlraum 4 gebildeten Hohlleiters zur Verringerung oder Vermeidung von Reflexionen verändert werden. Dies ist insbesondere bei einem Übergang zu einem Hohlleiter bzw. der Einkopplung elektromagnetischer Wellen 2 in den Hohlraum 4 vorteilhaft.
Das Hohlleiter-Funktionselement 14 zumindest teilweise durch das Leiterplattenmaterial 5 bzw. den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 zu bilden ist besonders vorteilhaft, da hierdurch das meist bereits für andere Funktionen vorgesehene Leiterplattenmaterial 5 in ressourcenschonender und platzsparender Weise zusätzlich zur Bildung eines Hohlleiters und zudem zur Erzeugung von Hohlleiter-Funktionselementen 14 verwendet werden kann.
Die Anpassungsstruktur 15 weist vorzugsweise eine oder mehrere Stufen 16 auf. Diese werden vorzugsweise zumindest teilweise durch den Rücken 6 gebildet. Die Stufen 16 können einen Durchmesser des Hohlraums 4 quer zur Transmissionsrichtung erweitern oder verjüngen.
Darüber hinaus ist bevorzugt, dass die Abdeckung 11 eine Oberflächenstruktur 17 aufweist, die korrespondierend oder komplementär, insbesondere identisch, spiegelbildlich und/oder symmetrisch, zu der Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 gebildet ist. Insbesondere korrespondiert die Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 zur Oberflächenstruktur 17 der Abdeckung 11 derart, dass durch Zusammenfügen des Leiterplattenmaterials 5 mit der Abdeckung 11 ein Hohlleiter resultiert, der zur Realisierung einer Hohlleiterfunktion, insbesondere zur Impedanzanpassung, ausgebildet ist.
Zur Anwendung der ansonsten grundsätzlich bekannten Split-Block-Technologie korrespondiert die Oberflächenstruktur 17 der Abdeckung 11 hier zu der Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 derart, dass die Kombination von Leiterplattenmaterial 5 und Abdeckung 11 den Hohlraum 4 umgibt, und zwar insbesondere mit dem leitfähigen Material 3 und/oder radial zur Transmissionsrichtung ununterbrochen elektrisch leitend, wodurch der Hohlleiter gebildet ist.
Im Darstellungsbeispiel wird ein Rechteckhohlleiter 18, insbesondere mit teilweise zumindest im Wesentlichen quadratischem Querschnitt, durch Kombination des Leiterplattenmaterials 5 mit der Abdeckung 11 gebildet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Formen von Hohlleitern bzw. Hohlräumen 4 möglich.
Die Abdeckung 11 kann weitere Bauteile der Hohlleiteranordnung 1 wie einen Chip, eine elektrische Schaltung oder dergleichen überragen bzw. als mechanischer Schutz und/oder elektrische Abschirmung für diese Bauteile dienen.
Um den Hohlraum 4 unter Verwendung des Leiterplattenmaterials 5 zu bilden, ist in dem Bereich, in dem das Leiterplattenmaterial 5 den Hohlraum 4 zumindest teilweise bildet bzw. umgibt, vorzugsweise die Leitschicht 8 und/oder das Substrat 7 entfernt. Mit anderen Worten ist in dem Teil oder Abschnitt des Leiterplattenmaterials 5, der den Hohlraum 4 begrenzt, vorzugsweise der Rücken 6 substratseitig freigelegt bzw. die Leitschicht 8 unterbrochen bzw. entfernt. Der Rücken 6 begrenzt den Hohlraum 4 vorzugsweise unmittelbar. Dies schließt eine Begrenzung des Hohlraums 4 durch einen oberflächenvergüteten, insbesondere vergoldeten, und/oder plattierten Rücken 6 ein, bei dem die Oberflächenvergütung, insbesondere als leitende Schicht bzw. Plattierung 45, unmittelbar an den Hohlraum 4 angrenzt.
Die Leitschicht 8 ist mit dem Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung 19 des Leiterplattenmaterials 5 durch elektrisch leitfähige Wände 20 elektrisch verbunden. Die Wände 20 begrenzen den Hohlraum 4 seitlich. Hierdurch kann ein Rechteckhohlleiter 18 bzw. ein Teil und insbesondere ein Split-Block-Unterteil dessen gebildet sein. Vorzugsweise sind die Wände 20 und/oder Seitenwände 21 durch die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 bzw. Begrenzungsflächen 12 gebildet oder weisen die Wände 20 und/oder Seitenwände 21 die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 bzw. Begrenzungsflächen 12 auf.
Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt vorzugsweise durch die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 bzw. Begrenzungsflächen 12.
Die Wände 20 bzw. die Abschnitte der Wände, die das Substrat 7 überdecken bzw. abdecken, fluchten vorzugsweise mit Seitenwänden 21 der Abdeckung 11. In Gebrauchslage sind die Wände 20 zwischen Rücken 6 und Leitschicht 8 sowie die Seitenwände 21 der Abdeckung 11 elektrisch leitend miteinander verbunden, sodass diese eine elektrisch leitende seitliche Begrenzung für den Hohlraum 4 bilden. Im Ergebnis resultiert vorzugsweise ein Rechteckhohlleiter 18.
Die Fig. 2 zeigt eine ausschnittsweise perspektivische Draufsicht des Leiterplattenmaterials 5 der vorschlagsgemäßen Hohlleiteranordnung 1. Die Ansicht gemäß Fig. 1 entspricht hierbei, soweit es das Leiterplattenmaterial 5 betrifft, einem Schnitt entlang der Schnittlinie l-l aus Fig. 2.
Die Hohlleiteranordnung 1 bzw. das Leiterplattenmaterial 5 weist vorzugsweise einen substratintegrierten Wellenleiter 22 auf. Der substratintegrierte Wellenleiter 22 kann durch das Substrat 7 des Leiterplattenmaterials 5 gebildet sein. Zu diesem Zweck grenzen an einen Bereich des Substrats 7, der den substratintegrierten Wellenleiter 22 bildet, senkrecht zur durch den Pfeil 13 (in Fig. 1) angedeuteten Transmissionsrichtung elektrisch leitende Begrenzungsflächen an. Im Darstellungsbeispiel sind dies der Rücken 6 und die Leitschicht 8. Vorzugsweise sind diese seitlich elektrisch leitend untereinander verbunden. Dies kann grundsätzlich durch ein oder mehrere Vias erfolgen. Im Darstellungsbeispiel ist der Rücken 6 mit der Leitschicht 8 mittels einer Nut 23 verbunden, die sich durch die Leitschicht 8 und das Substrat 7 bis zum Rücken 6 erstreckt. Die Nut 23 weist vorzugsweise eine leitfähige Beschichtung auf, die insbesondere durch Abscheiden einer leitfähigen Schicht, insbesondere durch Aufkupfern, erzeugt wird/wurde. Hier sind jedoch auch andere Lösungen möglich.
Der substratintegrierte Wellenleiter 22 ist vorzugsweise mit dem Hohlraum 4 bzw. mit dem durch den mit leitfähigem Material 3 umgebenen gebildeten Hohlleiter gekoppelt. Die Kopplung erfolgt hierbei vorzugsweise derart, dass elektromagnetische Wellen 2 aus dem Substrat 7 in den Hohlraum 4 eintreten können und umgekehrt.
In besonders vorteilhafter Weise wird das Hohlleiter-Funktionselement 14 in Form der Anpassungsstruktur 15 zur Anpassung des substratintegrierten Wellenleiters 22 an den Hohlraum 4 verwendet bzw. die Anpassungsstruktur 15 ist hierzu ausgebildet.
Der Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 bildet vorzugsweise eine durchgängig elektrisch leitende und insbesondere einstückige Begrenzungsfläche sowohl des substratintegrierten Wellenleiters 22 als auch des Hohlraums 4. Dies ermöglicht eine ganz besonders kompakte und für die elektromagnetischen Wellen 2 verlustarme sowie ausgesprochen zuverlässige Hohlleiteranordnung 1.
Denn einerseits entfällt zumindest im Wesentlichen Spiel bei der Herstellung der Verbindung zwischen einem konventionell konstruierten substratintegrierten Wellenleiter und einer Koppelstruktur zur Kopplung des substratintegrierten Wellenleiters mit einem konventionellen Hohlleiter. Reflexionen und Verluste durch Toleranzen in diesem Umfeld sind also in vorteilhafter Weise reduziert. Andererseits kann der substratintegrierte Wellenleiter 22 unmittelbar in den durch den Hohlraum 4 mit dem Leiterplattenmaterial 5 gebildeten Hohlleiter übergehen, sodass eine ausgesprochen kompakte Bauform realisierbar ist.
Der substratintegrierte Wellenleiter 22 weist besonders bevorzugt eine, vorzugsweise zu allen (vier) Seiten an ein elektrisch leitfähiges Material angrenzende und/oder stirnseitige, Grenzfläche 24 auf, mit der das Substrat 7 des substratintegrierten Wellenleiters 22 unmittelbar an den Hohlraum 4 angrenzt. Die Grenzfläche 24 ist also insbesondere nicht mit einem elektrisch leitfähigem Material 3 belegt.
Dadurch, dass die Grenzfläche 24 durch leitfähiges Material 3 in Form der Leitschicht 8, des Rückens 6 und der Wände 20 bzw. der leitenden Schicht bzw. Plattierung 45 umgeben ist, resultiert ein Fenster für die elektromagnetischen Wellen 2 zwischen dem substratintegrierten Wellenleiter 22 und dem Hohlraum 4. Auf diese Weise ist der Hohlraum 4 der Hohlleiteranordnung 1 vollständig und ununterbrochen durch leitfähiges Material 3 umgeben, mit Ausnahme des Fensters bzw. der Grenzfläche 24 und etwaiger Öffnungen und Koppelpunkte des durch den Hohlraum 4 gebildeten Hohlleiters - beispielsweise zur Verbindung mit externen Komponenten wie Antennen o. dgl.
Die Grenzfläche 24 erstreckt sich vorzugsweise quer bzw. senkrecht zu der durch den Pfeil 13 angedeuteten Transmissionsrichtung für elektromagnetische Wellen 2 und/oder senkrecht zu der Ebene, die durch die Haupterstreckungsrichtung(en) 19 des Leiterplattenmaterials 5 aufgespannt wird. Durch die hierdurch ermöglichte Einkopplung von dem substratintegrierten Wellenleiter 22 in den Hohlraum 4 wird im Vergleich zu Lösungen, bei denen eine Auskopplung aus dem substratintegrierten Wellenleiter 22 im Wesentlichen senkrecht zu seiner Haupterstreckungsrichtung 19 erfolgt, wiederum eine sehr kompakte Bauform ermöglicht.
In vorteilhafter Weise wird eine durch den substratintegrierten Wellenleiter 22 geleitete elektromagnetische Welle 2 also nicht oder nur unwesentlich umgelenkt, um in den Hohlraum 4 einzukoppeln oder umgekehrt, um aus dem Hohlraum 4 in das Substrat 7 des substratintegrierten Wellenleiters 22 einzukoppeln.
Die Grenzfläche 24 ist vorzugsweise dadurch hergestellt, dass nach Strukturierung des Leiterplattenmaterials 5 und - ggf. nach Erzeugen der leitenden Schicht, Beschichtung mit der Plattierung 45 bzw. Abscheidung von leitfähigem Material 3 an den Wänden 20 bzw. Seitenwänden 21 zur Verbindung des Rückens 6 mit der Leitschicht 8 - das die Wand 20, die leitende Schicht bzw. die Plattierung 45 bildende Material 3 im Bereich der Grenzfläche 24 wieder entfernt ist oder wird, insbesondere durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren, bevorzugt Fräsen, oder per Laser o. dgl. Dies hat sich als besonders effizient zur Erzeugung der vorschlagsgemäßen Hohlleiteranordnung 1 erwiesen.
Die Oberflächenstruktur 9 des Rückens 9 wird vorzugsweise ausgehend von einem, insbesondere handelsüblichen, (HF-)Leiterplatten-Basismaterial durch Strukturierung der die Leitschicht 8 und/oder das Substrat 7 aufweisenden Seite strukturiert. Dies erfolgt besonders bevorzugt durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren, insbesondere Fräsen, per Laser o. dgl. Der Hohlraum 4 wird also vorzugsweise zumindest teilweise dadurch erzeugt, dass von einem (HF-)Leiterplatten-Basismaterial abschnittsweise die Leitschicht 8, das Substrat 7 und Teile des Rückens 6 entfernt werden. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zunächst die Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 in einem (HF-)Leiterplatten-Basismaterial gefertigt, indem die Leitschicht 8, das Substrat 7 und der Rücken 6 strukturiert werden. Im Anschluss liegt das Substrat 7 seitlich der strukturierten Bereiche offen und trennt entsprechend die Leitschicht 8 elektrisch vom Rücken 6.
Im Anschluss kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Leitschicht 8 und dem Rücken 6 hergestellt werden. Hierdurch entsteht die bereits zuvor beschriebene Wand 20 bzw. Plattierung 45. Dies kann durch Abscheiden von leitfähigem Material 3, insbesondere durch sogenanntes „Aufkupfern“, erfolgen.
Bevorzugt, jedoch nicht zwingend, werden insbesondere im Anschluss eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten an der Oberfläche abgeschieden. Insbesondere wird die leitfähige Oberfläche vergütet, passiviert und/oder vergoldet. Vorzugsweise wird hierdurch die zuvor erwähnte leitende Schicht bzw. Plattierung 45 gebildet. Dies bietet den Vorteil einer guten Langzeitstabilität durch Korrosionsschutz bei gleichzeitig geringen Oberflächenwiderständen, die für die Bildung von verlustarmen Hohlleiterstrukturen vorteilhaft sind.
Die Grenzfläche 24 wird im Anschluss vorzugsweise dadurch gebildet, dass die Wand 20, die leitende Schicht bzw. Plattierung 45 im Bereich einer Stirnseite des den substratintegrierten Wellenleiter 22 bildenden Substrats 7 entfernt wird. Auf diese Weise resultiert die zuvor bereits erläuterte Grenzfläche 24, in der das den substratintegrierten Wellenleiter 22 bildende Substrat 7 unmittelbar an den Hohlraum 4 angrenzt.
Die Bildung des Fensters bzw. der Grenzfläche 24 kann ebenfalls durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren erfolgen, besonders bevorzugt durch Fräsen.
Die Öffnung des Fensters bzw. Bildung der Grenzfläche 24 kann grundsätzlich auch zu einer anderen Phase des Herstellungsprozesses erfolgen, beispielsweise nach Bildung der Wände 20 bzw. Plattierung 45 und vor einem Vergoldungsprozess, so- dass im Bereich der Grenzfläche 24 kein leitfähiges bzw. metallisches Material 3 zum Zeitpunkt der Vergoldung vorliegt und bei einer bevorzugten galvanischen Vergoldung, Abscheidung von leitfähigem Material 3 oder sonstigen Passivierung kein leitfähiges Material 3 abgeschieden wird, sodass die Grenzfläche 24 die beschriebene Funktion behält oder erhält. Fig. 2A zeigt in einer vereinfachten schematischen Ansicht das Leiterplattenmaterial 5 im unbearbeiteten Zustand (auch Leiterplatten-Basismaterial oder PCB- Basismaterial genannt).
Das Leiterplattenmaterial 5 weist zumindest den Rücken 6 und die Leitschicht 8 auf. Diese können aneinander angrenzen oder, wie im Darstellungsbeispiel und bevorzugt, durch das Substrat 7 voneinander getrennt sein.
Die Leitschicht 8 ist mit dem Rücken 6 und/oder dem Substrat 7 vorzugsweise verbunden, was mit einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise mit Klebstoff, insbesondere einer Klebstoffschicht, odereinem sonstigen Haftvermittler erfolgen kann. Wenn das Substrat 7 und der Rücken 6 als separate Schichten realisiert sind, das Substrat 7 also nicht den Rücken 6 bildet oder umgekehrt, ist vorzugsweise das Substrat 7 auf einer Seite mit dem Rücken 6 und einer andern, vorzugsweise gegenüberliegenden, Seite mit der Leitschicht 8 verbunden, insbesondere auf gegenüberliegenden Flachseiten. Auch dies kann mit einem Klebstoff, alternativ bzw. teilweise jedoch auch durch eine sonstige stoffschlüssige Verbindung wie Schweißen o.dgl. erfolgen. So kann die Leitschicht 8 auf das Substrat 7 geklebt und das Substrat 7 mit dem Rücken 6 verklebt oder verschweißt sein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung grenzen die Leitschicht 8, der Rücken 6 und/oder das Substrat 7 auch dann (unmittelbar) aneinander an, wenn zwecks Verbindung eine Klebstoffschicht / Haftschicht o.dgl. zwischen der Leitschicht 8, dem Rücken 6 und/oder dem Substrat 7 angeordnet ist. Derartige Klebstoffe oder Haftvermittler sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt und sind im Zweifel dem Substrat 7 zuzuordnen bzw. bilden einen Teil des Substrats 7, insbesondere aufgrund der in der Regel elektrisch isolierenden Eigenschaften. Insofern kann das Substrat 7 mehrschichtig sein und neben einer im Querschnitt mittleren Hauptschicht eine oder mehrere der Leitschicht 8 und/oder dem Rücken 6 zugewandte Klebstoffschichten / Haftschichten aufweisen.
Davon abgesehen bestehen die Leitschicht 8, der Rücken 6 und/oder das Substrat 7 vorzugsweise aus einem homogenen Material. Das Substrat 7 kann auf der der Leitschicht 8 abgewandten Seite eine Metallschicht tragen, über die das Substrat 7 mit dem Rücken 6 verbunden, insbesondere verlötet ist oder wird. Aus anderer Perspektive handelt es sich hierbei um einen mehrschichtigen Rücken 6. Diese Metallschicht wiederum kann mit dem Substrat 7 verbunden sein, beispielsweise mittels eines Klebstoffs bzw. Haftvermittlers. Das Leiterplattenmaterial 5 kann also in einem Beispiel die Leitschicht 8 aufweisen, die mittels einer Klebstoffschicht mit dem Substrat 7 verbunden ist, das wiederum mittels einer Klebstoffschicht mit einer weiteren Metallschicht verbunden ist, die wiederum auf den Rücken (mittels einer Klebstoffschicht) geklebt, (mittels einer Lotschicht) gelötet oder geschweißt ist oder hierdurch Teil des Rückens 6 bildet.
Der Rücken 6 ist vorzugsweise plattenförmig und verläuft vorzugsweise vollständig in einer Ebene bzw. wird von ebenen Flachseiten begrenzt, die sich vorzugsweise entlang der Haupterstreckungsrichtung 19 des Rückens 6 erstrecken. Die ebenen Flachseiten sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, sodass der Rücken 6 eine zumindest im Wesentlichen ebene Platte mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Materialstärke ist. Dies ändert sich vorzugsweise nur in den Bereichen, in denen zu einem späteren Zeitpunkt die Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 gebildet ist oder wird, wie im Folgenden weiter beschrieben.
Die Leitschicht 8 verläuft vorzugsweise zumindest im Wesentlichen parallel zum Rücken 6 und/oder unterbrechungsfrei im unbearbeiteten Leiterplattenmaterial 5. Bei der Leitschicht 8 handelt es sich vorzugsweise ebenfalls um eine zumindest im Wesentlichen ebene Schicht mit zu seiner Haupterstreckungsebene zumindest im Wesentlichen parallel verlaufenden Flachseiten, die weiter bevorzugt parallel zu dem bzw. zu den Flachseiten des Rückens 6 verlaufen. Der Rücken 6 und die Leitschicht 8 sind also vorzugsweise parallel bzw. in parallelen Ebenen zueinander angeordnet.
Grundsätzlich kann der Rücken 6 das Substrat (Dielektrikum) 7 sein oder aufweisen. Der Rücken 6 kann also elektrisch isolierend sein und die Leitschicht 8 unmittelbar oder mittelbar tragen.
Bevorzugt und im Darstellungsbeispiel ist zwischen dem Rücken 6 und der Leitschicht 8 das Substrat 7 angeordnet, das ebenfalls in unbearbeiteten Bereichen in einer Ebene verläuft, ebene Flachseiten bzw. Begrenzungsflächen zum Rücken 6 einerseits und zur Leitschicht 8 andererseits aufweist und/oder eine zumindest im Wesentlichen konstante und vor der Bearbeitung zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfreie Schicht konstanter Materialstärke ist. Das Leiterplattenmaterial 5 ist entsprechend bevorzugt ein Sandwich-Aufbau aus dem Rücken 6, dem Substrat 7 und der Leitschicht 8.
Besonders bevorzugt ist der Rücken 6, der dem Leiterplattenmaterial 5 bevorzugt primär seine mechanische Stabilität verleiht, aus einem leitfähigen Material gebildet. Insbesondere handelt es sich, wie bereits zuvor erwähnt, um einen Metallrücken, beispielsweise aus Kupfer und/oder Messing.
Das Leiterplattenmaterial 5 vor seiner Bearbeitung, also das Leiterplatten-Basisma- terial, weist den Rücken 6 und die Leitschicht 8 sowie optional das Substrat 7 unmittelbar aneinander anliegend und miteinander verbunden auf. Dies schließt nicht aus, dass ein Verbund der Leitschicht 8 und des Substrats 7 vor der weiteren Bearbeitung zunächst auf einen Rücken 6 aufgezogen wird, also vollflächig mit dem Rücken 6 verbunden wird, sodass sich im Ergebnis der schematisch in Fig. 2A dargestellte Aufbau ergibt.
In Fig. 2B ist angedeutet, wie ausgehend von dem unbearbeiteten Leiterplattenmaterial 5 die Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 erzeugt wird. Im Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird mit einem Laser die Oberfläche des Rückens 6 strukturiert, indem Material entfernt wird, sodass die Materialstärke des Rückens 6 an der bearbeiteten Stelle reduziert ist oder wird. Vorzugsweise tangiert dies nicht die Oberfläche des Rückens 6 auf der der Leitschicht 8 abgewandten Seite. Die der Leitschicht 8 abgewandte Flachseite des Rückens 6 ist und bleibt also vorzugsweise zumindest im Wesentlichen eben bzw. verläuft weiterhin in einer Ebene, insbesondere unterbrechungsfrei.
Durch die Bearbeitung des Leiterplattenmaterials 5 wird vorzugsweise auch das über dem strukturierten Bereich des Rückens 6 befindliche Material entfernt. Im Fall des Schichtaufbaus mit dem Rücken 6, dem Substrat 7 und der Leitschicht 8 werden also vorzugsweise die Leitschicht 8, das Substrat 7 und Teile des Rückens 6 entfernt, sodass die Ausnehmung 10 gebildet wird, die sich von der Oberfläche der Leitschicht 8 bis in den Rücken 6 erstreckt. Dies gilt auch für den Fall, wenn kein Substrat 7 vorhanden sein sollte.
Die Ausnehmung 10 bzw. Oberflächenstruktur 9 weist vorzugsweise einen zumindest im Wesentlichen parallel zur Flaupterstreckungsrichtung/-ebene 19 des Leiterplattenmaterials 5 verlaufenden Boden und quer, insbesondere senkrecht, zu der Haupterstreckungsrichtung/-ebene 19 des Leiterplattenmaterials 5 verlaufende Flanken bzw. Wände 20 auf bzw. wird entsprechend hergestellt.
Die Ausnehmung 10 ist bzw. wird vorzugsweise in Form eines Sacklochs gebildet. Hierbei bildet der Rücken 6 den Boden und unmittelbar daran angrenzende Teile der seitlichen Begrenzung der Ausnehmung 10 bzw. Oberflächenstruktur 9.
Es versteht sich, dass die schematische Abbildung gemäß Fig. 2B nur exemplarisch für einen kleinen Ausschnitt der insgesamt üblicherweise gebildeten Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 steht. Insbesondere ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass die Verhältnisse der Schichtdicke des Rückens 6, des Substrats 7 und der Leitschicht 8 nicht maßstabsgetreu sind bzw. sein müssen.
Fig. 2C zeigt einen weiteren Bearbeitungsschritt des Leiterplattenmaterials 5 zur Bildung des Flohlraums 4. Der Flohlraum 4 wird vorzugsweise dadurch gebildet bzw. begrenzt, dass die Ausnehmung 10 mit den elektrisch leitfähigen Wänden 20 versehen wird, die das Substrat 7 vorzugsweise elektrisch leitend überbrücken bzw. die elektrisch leitfähigen Begrenzungsflächen 12 bzw. Teile hiervon bilden.
Bevorzugt wird das Leiterplattenmaterial 5 durch Abscheiden elektrisch leitfähigem Materials beschichtet. Besonders bevorzugt wird das Leiterplattenmaterial 5 plattiert, wie beispielhaft zuvor erläutert. Flierdurch kann die (jeweilige) Wand 20 gebildet werden. Im Darstellungsbeispiel ist die Beschichtung nur im Bereich der Ausnehmung 10 dargestellt. Sie kann sich jedoch über die Leitschicht 8 hinweg erstrecken.
Die (jeweilige) Wand 20 überdeckt vorzugsweise zumindest im Wesentlichen vollflächig leitend die zunächst nach der Bearbeitung, wie exemplarisch in Fig. 2B dargestellt, offene (Seiten- bzw. Stirn-)Fläche des Substrats 7. Im Fall, dass der Rücken 6, wie bevorzugt, elektrisch leitfähig ist, verbindet die Wand 21 also vorzugsweise die Leitschicht 8 leitend mit dem leitenden Rücken 6 und deckt hierbei die zunächst offen liegende Substratschicht 7 ab, verschließt sie also insbesondere mit elektrisch leitfähigem Material 3, bevorzugt vollständig.
Das elektrisch leitfähige Material 3, das die Wand 20 bildet, ist im Darstellungsbeispiel aus herstellungstechnischen Gründen auch zumindest im Wesentlichen vollflächig die Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 im Bereich des Rückens 6 überdeckend ausgebildet. Insbesondere kleidet das leitfähige Material 3, das die Wand 20 bildet, die Ausnehmung 10 zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfrei bzw. vollflächig aus. Optional, jedoch in Fig. 2C nicht dargestellt, kann sich das leitfähige Material auch über die Leitschicht 8 hinweg als zusätzliche Schicht erstrecken, kann also im Zuge der Herstellung vollflächig über der Leitschicht 8 (auf der dem Rücken 6 abgewandten Seite der Leitschicht 8) erzeugt werden. Hierbei werden dann vorzugsweise jedenfalls die im Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 2C gezeigten Wände 20 gebildet. Optional kann also die Schicht leitfähigen Materials 3 auf der Leitschicht 8 bzw. im Bodenbereich der Ausnehmung 10 bzw. der Oberflächenstruktur 9 gebildet, insbesondere abgeschieden sein oder werden.
Das leitfähige Material 3 bzw. die Wand/Wände 20 kann/können mehrschichtig sein, bevorzugt aufweisend eine - insbesondere durch Plattieren abgeschiedene - Metalllage, insbesondere Kupferlage, die wiederum oberflächlich mit einer Veredelung versehen, insbesondere vergoldet, wird oder ist. Die Veredelung kann nach der in Zusammenhang mit der in Fig. 2D erläuterten Öffnung des Substratfensters erfolgen oder vorher.
In Fig. 2D ist durch das elektrisch isolierende Substrat 7 zwischen dem elektrisch leitfähigen Rücken 6 und der Leitschicht 8 der substratintegrierte Wellenleiter 22 gebildet. Hierzu wird ein Abschnitt des Substrats 7 einerseits durch die Leitschicht 8 und den Rücken 6 leitend begrenzt und andererseits durch Schlitze bzw. Nuten 23, die vorzugsweise ebenfalls mit leitfähigem Material 3 versehen eine leitende seitliche Grenzfläche für das Substrat 7 bilden, die sich vorzugsweise unterbrechungsfrei zwischen der Leitschicht 8 und dem Rücken 6 erstreckt. Entsprechend ist im Bereich der Nuten 23 das Substrat 7 zu vier Seiten mit leitfähigem Material umgeben und in dem umgebenen Substrat 7 ist dann eine elektromagnetische Welle ausbreitungsfähig, sodass der substratintegrierte Wellenleiter 22 gebildet ist.
Es versteht sich, dass alternativ zu den Schlitzen bzw. Nuten 23 auch andere leitfähige Strukturen verwendet werden können, die vorzugsweise die Leitschicht 8 elektrisch leitend mit dem elektrisch leitfähigen Rücken 6 verbindet und seitliche elektrisch leitfähige Begrenzungsflächen für den hierdurch begrenzten Abschnitt des Substrats 7 bilden. Beispiele sind die Verwendung von Via-Reihen oder dergleichen statt der Nuten 23. Die Schlitze bzw. Nuten 23 können im Zuge der Bildung der elektrisch leitfähigen Wände 20 mit elektrisch leitfähigem Material 3, insbesondere dem gleichen oder demselben elektrisch leitfähigen Material 3, das auch zur Bildung der Wände 20 vorzugsweise abgeschieden wird, gefüllt oder zumindest teilweise gefüllt werden. Die gemeinsame Bildung der Wand 20 bzw. Wände 20 und der elektrisch leitfähigen seitlichen Begrenzungsflächen für den substratintegrierten Wellenleiter 22 ist ein vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Besonders bevorzugt werden die elektrisch leitfähigen, seitlichen Begrenzungen für die Bildung des substratintegrierten Wellenleiters 22 in einem gemeinsamen Prozess mit den Wänden 20 gebildet, insbesondere bei derselben Abscheidung von leitfähigem Material 3. Insbesondere wird jedenfalls der Abschnitt der Seite des Leiterplattenmaterials 5, in dem die Ausnehmung 10 und der (zu bildende) substratintegrierte Wellenleiter 22 bzw. die diesen begrenzenden Strukturen wie die Nuten 23 vorgesehen sind, gemeinsam plattiert. Hierbei kann die Oberfläche der Leitschicht 8 optional mit plattiert sein oder werden, was aus vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist.
Es ist bevorzugt, dass zwecks Ein- und/oder Auskopplung von elektromagnetischen Wellen 2 die Grenzfläche 24 des Substrats 7 gebildet bzw. geöffnet wird, über die das Substrat 7 unmittelbar an die Ausnehmung 10, die Oberflächenstrukturen 9 bzw. den Hohlraum 4 angrenzt. Die Grenzfläche 24 bildet hierbei ein Fenster zum Einund/oder Austreten elektromagnetischer Wellen 2 aus dem substratintegrierten Wellenleiter 22 in den Hohlraum 4 und/oder aus dem Hohlraum 4 in den substratintegrierten Wellenleiter 22. Eine Struktur zur Impedanzanpassung kann ergänzend vorgesehen sein, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beispielhaft erläutert.
Der Hohlraum 4 durchbricht den Rücken 6 vorzugsweise nicht. Der Rücken 6 ist und bleibt also vorzugsweise unterbrechungsfrei geschlossen.
Der Hohlraum 4 und/oder die den Hohlraum 4 bildende bzw. begrenzende Ausnehmung 10 erstreckt sich vorzugsweise schlitzartig bzw. nutartig vorrangig entlang der Haupterstreckungsrichtung bzw. in der Haupterstreckungsebene 19 des Leiterplattenmaterials 5. Insbesondere ist oder bildet die Ausnehmung 10 eine Nut bzw. einem länglichen Schlitz, die/der sich durch die Leitschicht 8 bis in den Rücken 6 erstreckt, vorzugsweise durch das Substrat 7 hindurch, und sich vorzugsweise in Richtung der Haupterstreckungsebene bzw. Haupterstreckungsrichtung 19 des Leiterplattenmaterials 5 länger erstreckt als senkrecht hierzu. Insbesondere handelt es sich bei der Oberflächenstruktur 9 bzw. Ausnehmung 10 also um eine Nut, die mit einer Abdeckung 11 abgedeckt den Hohlraum 4 bildet, in dem Moden in Richtung der Längserstreckung bzw. Haupterstreckung der Nut ausbreitungsfähig sind. Wände 20 und/oder Boden der nutförmigen Ausnehmung 10 bzw. Nut verlaufen vorzugsweise zumindest im Wesentlichen parallel oder senkrecht zur Haupterstreckungsebene bzw. Haupterstreckungsrichtung 19 des Leiterplattenmaterials 5.
Fig. 3 zeigt das Leiterplattenmaterial 5 und mindestens eine, im Darstellungsbeispiel zwei oder mehr, unterschiedliche Abdeckungen 11 , die (jeweils) zu dem Leiterplattenmaterial 5 derart korrespondieren, dass eine Montage dieser aneinander (jeweils) den Hohlraum 4 bzw. den mit dem Hohlraum 4 gebildeten Hohlleiter bildet oder bilden kann.
Die Hohlleiteranordnung 1 kann eine mit dem Leiterplattenmaterial 5 gebildete und insbesondere durch Strukturierung der Leitschicht 8 erzeugte Leiterbahn, insbesondere Streifenleitung 25, aufweisen. Die Leiterbahn bzw. Streifenleitung 25 kann der Herstellung einer elektrischen Verbindung, Signalverbindung und/oder dem Anschluss bzw. der Montage elektronischer Bauelemente dienen oder hierzu verwendet werden.
Die Streifenleitung 25 kann an einem Streifenleitungsende 26 einen Übergang 27 zur Kopplung mit dem substratintegrierten Wellenleiter 22 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Streifenleitung 25 an dem Streifenleitungsende 26 einen Übergang 27 zur Kopplung mit dem Hohlraum 4 bzw. hiermit gebildeten Hohlleiter aufweisen oder bilden (nicht dargestellt).
Die eine oder mehreren Leiterbahnen bzw. Streifenleitungen 25 ist/sind/werden vorzugsweise mittels Strukturierung der Leitschicht 8 hergestellt. Insbesondere handelt es sich um eine oder mehrere Mikrostreifenleitungen, für die der Rücken 6 als Bezugselektrode bzw. Massefläche fungiert, der von der oder den in der Leitschicht 8 oder durch Strukturierung der Leitschicht 8 gebildeten Streifenleitung(en) 25 durch das Substrat 7 (Dielektrikum) getrennt ist.
Die Leiterbahnen bzw. Streifenleitung(en) 25 kann/können dazu verwendet werden, beispielsweise über ein oder mehrere Bonddrähte, Flip-Chip-Verbindungen o. dgl. mit einem Halbleiter-Bauelement verbunden zu werden, insbesondere mit dessen Ausgängen zum Senden und/oder Eingängen zum Empfangen von Signalen. Die Signale können durch Einkoppeln in den substratintegrierten Wellenleiter 22 bzw. den Hohlraum 4 die elektromagnetische Welle 2 bilden oder, umgekehrt, die Signale können aus der elektromagnetischen Welle 2 aus dem Hohlraum 4 bzw. dem substratintegrierten Wellenleiter 22 in der Streifenleitung 25 erzeugt werden.
Während Streifenleitungen 25, die auch als differenzielle Streifenleitungen ausgeführt sein können, zumindest im Wesentlichen nur mit dem Leiterplattenmaterial 5 realisiert werden, wird der Hohlraum 4 zur Bildung des Hohlleiters der Hohlleiteranordnung 1 vorzugsweise durch die Kombination eines im Leiterplattenmaterial 5 gebildeten Teils des Hohlraums 4 mit einem in der Abdeckung 11 gebildeten Teils des Hohlraums 4 gebildet. Die entsprechende Oberflächenstruktur 9 des Leiterplattenmaterials 5 bzw. Rückens 6 und die vorzugsweise hierzu korrespondierende und/oder komplementäre Oberflächenstruktur 17 der (jeweiligen) Abdeckung 11 ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Abdeckung 11 kann in vorteilhafter Weise ebenfalls mit oder aus Leiterplattenmaterial 5 gebildet sein, oder, wie im Darstellungsbeispiel, aus einem strukturierten, elektrisch leitfähigen (Voll-)Material.
Die Hohlleiteranordnung 1 kann einen Orthomoden-Transducer 28 aufweisen. Der Orthomoden-Transducer 28 ist insbesondere in den Fig. 4 bis 6 dargestellt.
Ein Orthomoden-Transducer 28 ist ein vorzugsweise in Hohlleitertechnik gebildetes Bauelement, oftmals OMT abgekürzt und auch Orthomodenkoppler genannt, das zirkular polarisierte Wellen aufteilt bzw. orthogonal polarisierte Wellen zusammenführt. Der Orthomoden-Transducer 28 bildet vorliegend vorzugsweise ein mit dem Leiterplattenmaterial 5 bzw. Rücken 6 gebildetes Hohlleiter-Funktionselement 14.
Der Orthomoden-T ransducer 28 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist vorzugsweise zumindest teilweise durch den durch das Leiterplattenmaterial 5 bzw. den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 und/oder den hierdurch begrenzten Hohlraum 4 gebildet. Im Übrigen kann er durch eine korrespondierende oder komplementäre Oberflächenstruktur 17 der Abdeckung 11 gebildet oder ergänzt sein oder werden.
Die Hohlleiteranordnung 1 kann mehrere, insbesondere in Reihe geschaltete Hohlleiter-Funktionselemente 14 aufweisen. Insbesondere sind die Hohlleiter-Funktions- elemente 14 jeweils oder durchgehend zumindest teilweise durch das Leiterplattenmaterial 5, insbesondere die Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 gebildet.
Besonders bevorzugt ist hierbei die Realisierung einer Anpassungsstruktur 15 gefolgt von einem weiteren Hohlleiter-Funktionselement 14, im Darstellungsbeispiel dem Orthomoden-Transducer 28.
Insbesondere ist eine Kombination bevorzugt, bei der dasselbe Leiterplattenmaterial 5 den substratintegrierten Wellenleiter 22, einen Übergang hiervon zu dem Hohlraum 4 und, gebildet durch den Hohlraum 4 bzw. den hiermit gebildeten Hohlleiter, ein oder mehrere Hohlleiter-Funktionselemente 14, die ausgehend von dem substratintegrierten Wellenleiter 22 nacheinander als Hohlleiter-Funktionselemente 14 realisiert sind, aufweist oder bildet.
Im Darstellungsbeispiel folgt auf den Übergang zwischen dem substratintegrierten Wellenleiter 22 und dem Hohlraum 4 zunächst die Anpassungsstruktur 15 und dann, optional bzw. beispielhaft für ein Hohlleiter-Funktionselement 14, der Orthomoden- Transducer 28 bzw. ein Eingang 29 des Orthomoden-Transducers 28.
Der Orthomoden-Transducer 28 wird besonders bevorzugt über die zumindest teilweise durch den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildete Anpassungsstruktur 15 mit dem bevorzugt ebenfalls zumindest teilweise durch den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildeten substratintegrierten Wellenleiter 22 gekoppelt. Die Anpassungsstruktur 15 ist also vorzugsweise zwischen dem substratintegrierten Wellenleiter 22 und dem Orthomoden-Transducer 28 angeordnet.
Die Hohlleiteranordnung 1 weist besonders bevorzugt mindestens zwei, vorzugsweise mindestens oder genau drei, mit dem Rücken 6 gebildete Anpassungsstrukturen 15 auf, die jeweils einen Eingang 29 des Orthomoden-Transducers 28 mit einem substratintegrierten Wellenleiter 22 koppeln.
Fig. 3 zeigt zwei unterschiedlich ausgebildete Abdeckungen 11 , die jeweils zu derselben Oberflächenstruktur 9 des Leiterplattenmaterials 5 des Rückens 6 des Leiterplattenmaterials 5 korrespondieren. In dem Zusammenhang ist bevorzugt, dass die Eigenschaften des durch den Hohlraum 4 gebildeten Hohlleiters davon abhängen und dadurch variiert werden können, dass derselbe Rücken 6 aufweisend dieselbe Oberflächenstruktur 9 mit unterschiedlichen Abdeckungen 11 kombiniert unterschiedliche Hohlräume 4 bzw. hierdurch gebildete Hohlleiter bilden.
In einem besonders vorteilhaften Verfahren wird eine bevorzugt wie zuvor beschriebene Hohlleiteranordnung 1 hergestellt, wobei das Leiterplattenmaterial 5 mit dem Rücken 6, der die Oberflächenstruktur 9 aufweist, mit einer von mehreren, verfügbaren, unterschiedlichen Abdeckungen 11 zur Bildung eines Hohlraums 4 eines Hohlleiters kombiniert wird.
Mit anderen Worten wird die Hohlleiteranordnung 1 aus dem Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 und einer von mehreren, unterschiedlichen, jeweils zur Bildung eines Hohlleiters mit dem Rücken 6 unmittelbar oder mittelbar verbindbaren Abdeckungen 11 kombiniert.
Hierbei sind die Abdeckungen 11 jeweils dazu ausgebildet, durch Verbindung mit dem Rücken 6 den Hohlraum 4 aufweisende Hohlleiter unterschiedlicher Wellenleitungseigenschaften bzw. mit unterschiedlichen Hohlleiter-Funktionselementen 14 zu bilden.
Durch Auswahl, Verwendung oder Austausch einer Abdeckung 11 und Verbinden dieser mit dem Leiterplattenmaterial 5 bzw. Rücken 6 wird entsprechend ein Hohlleiter mit den durch Wahl der Abdeckung 11 wählbaren Wellenleitungseigenschaften erzeugt. Insbesondere kann die Anpassung oder können die Eigenschaften von Hohlleiter-Funktionselementen durch die Auswahl einer der mehreren unterschiedlichen Abdeckungen 11 konfiguriert werden. Insbesondere ist es möglich, durch Wahl einer von mehreren Abdeckungen 11 unterschiedliche Hohlleiter-Funktionselemente 14 zu bilden oder deren Eigenschaften zu beeinflussen.
Allgemeiner ausgedrückt betrifft also ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System basierend auf einer zur Bildung eines Hohlleiters ausgebildeten Oberflächenstruktur 9 eines Leiterplattenmaterials 5 und mehreren alternativen Abdeckungen 11 , die zur Bildung unterschiedlicher Hohlräume 4 bzw. Hohlleiter-Funktionselementen 14 mit der Oberflächenstruktur 9 ausgebildet sind.
Im Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist eine der unterschiedlichen Abdeckungen 11 , in Fig. 3 insbesondere die untere Abdeckung 11 , mit einer Oberflächenstruktur 17 ausgestattet, durch die lediglich ein nach außen offener Hohlraum 4 bzw. Hohlleiter mit nur einer Öffnung 32 gebildet wird, wenn diese Abdeckung 11 mit dem Leiterplattenmaterial 5 verbunden wird. In diesem Fall ist bevorzugt, dass im Ausführungsbeispiel der Orthomoden-Transducer 28, der mit entsprechenden, zueinander korrespondierenden Oberflächenstrukturen 9, 17 des Rückens 6 und der Abdeckung 11 gebildet wird, dazu ausgebildet ist, in den Hohlraum 4 von außen eingeleitete elektromagnetische Wellen 2 in insbesondere horizontale und vertikale Komponenten getrennt weiterzuleiten. Die Weiterleitung erfolgt bevorzugt über Anpassungsstrukturen 15 und/oder substratintegrierte Wellenleiter 22, wie grundsätzlich zuvor bereits erläutert.
Bei Wahl einer alternativen Abdeckung 11 , in Fig. 3 insbesondere die obere Abdeckung 11 , kann eine Hohlleiteranordnung 1 mit anderer Funktion realisiert werden. Hierbei können drei Öffnungen 32 und mindestens ein Hohlraum 4 gebildet werden. Weitere Oberflächenstrukturen 17 können optional nur durch die Leitschicht 8 begrenzt sein, wobei jedenfalls ein Hohlraum 4 mit dem Leiterplattenmaterial 5 gebildet ist. Weitere Hohlräume können durch Oberflächenstrukturen 17 gebildet sein, die seitens des Leiterplattenmaterials 5 nur durch die Leitschicht 8 begrenzt sind. Hierdurch können mehrere Hohlräume 4 bzw. Hohlleiter gebildet sein, insbesondere mit jeweils einer Öffnung 32. Im Darstellungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zuvor einen Teil des Orthomoden-Transducers 28 bildende Oberflächenstruktur 9 des Leiterplattenmaterials 5 bzw. Rückens 6 nun die Funktion eines Orthomoden-Transducers 28 nicht mehr erfüllt oder realisiert. Stattdessen wird die Oberflächenstruktur 9 des Leiterplattenmaterials 5 bzw. Rückens 6 durch die Abdeckung 11 bzw. deren Oberflächenstruktur 17 derart ergänzt, dass eine andere Funktion erfüllt wird, beispielsweise eine Anpassung oder lediglich Durchleitung oder Filterung elektromagnetischer Wellen 2.
Alternativ oder zusätzlich können entsprechend die weiteren Öffnungen 32 von Hohlräumen 4 dazu benutzt werden, separate elektromagnetische Wellen 2 in getrennte Hohlräume 4 einzukoppeln.
Im Ergebnis können im Darstellungsbeispiel durch Auswahl oder Austausch der Abdeckung 11 mit demselben Leiterplattenmaterial 5 mit derselben Oberflächenstruktur 9 völlig unterschiedliche Funktionen erreicht werden, beispielsweise die Bildung einer zirkularpolarisierten elektromagnetischen Welle 2 durch Zusammenführen von orthogonal zueinander linear polarisierten elektromagnetischen Wellen 2 im einen Fall oder eine mehrkanalige Sende- und/oder Empfangsfunktion im anderen Fall. Die Hohlleiteranordnung 1 weist vorzugsweise, insbesondere in Abhängigkeit von der Wahl der Abdeckung 11 , mehrere voneinander getrennte Hohlräume 4, Hohlleiter-Funktionselemente 14, substratintegrierte Wellenleiter 22 und/oder Streifenleitungen 25 auf. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, unterschiedliche Hohlleiter- Funktionen in Abhängigkeit von der Wahl einer entsprechenden Abdeckung 11 zu realisieren, diese jedoch alternativ oder zusätzlich, bevorzugt ebenfalls in Abhängigkeit von der Wahl der Abdeckung 11 , zu (komplexeren) Funktionen zu kombinieren.
Dieser Gedanke ist nicht beschränkt auf das konkrete Ausführungsbeispiel, da sowohl andere Hohlleiter-Funktionselemente 14 als auch eine andere Kombination derselben oder ähnlicher Hohlleiter-Funktionselemente 14 in vorteilhafter Weise unter Verwendung des Leiterplattenmaterials 5 bzw. Rückens 6 und insbesondere der hiermit gebildeten Oberflächenstruktur 9 erzeugt werden können.
Zur Bildung der Hohlleiteranordnung 1 weist das Leiterplattenmaterial 5 und insbesondere der Rücken 6 vorzugsweise ein oder mehrere Montage- und/oder Justiermittel 30 auf. Im Darstellungsbeispiel handelt es sich um Ausnehmungen oder Durchbrechungen, insbesondere Bohrungen, Gewindebohrungen, Nuten, Federn, Zapfen und/oder dergleichen.
Die Abdeckung(en) 11 weist/weisen vorzugsweise hierzu (gleiche) korrespondierende oder komplementäre Montage- und/oder Justiermittel 31 auf. Entsprechende Techniken, ein Split-Bock-Unterteil, das vorliegend durch das Leiterplattenmaterial 5 gebildet sein kann, mit einem Split-Block-Oberteil, das vorliegend bevorzugt durch die Abdeckung 11 odereine der Abdeckungen 11 gebildet ist, passgenau zueinander zu fügen, um den Hohlraum 4 bzw. hiermit den Hohlleiter zu bilden, sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt und können in entsprechender Weise vorliegend angewendet werden.
Eine Besonderheit in diesem Zusammenhang ist die bevorzugte Verwendung des Leiterplattenmaterials 5 und insbesondere des Rückens 6 zur Bildung eines Montage- und/oder Justiermittels 30 bzw. dass das Leiterplattenmaterial 5 bzw. der Rücken 6 dieses aufweist. In vorteilhafter weise ist es dadurch, dass das Leiterplattenmaterial 5 bzw. der Rücken 6 das Montage- und/oder Justiermittel 30 aufweist, möglich, eine besonders kompakte Bauform zu erreichen. Fig. 4 zeigt in einer ausschnittsweisen, perspektivischen Darstellung die Hohlleiteranordnung 1 mit Blick auf die Außenfläche 1 A bzw. in den Hohlraum 4, insbesondere durch die Öffnung 32. Zu erkennen sind im Hohlraum 4 angeordnete Komponenten des optionalen Orthomoden-Transducers 28, Teile der Anpassungsstruktur 15 und die Grenzfläche 24, die den Übergang zur Kopplung der elektromagnetischen Wellen 2 aus dem Hohlraum 4 in das Substrat 7 des substratintegrierten Wellenleiters 22 ermöglicht.
Im Darstellungsbeispiel grenzt an die Öffnung 32 zunächst ein Hohlleiterabschnitt 33, der lediglich die Funktion erfüllt, die elektromagnetische Welle 2 zu leiten.
Der Orthomoden-Transducer 28 weist ein Rückenelement 34 auf, das, vorzugsweise zusammen mit den weiteren, zusammenfassend den Hohlraum 4 bildenden Strukturen, die Funktion des Orthomoden-Transducers 28 bewirkt. Das Rückenelement 34 ist insbesondere in Fig. 5 dargestellt.
Das Rückenelement 34 vorzugsweise stegartig ausgebildet ist und/oder ragt stegartig in den Hohlraum 4 hinein. Vorzugsweise weist das Rückenelement 34 eine oder mehrere Stufen auf.
Der Orthomoden-Transducer 28 mit seinem Rückenelement 34 ist im Darstellungsbeispiel getrennt von der Anpassungsstruktur 15 realisiert, die sich zwar unmittelbar an die Struktur des Orthomoden-Transducers 28 mit seinem Rückenelement 34 anschließt, hier jedoch nicht überlappt. Eine Anpassung ist also an der Grenze zwischen der Anpassungsstruktur 15 und dem Rückenelement 34 des Orthomoden- Transducers 28 bereits zumindest im Wesentlichen erfolgt. Entsprechend kann der Orthomoden-Transducer 28 bedarfsweise entfallen.
Die Öffnung 32 der Hohlleiteranordnung 1 zur Ein- und/oder Auskopplung der elektromagnetischen Wellen 2 kann unmittelbar verwendet werden, beispielsweise zur Ein- und/oder Auskopplung der elektromagnetischen Wellen 2 in ein bzw. aus einem Hohlleiterelement 35 und/oder in eine bzw. aus einer Antenne 36. Das Hohlleiterelement 35 und/oder die Antenne 36 kann/können mittels eines oder mehrerer Befestigungsmittel 37 an der Hohlleiteranordnung 1 befestigt werden. Beispielsweise ist ein Anschrauben möglich. Im Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind das Hohlleiterelement 35 bzw. die Antenne 36 lediglich verkleinert und schematisch angedeutet. Grundsätzlich können bedarfsweise zahlreiche unterschiedliche, mit Hohlleitern kompatible Anbauteile mit der vorschlagsgemäßen Hohlleiteranordnung 1 kombiniert werden. Die lediglich schematisch dargestellten Anbauteile in Form des Hohlleiterelements 35 bzw. der Antenne 36 sind daher lediglich Beispiele.
Die Antenne 36 kann insbesondere eine wie in der WO 2009/100891 A1 beschrieben ausgebildete dielektrische Antenne sein. Durch eine solche dielektrische Antenne lässt sich insbesondere auf einfache Weise eine kompakte Antenne mit hoher Apertureffizienz realisieren.
Die in der WO 2009/100891 A1 beschriebene Antenne wird nachfolgend als dielektrische Antenne 38 bezeichnet. Die dielektrische Antenne 38 ist insbesondere in Fig. 7 und 8 dargestellt.
Die dielektrische Antenne 38 weist ein Kopplungselement 39 zur Ein- und/oder Auskopplung von elektromagnetischen Wellen 2 in die bzw. aus der dielektrischen Antenne 38 und eine aus einem dielektrischen Material bestehende Linse 40 auf.
Die dielektrische Antenne 38 ist vorzugsweise zum, insbesondere gleichzeitigen, Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen 2 ausgebildet.
Die Antenne 38 bzw. Linse 40 weist vorzugsweise einen Sendebereich 41 zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen 2 auf. Der Sendebereich 41 ist vorzugsweise auf einer dem Kopplungselement 39 abgewandten Seite der Linse 40 angeordnet.
Die Funktionsweise der dielektrischen Antenne 38 beruht insbesondere darauf, dass über das Kopplungselement 39 elektromagnetische Wellen 2 in die Linse 40 eingekoppelt werden, die sich dann in der Linse 40 ausbreiten und mit dem Sendebereich 41 abgestrahlt werden. Umgekehrt treffen beim Empfangen elektromagnetische Wellen auf den Sendebereich 41 , der in diesem Fall als Empfangsbereich fungiert, werden durch die Linse 40 zu dem Kopplungselement 39 weitergeleitet bzw. auf das Kopplungselement 39 gebündelt und dort aus der Linse 40 bzw. Antenne 38 ausgekoppelt. Die Linse 40 ist - zumindest im Sendebereich 41 - zumindest im Wesentlichen el- lipsoidal geformt.
Die Antenne 38 bzw. Linse 40 weist vorzugsweise eine Hauptachse 42 auf. Vorzugsweise ist die Antenne 38 bzw. Linse 40 symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, zu der Hauptachse 42 ausgebildet. Die Hauptachse 42 bildet vorzugsweise eine Haupt- bzw. Symmetrieachse des durch den Sendebereich 41 definierten Ellip- soids.
Vorzugsweise ist der Sendebereich 41 zu dem Kopplungselement 39 so angeordnet, dass die von der Linse 40 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen 2 in der Haupt- abstrahlrichtung 43 der Antenne 38 eine zumindest im Wesentlichen ebene Phasenfront 44 aufweisen.
Die Phasenfront 44 ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. In Fig. 7 ist ferner angedeutet, wie sich ausgehende von dem schematisch dargestellten Kopplungselement 39 die elektromagnetischen Wellen 2 innerhalb der Linse 40 ausbreiten und an der el- lipsoidal geformten Berandung der Linse 40 im Sendebereich 41 gemäß den Gesetzen der Wellenoptik gebrochen wird und im Wesentlichen in die Hauptabstrahlrich- tung 43 von der Linse 40 abgestrahlt wird.
Bei anderen, hier nicht näher dargestellten Ausführungsformen der dielektrischen Antenne 38 definiert der Sendebereich der Linsen jeweils mehrere Ellipsen, deren Hauptachsen im Wesentlichen koaxial ausgerichtet sind. Die Ellipsen haben insbesondere dann einen Brennpunkt im Wesentlichen gemeinsam, weil sich dadurch die gewünschten Eigenschaften der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung erzielen lassen.
Das Kopplungselement 39 ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen in einem Brennpunkt des durch den zumindest ellipsoidal geformten Sendebereich 41 der Linse 40 definierten Ellipsoids angeordnet ist, weil sich die Brennpunkteigenschaft des ellipsoidal geformten Sendebereichs 41 der Linse 40 im Zusammenhang mit den geometrisch-optischen Brechungseigenschaften elektromagnetischer Wellen 2 an der Berandung der Linse 40 bzw. an der dielektrischen Sprungkante des dielektrischen Materials der Linse 40 zur Umgebung der Linse 40 besonders vorteilhaft ausnutzen lassen. Insbesondere ist das Kopplungselement 39 dazu ausgebildet, elektromagnetische Wellen 2 von dem Hohlleiter bzw. Hohlraum 4 der Hohlleiteranordnung 1 in die dielektrische Antenne 38 bzw. Linse 40 einzukoppeln und/oder von der dielektrischen Antenne 38 bzw. Linse 40 in den Hohlleiter bzw. Hohlraum 4 einzukoppeln. Der Hohlraum 4 ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Hauptachse 42 angeordnet.
Verschiedene Ausführungsformen des Kopplungselements 39, die auch bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind in der WO 2009/100891 A1 insbesondere mit Bezug auf die Figuren 4 bis 7 beschrieben.
In vorteilhafter Weise kann durch die zuvor beschriebenen Maßnahmen die Hohlleiteranordnung 1 als flaches bzw. flächiges, kompaktes Modul konstruiert werden. Insbesondere ist die Hohlleiteranordnung 1 dünner als 3 cm, bevorzugt dünner als 2 cm, insbesondere dünner als 1 ,5 cm. Dies ermöglicht es, die Hohlleiteranordnung 1 durch Aufstecken auf oder Einstecken in eine sonstige Struktur wie eine Antenne 36 ein ausgesprochen kompaktes System zu bilden.
Eine Montage von Anbauteilen an der Hohlleiteranordnung 1 zur Ein- und/oder Auskopplung elektromagnetischer Wellen 2 in den bzw. aus dem Hohlraum 4 kann in solchen Fällen besonders vorteilhaft auch zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der gesamten Hohlleiteranordnung 1 , die vorzugsweise der Haupterstreckungsrichtung 19 des Leiterplattenmaterials 5 entspricht, erfolgen.
Beispielsweise kann die Hohlleiteranordnung 1 in vorteilhafter Weise in eine beispielsweise schlitzartige Aufnahme eines Anbauteils wie einer Antenne 36 eingesetzt werden und das Anbauteil kann dann durch quer oder senkrecht zum Leiterplattenmaterial 5 bzw. zur Hohlleiteranordnung 1 verlaufende Befestigungsmittel (nicht dargestellt) befestigt, justiert und/oder montiert werden.
Die Anbauteile in Form des Hohlleiterelements 35 und/oder der Antenne 36, wie sie beispielhaft in Fig. 4 dargestellt sind, könnten ebenfalls entsprechend modifiziert werden derart, dass ein Montagebereich vorgesehen wird, der die Hohlleiteranordnung 1 auf unterschiedlichen, bezogen auf die Haupterstreckungsrichtung bzw. Haupterstreckungsebene 19 gegenüberliegenden Seiten zwecks Befestigung umgreift. Fig. 5 zeigt den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 ohne Substrat 7 und Leitschicht 8. Zu erkennen ist, dass die Anpassungsstruktur 15 zumindest teilweise in dem Rücken 6, insbesondere durch Ausnehmungen, gebildet ist. Entsprechendes gilt vorzugsweise für weitere oder alle Hohlleiter-Funktionselemente 14 der Hohlleiteranordnung 1 , die jeweils zumindest teilweise durch das Leiterplattenmaterial 5 bzw. den Rücken 6 gebildet sind.
Ein weiteres Beispiel für den Teil eines Hohlleiter-Funktionselements 14, das mit o- der in dem Rücken 6, insbesondere durch Ausnehmung, gebildet ist, ist der Ortho- moden-Transducer 28. Auch hier diesbezüglich ist zu erkennen, dass im konkreten Ausführungsbeispiel der Orthomoden-Transducer 28 von der Anpassungsstruktur 15 getrennt realisiert ist und diese hintereinander geschaltet im Hohlraum 4 gebildet sind. Hier sind jedoch auch andere Lösungen möglich.
Fig. 6 zeigt eine Explosionsdarstellung des vorschlagsgemäßen Leiterplattenmaterials 5 zur Bildung der Hohlleiteranordnung 1. Im Hinblick auf die Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 wird auf die Erläuterungen zu Fig. 5 verwiesen.
Darüber hinaus ist das Substrat 7 vorzugsweise derart fluchtend mit der übrigen Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 bzw. dem Teil davon, der den Hohlraum 4 seitlich begrenzt, gebildet bzw. durch eine zumindest im Wesentlichen ebene Wand 20 als leitende Schicht bzw. Plattierung 35 belegt, dass der in Fig. 6 abgerückt dargestellte Abschnitt der Wand 20, leitenden Schicht bzw. Plattierung 45 das Substrat 7 vollständig leitend überdeckt. Hierdurch kann der Hohlraum 4 im Ergebnis vollständig durch das leitfähige Material 3 umgeben sein und entsprechend einen Hohlleiter zur Leitung der elektromagnetischen Wellen 2 in dem Hohlraum 4 bilden.
Die Leitschicht 8 ist im Bereich der Hohlleiter-Funktionselemente 14 vorzugsweise fluchtend mit den Wänden 20 durchbrochen und bildet eine zumindest im Wesentlichen ebene Oberfläche zur Verbindung bzw. zum Anlegen und besonders bevorzugt flächigen Anlegen der Abdeckung 11 zur Bildung der Hohlleiteranordnung 1. Hierbei ist die Leitschicht 8 vorzugsweise wie das Substrat 7 und seitliche Begrenzungsflächen des Rückens 6 miteinander fluchtend gebildet, insbesondere strukturiert.
Hohlleiter-Funktionselemente 14 wie die Anpassungsstruktur 15 kann/können in dem Leiterplattenmaterial 5 bzw. in dem Rücken 6 zumindest im Wesentlichen spiegelbildlich in Bezug auf die Haupterstreckungsrichtung 19 bzw. Haupterstreckungsebene gebildet sein. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Ebene, in der das Substrat 7 angeordnet ist und insbesondere eine das Substrat 7 halbierende Ebene eine Spiegelebene für die Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 und die Oberflächenstruktur 17 der Abdeckung 11 bildet, zumindest abschnittsweise oder teilweise.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Vollständig in die Kombination des PCB Leiterplattenmaterials 5 und der Abdeckung 11 integrierte oder integrierbare Antenneneinkopplung bzw. Antenneneinkopplungsstruktur mit OMT- Funktionalität vorgeschlagen. Diese besteht bzw. funktionsbestimmende Komponenten sind in vorteilhafter Weise vorzugweise mit nur zwei Teile, nämlich das vorschlagsgemäß strukturierte, einstückige PCB-Leiterplattenmaterial 5 und die einstückige Abdeckung 11 - anstatt dass die Funktion, wie zuvor üblich, aus vielen Einzelteilen zusammengesetzt ist oder wird.
Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Erfindung können getrennt voneinander oder in unterschiedlichen Kombinationen miteinander kombiniert werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung, die getrennt realisiert oder mit den erläuterten Aspekten kombiniert werden können, betreffen:
1. Hohlleiteranordnung 1 zum Leiten elektromagnetischer Wellen 2 in einem von leitfähigem Material 3 umgebenen Hohlraum 4, wobei die Hohlleiteranordnung 1 ein Leiterplattenmaterial 5 aufweist, das einen vorzugsweise plattenförmigen Rücken 6 und eine Leitschicht 8 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken 6 eine, bevorzugt durch mindestens eine Ausnehmung 10 gebildete, Oberflächenstruktur 9 aufweist, durch die der wellenführende Hohlraum 4 zumindest teilweise unmittelbar begrenzt ist; und/oder dass der Hohlraum 4 in Split-Block-Technologe durch Verbinden des Leiterplattenmaterials 5 als Split-Block-Unterteil mit einer korrespondierenden Abdeckung 11 als Split-Block-Oberteil gebildet ist.
2. Hohlleiteranordnung nach Aspekt 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken 6 zumindest überwiegend aus einem elektrisch leitfähigen Material 3 besteht und das Leiterplattenmaterial 5 zumindest abschnittsweise zwischen dem Rücken 6 und der Leitschicht 8 ein elektrisch isolierendes Substrat 7 aufweist oder dass der Rücken 6 ein elektrisch isolierendes Substrat 7 bildet.
3. Hohlleiteranordnung nach Aspekt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiteranordnung 1 ein Hohlleiter-Funktionselement 14 aufweist, wobei das Hohlleiter-Funktionselement 14 zumindest teilweise durch den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildet ist.
4. Hohlleiteranordnung nach Aspekt 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlleiter-Funktionselement 14 eine Anpassungsstruktur 15 ist, vorzugsweise wobei die Anpassungsstruktur 15 Stufen 6 aufweist, die zumindest teilweise durch den oder in dem Rücken 6 gebildet sind.
5. Hohlleiteranordnung nach einem der voranstehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung 11 eine Oberflächenstruktur 17 aufweist, die zu dem Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 derart korrespondiert, dass die Kombination von Leiterplattenmaterial 5 und Abdeckung 11 den Hohlraum 4 umgibt, wodurch der Hohlleiter, vorzugsweise Rechteckhohlleiter 18, gebildet ist, vorzugsweise wobei die Oberflächenstruktur 17 der Abdeckung 11 und die Oberflächenstruktur 9 des Rückens 6 jeweils Stufen 16 aufweisen, die in Kombination eine Anpassungsstruktur 15 bilden.
6. Hohlleiteranordnung nach einem der voranstehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschicht 8 und das Substrat 7 in dem Teil des Leiterplattenmaterials 5 zumindest im Wesentlichen entfernt sind und/oder der Rücken 6 in dem Teil substratseitig freigelegt ist, in dem der Rücken 6 den Hohlraum 4 unmittelbar begrenzt.
7. Hohlleiteranordnung nach einem der voranstehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschicht 8 mit dem Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Leiterplattenmaterials 5 durch elektrisch leitfähige Wände 20 elektrisch verbunden sind, wobei die Wände 20 den Hohlraum 4 seitlich begrenzen, sodass ein Rechteckhohlleiter 18 gebildet ist, vorzugsweise wobei die Wände 20 mit Seitenwänden 21 der Abdeckung 11 fluchten, wodurch diese zusammen den Hohlraum 4 seitlich begrenzen und auf diese Weise den Rechteckhohlleiter 18 bilden. 8. Hohlleiteranordnung nach einem der voranstehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiteranordnung 1 in dem Leiterplattenmaterial 5 einen substratintegrierten Wellenleiter 22 autweist, vorzugsweise wobei der substratintegrierte Wellenleiter 22 mit dem Hohlraum 4 gekoppelt ist.
9. Hohlleiteranordnung nach Aspekt 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungsfläche 12 des substratintegrierten Wellenleiters 22 und des Hohlraums 4 einstückig durch den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildet ist.
10. Hohlleiteranordnung nach Aspekt 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der substratintegrierte Wellenleiter 22 mit einer, vorzugsweise zu allen Seiten an elektrisch leitfähiges Material 3 angrenzenden und/oder stirnseitigen, Grenzfläche 24 unmittelbar an den Hohlraum 4 des Hohlleiters angrenzt.
11. Hohlleiteranordnung nach einem der voranstehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiteranordnung 1 eine mit dem Leiterplattenmaterial 5 gebildete Streifenleitung 25 aufweist, die an einem Streifenleitungsende 26 einen Übergang 27 zur Kopplung mit dem substratintegrierten Wellenleiter 22 und/oder Hohlleiter aufweist oder bildet.
12. Hohlleiteranordnung nach einem der voranstehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiteranordnung 1 als Hohlleiter-Funktionselement 14 einen Orthomoden-T ransducer 28 aufweist, der zumindest teilweise durch den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildet ist.
13. Hohlleiteranordnung nach Aspekt 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Orthomoden-T ransducer 28 über eine zumindest teilweise durch den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildete Anpassungsstruktur 15 mit einem zumindest teilweise durch den Rücken 6 des Leiterplattenmaterials 5 gebildeten substratintegrierten Wellenleiter 22 gekoppelt ist; vorzugsweise wobei die Hohlleiteranordnung 1 mindestens zwei, vorzugsweise mindestens oder genau drei, mit dem Rücken 6 gebildete Anpassungsstrukturen 15 autweist, die jeweils einen Eingang 27 des Orthomoden- Transducers 28 mit einem substratintegrierten Wellenleiter 22 koppeln.
14. System aus einer Hohlleiteranordnung 1 nach einem der voranstehenden Aspekte und einem Anbauteil zur Ein- und/oder Auskopplung von elektromagnetischen Wellen 2 in den bzw. aus dem Hohlraum 4 der Hohlleiteranordnung 1 , wobei das Anbauteil mit der Hohlleiteranordnung 1 verbindbar bzw. an den Hohlraum 4 anschließbar ist, wobei das Anbauteil eine Antenne 36, 38 ist oder aufweist, vorzugsweise wobei die Antenne 36, 38 eine aus einem dielektrischen Material bestehende Linse 40 für die elektromagnetischen Wellen 2 aufweist, wobei die Linse 40 zumindest im Wesentlichen ellipsoidal geformt ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Hohlleiteranordnung 1 aus einem Rücken 6 eines Leiterplattenmaterials 5 und einer von mehreren, unterschiedlichen, jeweils zur Bildung des Hohlleiters mit dem Rücken 6 unmittelbar oder mittelbar verbindbaren Abdeckungen 11 , wobei die Abdeckungen 11 jeweils dazu ausgebildet sind, durch die Verbindung mit dem Rücken 6 Hohlleiter unterschiedlicher Wellenleitungseigenschaften zu bilden und wobei durch Auswahl einer der Abdeckungen 11 und Verbinden dieser mit dem Rücken 6 ein Hohlleiter mit den zu der Abdeckung 11 korrespon- dierenden Wellenleitungseigenschaften erzeugt wird.
Bezugszeichenliste:
1 Hohlleiteranordnung 23 Nut
2 elektromagnetische Welle 24 Grenzfläche 3 leitfähiges Material 25 Streifenleitung
4 Hohlraum 26 Streifenleitungsende
5 Leiterplattenmaterial 30 27 Übergang
6 Rücken 28 Orthomoden-Transducer
7 Substrat 29 Eingang 8 Leitschicht 30 Montage- und/oder Justiermittel
9 Oberflächenstruktur (Rücken) 31 Montage- und/oder Justiermittel
10 Ausnehmung 35 32 Öffnung
11 Abdeckung 33 Hohlleiterabschnitt
12 Begrenzungsflächen 34 Rückenelement 13 Pfeil (Transmissionsrichtung) 35 Hohlleiterelement
14 Hohlleiter-Funktionselement 36 Antenne
15 Anpassungsstruktur 40 37 Befestigungsmittel
16 Stufen 38 Dielektrische Antenne
17 Oberflächenstruktur (Abdeckung) 39 Kopplungselement 18 Rechteckhohlleiter 40 Linse
19 Haupterstreckungsrichtung bzw. - 41 Sendebereich42 Hauptachse ebene 45 43 Hauptabstrahlrichtung
20 Wand (Leiterplattenmaterial) 44 Phasenfront
21 Seitenwand (Abdeckung) 45 Plattierung 22 substratintegrierter Wellenleiter

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Hohlleiteranordnung (1) aufweisend einen von leitfähigem Material (3) umgebenen Hohlraum (4) zum Leiten elektromagnetischer Wellen (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Hohlraums (4) dadurch erzeugt wird, dass von einem Leiterplattenmaterial (5) zur Herstellung gedruckter Schaltungen, aufweisend zumindest einen plattenförmigen Rücken (6) und eine Leitschicht (8), abschnittsweise die Leitschicht (8) und Teile des Rückens (6) entfernt werden, wodurch eine Oberflächenstruktur (9) in Form einer Ausnehmung (10) gebildet wird, die den Rücken (8) vorzugsweise nicht quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung (19) durchbricht, und wobei im Anschluss durch Abscheiden von leitfähigem Material (3) eine elektrisch leitfähige Wand (20) entsteht, die den Hohlraum (4) begrenzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterplattenmaterial (5) ein elektrisch isolierendes Substrat (7) zwischen dem Rücken (6) und der Leitschicht (8) aufweist, wobei zusätzlich zur Leitschicht (8) und den Teilen des Rückens (6) auch das Substrat (7) abschnittsweise entfernt wird, wodurch die Oberflächenstruktur (9) in Form einer Ausnehmung (10) gebildet wird, wobei das Substrat (7) seitlich der strukturierten Bereiche offen liegt und wobei im Anschluss durch das Abscheiden des leitfähigen Materials (3) die elektrisch leitfähige Wand (20) das Substrat (7) überdeckt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (6) zumindest überwiegend aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und die Leitschicht (8) mit dem Rücken (6) des Leiterplattenmaterials (5) - vorzugsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene (19) des Leiterplattenmaterials (5) - mittels der Wand (20) elektrisch verbunden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterplattenmaterial (5) einen substratintegrierten Wellenleiter (22) aufweist, der durch das Substrat (7) des Leiterplattenmaterials (5) gebildet wird und mit dem Hohlraum (4) gekoppelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzfläche (24) des substratintegrierten Wellenleiters (22), mit der das Substrat (7) des substratintegrierten Wellenleiters (22) unmittelbar an den Hohlraum (4) angrenzt, dadurch hergestellt wird, das die Wand (20) im Bereich der Grenzfläche (24) wieder entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch, dass die Grenzfläche (24) durch leitfähiges Material in Form der Leitschicht (8), des Rückens (6) und der Wände (20) umgeben ist, ein Fenster für die elektromagnetischen Wellen (2) zwischen dem substratintegrierten Wellenleiter (22) und dem Hohlraum (4) resultiert.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Grenzfläche (24) quer bzw. senkrecht zu einer Transmissionsrichtung für elektromagnetische Wellen (2) und/oder senkrecht zu der Ebene, die durch die Haupter- streckungsrichtung(en) (19) des Leiterplattenmaterials (5) aufgespannt wird, erstreckt.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiteranordnung (1) ein Hohlleiter-Funktionselement (14) aufweist, wobei das Hohlleiter-Funktionselement (14) zumindest teilweise durch den oder in dem Rücken (6) des Leiterplattenmaterials (5) gebildet wird.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (4) in Split-Block-Technologe durch Verbinden des Leiterplattenmaterials (5) als Split-Block-Unterteil mit einer korrespondierenden Abdeckung (11) als Split-Block-Oberteil gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass von mehreren jeweils zur Bildung des Hohlraums (4) mit dem Leiterplattenmaterial (5) verbindbaren Abdeckungen (11), die dazu ausgebildet sind, durch die Verbindung mit dem Leiterplattenmaterial (5) Hohlräume (4) unterschiedlicher Wellenleitungseigenschaften zu bilden, eine Abdeckung (11) ausgewählt und mit dem Leiterplattenmaterial (5) verbunden wird, wodurch der Hohlraum (4) mit den zu der ausgewählten Abdeckung (11) korrespondierenden Wellenleitungseigenschaften erzeugt wird.
11. Hohlleiteranordnung (1) zum Leiten elektromagnetischer Wellen (2) in einem von leitfähigem Material (3) umgebenen Hohlraum (4), wobei die Hohlleiteranordnung (1) ein PCB-Leiterplattenmaterial (5) zur Herstellung gedruckter Schaltungen aufweist, das zumindest einen plattenförmigen Rücken (6) und eine Leitschicht (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (6) eine Oberflächenstruktur (9) aufweist, durch die der weilenführende Hohlraum (4) zumindest teilweise begrenzt ist, und wobei die Hohlleiteranordnung (1) in dem Leiterplattenmaterial (5) einen substratintegrierten Wellenleiter (22) aufweist, der mit dem Hohlraum (4) gekoppelt ist.
12. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (4) in Split-Block-Technologe durch Verbinden des Leiterplattenmaterials (5) als Split-Block-Unterteil mit einer korrespondierenden Abdeckung (11) als Split- Block-Oberteil gebildet ist.
13. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (6) zumindest überwiegend aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und das Leiterplattenmaterial (5) zumindest abschnittsweise zwischen dem Rücken (6) und der Leitschicht (8) ein elektrisch isolierendes Substrat (7) aufweist oder dass der Rücken (6) ein elektrisch isolierendes Substrat (7) bildet.
14. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungsfläche (12) des substratintegrierten Wellenleiters (22) und des Hohlraums (4) einstückig und/oder unterbrechungsfrei durch den Rücken (6) des Leiterplattenmaterials (5) gebildet ist.
15. Hohlleiteranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiteranordnung (1) ein Hohlleiter-Funktionselement (14) aufweist, wobei das Hohlleiter-Funktionselement (14) zumindest teilweise durch den Rücken (6) des Leiterplattenmaterials (5) gebildet ist.
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