WO2000077886A1 - Antenne - Google Patents

Antenne Download PDF

Info

Publication number
WO2000077886A1
WO2000077886A1 PCT/DE2000/001449 DE0001449W WO0077886A1 WO 2000077886 A1 WO2000077886 A1 WO 2000077886A1 DE 0001449 W DE0001449 W DE 0001449W WO 0077886 A1 WO0077886 A1 WO 0077886A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguide
resonator
antenna
substrate
gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2000/001449
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Von Kerssenbrock
Patric Heide
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2000077886A1 publication Critical patent/WO2000077886A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

Definitions

  • the invention relates to an antenna for high frequencies and a method for producing such an antenna.
  • An object of the present invention is to provide an antenna with a high efficiency.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna with a high bandwidth.
  • the present invention should also be connectable to existing feed networks or waveguides.
  • the antenna has a radiation element which contains at least one substrate and at least one planar resonator on each substrate. In the simplest case, this is a single resonator applied to a substrate. However, several resonators can also be applied to a substrate and / or several substrates can be used.
  • the antenna can, for. B. connected to a wave generator. Waves, in particular microwaves and millimeter waves, can be fed into the resonator via the waveguide.
  • the resonator is separated from the waveguide by a gap. The gap is parallel to a plane of the resonator. This condition is e.g. B. given when the resonator and the waveguide are arranged in parallel one above the other.
  • Such an antenna has the advantage that the gap creates a region of low permittivity between the waveguide and the resonator. This in turn results in a high antenna efficiency, analogous to a low power loss, and a higher bandwidth.
  • This antenna is also easy to manufacture because the radiation element and the waveguide can be manufactured separately using flip-chip technology.
  • planar waveguide is a coplanar waveguide (CPW) because, among other things, it has a low line loss and a simple one
  • a CPW has at least one center conductor (“CPW feed”) and one ground (“ground”), which are typically applied to one side of an electrically insulating substrate.
  • CPW feed center conductor
  • ground ground
  • the waveguide is a CPW
  • the central conductor is electrically connected to the resonator, advantageously in such a way that the feed impedance is optimal.
  • the waveguide is a microstrip waveguide because it has a low insertion loss and is also widespread.
  • a strip - typically a metallization - is positioned above a mass, typically separated by a substrate.
  • the substrate of the emitting element is electrically insulating and low-loss.
  • flip-chip bonding it is also favorable if this substrate withstands a temperature T 300 300 ° C. during thermocompression bonding without damage. Both advantages are obtained if the substrate is made from A1 2 0, Si 3 N 4 , SiC, Si0 2 , Teflon or Duroid.
  • the use of A1 2 0 3 or glass is particularly preferred. Glass is a little less loss-free than A1 2 0 3 , but easier to manufacture or to shape than a ceramic.
  • the resonator consists of a highly conductive material.
  • a noble metal is particularly preferred due to the good corrosion resistance.
  • the expert is familiar with, for. B. Au, Ag, Cu, Pt or an alloy containing these metals, e.g. B. AgAu or PtRd.
  • the waveguide is connected to the radiating element by means of the flip-chip technology, because this enables simple manufacture of the individual parts and inexpensive assembly.
  • the gap is also easy to manufacture.
  • the height of the gap can be adjusted in a simple manner.
  • the gap is usually exposed to the environment so that it can fill with air. Due to its low permittivity, an air gap generates a low power loss. In addition to air or vacuum, the gap can also be filled with any other gases.
  • the gap can be made with a hardening liquid with the lowest possible permittivity and with the least possible loss be filled at high frequencies, e.g. B. with a resin or a foam.
  • a hardening liquid with the lowest possible permittivity and with the least possible loss be filled at high frequencies, e.g. B. with a resin or a foam.
  • the liquid is so thin during the filling of the gap that the gap can be filled evenly.
  • the radiation element is fixed to the waveguide by means of a spacer in the form of a plurality of support bumps.
  • the resonator in the case of an electrical connection between the waveguide and the resonator by means of an RF bump with the wave feed, for. B. the center conductor of the CPW or the strip of the microstrip waveguide, the waveguide.
  • field coupling aperture coupling
  • the height db of the bumps corresponds approximately to the height of the gap. It is particularly preferred if the height db of the bumps is between 40 ⁇ m and 100 ⁇ m, in particular between 50 ⁇ m and 70 ⁇ m (“microbumps”). However, the height can easily be up to 1000 ⁇ m.
  • the antenna is shown schematically in more detail.
  • FIG. 1 shows an antenna before assembly
  • FIG. 2 shows an antenna after assembly
  • FIG. 3 shows an antenna after assembly
  • FIGS. 4a to 4c show different possibilities for wave feeding (food network) according to Zürcher et al.
  • 5 shows several embodiments of resonators according to Zürcher et al.
  • FIGS. 6a to 6f show several embodiments of antennas with different connection types according to Zürcher et al.
  • Figure 4a shows a sectional front view of a waveguide in the form of a microstrip waveguide according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 3.
  • a strip 15 ′ and a flat mass 15 are applied to opposite surfaces of a substrate 14.
  • the field is guided between strips 15 'and ground area 15.
  • the main part of the field is in the substrate, a smaller part in the air.
  • Figure 4b shows a sectional view m front view of a waveguide in the form of a slot guide ("Slotline wave guide") according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 3.
  • Slotline wave guide a slot guide
  • a left mass 16 'and a right mass 16 are applied. The field is guided between left mass 16 'and right mass 16.
  • FIG. 4c shows a sectional view in front view of a waveguide in the form of a coplanar waveguide, CPW according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 3.
  • a middle conductor 17 '("CPW feed") and two flat metal layers are applied as mass 17 on one side of the substrate 14. The field is guided between the center conductor 17 'and the two ground areas 17.
  • planar lines have in common that they represent an inexpensive alternative to conventional waveguides, in particular waveguides.
  • the parameters stripe width, high and permittivity of the substrate etc. determine the quality of the conductors (see also 0. Zinke et al.)
  • Figure 5 shows different types of planar resonators according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 20.
  • the resonators 121 are in microstrip technology on the substrate 14.
  • Figure 6a shows an antenna with microstrip waveguide according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 27.
  • the strip 15 ' is electrically connected to the resonator 121.
  • Figure 6b shows an antenna with microstrip waveguide according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 29.
  • the resonator 121 is fed by means of a field 15 applied to the same side of the substrate 14 by means of a strip 15 '.
  • the strip 15 ' is attached separately from the resonator 121.
  • Figure 6c shows an antenna with microstrip waveguide according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 30.
  • the strip 15 ' is attached below the resonator 121 and separated from it by an additional insulating layer 14'.
  • the resonator 121 is operated via the strip 15 'by means of field coupling.
  • FIG. 6d shows a further embodiment of an antenna in SSFIP ("strip slot foam inverted patch") design according to J.-F. Zürcher et al. (see above), page 47.
  • the strip 15 ' is separated from a layer provided with a slot by a substrate 14 and the layer is in turn separated from the resonator 121 by a layer 15' 'of hardened foam.
  • the patch is glued directly onto the foam using a flexible film.
  • Figure 1 shows an oblique view of an antenna before its assembly using flip-chip technology.
  • a coplanar waveguide 2 (CPW) consists of a substrate 21 made of A1 2 0 3 , which is coated with a central conductor 22 in the form of a metallic tongue. From this, electrically isolated, the mass 23 is applied to the substrate 21 in the form of a metallic layer. 3 support bumps 31 are applied to the mass 23 as spacers. On the wave ter is an electrically conductive HF (radio frequency) Bu p 4 attached.
  • CPW coplanar waveguide 2
  • a radiation element 1 which consists of a substrate 11, a resonator 12 mounted thereon and four metallizations 13.
  • the metallizations 13 are positioned so that they correspond to the distribution of the support bumps 31.
  • the radiating element 1 is folded onto the waveguide 2 such that the metallizations 13 rest on the support bumps 31 and then the radiating element 1 and the waveguide 2 are pressed onto one another (indicated by the arrows).
  • thermocompression bonding is done by means of thermocompression bonding at a temperature T between 250 ° C and 300 ° C. Because of its high temperature resistance, a substrate 13, 21 made of A1 2 0 3 is well suited for this.
  • Pressing creates a fixed connection between the radiating element 1 and the waveguide 2.
  • the pressing process is controlled so that the resonator 12 is at a constant distance db from the waveguide 2.
  • the center conductor 22 is also connected to the resonator 12 by means of the HF bump 4 during pressing.
  • Figure 2 shows a sectional view in front view of the antenna of Figure 1 after assembly.
  • the use of other non-conductive materials is also possible, e.g. As SiC, Si 3 N 4 , Teflon or Duroid, which also have the advantage of withstanding the temperatures necessary for thermocompression bonding.
  • the resonator 12 can also be connected to the waveguide by means of other flip-chip techniques, e.g. B. reflux bonding ("reflow bonding") or adhesive bonding.
  • the support bumps 31 rest on the mass 23 of the waveguide 2 in the form of the metallic layer and on the metallization 13 of the radiating element, the HF bump 4 on the central conductor 22 and on the resonator 12.
  • this high db can be set with an accuracy of ⁇ 1 ⁇ m, which is the case at high frequencies, e.g. B. millimeter waves with f> 20 GHz, is of great importance.
  • wire bonds or wire bonds show a significantly higher disturbance in wave propagation.
  • the use of bumps 4.31 made of gold is particularly advantageous.
  • the gap between the resonator 12 and the waveguide 2 produced by the bumps 31 is generally filled with air.
  • An electric field E forms between the resonator 12 and the metallic layer 23 within the gap.
  • This arrangement is analogous to a microstrip line in which the resonator 12 corresponds to the strip 15 '.
  • the substrate 14 then essentially consists of the contents of the gap, e.g. Air or vacuum.
  • the resonator 12 borders directly on the gap.
  • one or more layers to be additionally applied between the resonator 12 and the gap. This is easily possible with the flip-chip technology, because the radiation element 1 can be finished separately before the bonding. For example, it is possible to combine an MMIC with an antenna without any particular additional effort.
  • This antenna thus has the advantage that, due to the low dielectric constant ⁇ r of the gap content, the radiation efficiency is very high, or is optimal in the case of air.
  • Figure 3 shows a plot of the amount of adjustment or input reflection (mag Sll) in dB against the radiation frequency f in GHz. Each graph corresponds to a different height db of the bumps 4.31 and thus a different gap height.
  • the center frequency of the antenna can easily be set in a wide range of approximately 10 GHz.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Antenne, aufweisend ein Abstrahlelement (1), das mindestens ein Substrat (11) und mindestens einen auf dem Substrat (11) aufgebrachten planaren Resonator (12) enthält, einen planaren Wellenleiter (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (12) vom Wellenleiter (2) durch einen Spalt getrennt ist, der parallel zu einer Ebene des Resonators (12) liegt.

Description

Beschreibung
Antenne
Die Erfindung betrifft eine Antenne für hohe Frequenzen und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antenne.
In: J.-F. Zürcher, F.E. Gardiol, "Broadband Patch-Antennas" , Artech-House 1995, Seiten 3 bis 47, werden verschiedene Aus- führungsformen von Patch-Antennen beschrieben. Dabei werden mehrere Formen von Resonatoren (sog. "Patches") und Wellenleitern ("wave guides") dargestellt. Der Resonator ist entweder auf dem gleichen Träger wie der Wellenleiter aufgebracht oder mittels einer weiteren Schicht von diesem getrennt.
In: 0. Zinke, H. Brunswig, "Hochfrequenztechnik 1", 5. Aufl. Springer, Seiten 157 bisl77 sind verschiedene Wellenleiter bzw. Speisenetzwerke beschrieben wie die Mikrostreifen- leitung ( "Mikrostrip") , koplanare Leitungen und die offene Schlitzleitung ("Slotline") .
Aus P. Petre et al., "Simulation and Performance of Passive Microwave and Millimeter Wave Coplanar Waveguide Circuit Devices with Flip Chip Packaging", Electrical Performance of Electronic Packaging, IEEE, New York, NY, 1997, Conference paper, San Jose, CA, 27-29 October 1997 ist ein Koplanar-Wel- lenleiter ("Coplanar Wave Guide", CPW) bekannt, welcher Mikrowellen oder Millimeterwellen in einen monolithischen Mikrowellen-Schaltkreis ("Monolithic Microwave Integrated Cir- cuit", MMIC) einspeist. Der MMIC ist mit dem CPW mittels Flip-Chip-Technik verbunden worden.
In W. Heinrich et al., "Millimeterwave characteristics of Flip-Chip interconnects for multi-chip modules" werden Schaltkreis-Einheiten ("Chips") in Viellagenbauweise beschrieben, welche mittels eines CPWs gespeist werden. Die Flip-Chip-Technik zur Kontaktierung von Halbleiterchips wird beispielsweise in Hans-Jürgen Hacke: Montage Integrierter Schaltungen, Springer Verlag, 1987, seiten 108 bis 118 beschrieben.
Ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antenne mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen.
Ein weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antenne mit einer hohen Bandbreite bereitzustellen.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach montierbare Antenne bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach herstellbare Antenne bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung soll auch an bestehende Speisenetzwerke bzw. Wellenleiter anschließbar sein.
Die Aufgaben werden durch eine Antenne gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.
Die Antenne weist ein Abstrahlelement auf, welches mindestens ein Substrat und mindestens einen planaren Resonator auf jedem Substrat enthält. Im einfachsten Fall ist dies ein einziger auf einem Substrat aufgebrachter Resonator. Es können aber auch mehrere Resonatoren auf einem Substrat aufgebracht sein und / oder mehrere Substrate verwendet werden.
Weiterhin ist ein planarer Wellenleiter vorhanden. Mittels des Wellenleiters kann die Antenne z. B. an einen Wellen- erzeuger angeschlossen werden. Über den Wellenleiter können Wellen, insbesondere Mikrowellen und Millimeterwellen, in den Resonator eingespeist werden. Der Resonator ist vom Wellenleiter durch einen Spalt getrennt. Der Spalts liegt dabei parallel zu einer Ebene des Resonators. Diese Bedingung ist z. B. gegeben, wenn der Re- sonator und der Wellenleiter parallel übereinander angeordnet sind.
Eine solche Antenne besitzt den Vorteil, daß durch den Spalt ein Bereich geringer Permittivität zwischen Wellenleiter und Resonator erzeugt wird. Daraus ergibt sich wiederum ein hoher Wirkungsgrad der Antenne, analog einem geringen Leistungsverlust, sowie eine höhere Bandbreite.
Diese Antenne ist zudem einfach herstellbar, weil das Ab- strahlelement und der Wellenleiter in Flip-Chip-Technik getrennt hergestellt werden können.
Es ist vorteilhaft, wenn der planare Wellenleiter ein Ko- planar-Wellenleiter (CPW) ist, weil dieser unter anderem ei- nen geringen Leitsungsverlust aufweist und eine einfache
Struktur besitzt. Ein CPW besitzt mindestens einen Mittelleiter ("CPW-Feed") und eine Masse ("Ground"), die typischerweise auf einer Seite eines elektrisch isolierenden Substrats aufgebracht sind.
Falls der Wellenleiter ein CPW ist, ist es günstig, daß der Mittelleiter mit dem Resonator elektrisch verbunden ist, und zwar vorteilhafterweise so, daß die Einspeisungsimpedanz optimal ist.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn der Wellenleiter ein Mikrostreifen-Wellenleiter ("Microstrip wave guide") ist, weil dieser eine geringe Einfügedämpfung aufweist und zudem weit verbreitet ist. In diesem Fall ist ein Streifen - typi- scherweise eine Metallisierung - oberhalb einer Masse positioniert, typischerweise durch ein Substrat getrennt. Es ist vorteilhaft, wenn das Substrat des Abstrahlelementes elektrisch isolierend und verlustarm ist. Zur Anwendung des Flip-Chip-Verfahrens ("Flip-Chip-Bondens") ist es auch günstig, wenn dieses Substrat eine Temperatur T ≥ 300 °C beim Thermokompressions-Bonden schädigungsfrei widersteht. Beide Vorteile werden erlangt, wenn das Substrat aus A120, Si3N4, SiC, Si02, Teflon oder Duroid gefertigt wird. Dabei wird eine Verwendung von A1203 oder Glas besonders bevorzugt. Glas ist etwas weniger verlustarm als A1203, aber einfacher her- zustellen bzw. zu formen als eine Keramik.
Die gleichen Vorteile gelten auch für ein Substrat des Wellenleiters .
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Resonator aus einem gut leitenden Material besteht. Dabei wird die Verwendung eines Edelmetalls aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit besonders bevorzugt. Dem Fachmann geläufig sind z. B. Au, Ag, Cu, Pt oder eine diese Metalle enthaltende Legierung, z. B. AgAu oder PtRd.
Es ist vorteilhaft, wenn der Wellenleiter mit dem Abstrahlelement mittels der Flip-Chip-Technik verbunden wird, weil diese eine einfache Herstellung der Einzelteile und eine preisgünstige Montage ermöglicht. Auch ist so der Spalt einfach herstellbar. Zudem läßt sich die Höhe des Spaltes in einfacher Weise einstellen.
Der Spalt wird in der Regel der Umgebung ausgesetzt, so daß er sich mit Luft füllen kann. Ein Luftspalt erzeugt aufgrund seiner geringen Permittivität eine günstig geringe Verlustleistung. Außer mit Luft oder auch Vakuum kann der Spalt aber auch mit beliebigen anderen Gasen gefüllt werden.
Der Spalt kann aber auch nach der Anwendung der Flip-Chip- Technik mit einer aushärtenden Flüssigkeit möglichst niedriger Permittivität und mit einem möglichst geringen Verlust bei hohen Frequenzen gefüllt werden, z. B. mit einem Harz oder einem Schaum. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß das Abstrahlelement besser fixiert wird und gegen Verunreinigungen geschützt ist. Gunstigerweise ist die Flüssigkeit wahrend des Ausfullens des Spalts so dünnflüssig, daß der Spalt gleichmäßig ausfullbar ist.
Zur einfachen insbesondere Herstellung, insbesondere mittels der Flip-Chip-Technik, ist es vorteilhaft, wenn das Abstrahl- element mittels eines Abstandshalters in Form mehrerer Stutz- Bumps am Wellenleiter fixiert ist.
Zudem kann der Resonator im Falle einer elektrischen Verbindung zwischen Wellenleiter und Resonator mittels eines HF- Bumps mit der Wellenzufuhrung, z. B. dem Mittelleiter des CPW oder dem Streifen des Mikrostreifen-Wellenleiters, des Wellenleiters verbunden sein. Es ist aber auch eine Feldkopplung (Aperturkopplung) möglich
Die Hohe db der Bumps entspricht m etwa der Hohe des Spal- tes. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die Hohe db der Bumps zwischen 40 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 50 μm und 70 μm, betragt ( "Microbumps" ) . Die Hohe kann aber auch problemlos bis zu 1000 μm betragen.
In den folgenden Ausfuhrungsbeispielen wird die Antenne schematisch naher ausgeführt.
Die Figuren 1 zeigt eine Antenne vor einem Zusammenbau, Figur 2 zeigt eine Antenne nach dem Zusammenbau die Figur 3 zeigt eine Antenne nach dem Zusammenbau, die Figuren 4a bis 4c zeigen verschiedenen Möglichkeiten der Wellenzufuhrung (Speisenetzwerk) nach Zürcher et al . , die Figur 5 zeigt mehrere Ausführungsformen von Resonatoren nach Zürcher et al., die Figuren 6a bis 6f zeigen mehrere Ausführungsformen von Antennen mit unterschiedlichen Anschlußarten nach Zürcher et al. Figur 4a zeigt als Schnittdarstellung in Frontansicht einen Wellenleiter in Form eines Mikrostreifen-Wellenleiters nach J.-F. Zürcher et al . (s.o.), Seite 3.
Auf entgegengesetzten Flachen eines Substrats 14 sind ein Streifen 15' und eine flachige Masse 15 aufgebracht. Bei der Mikrostreifenleitung wird das Feld zwischen Streifen 15' und Masseflache 15 gefuhrt. Der wesentliche Teil des Feldes befindet sich im Substrat, ein kleinerer Teil in der Luft.
Figur 4b zeigt als Schnittdarstellung m Frontansicht einen Wellenleiter in Form eines Schlitzleiters ("Slotline wave guide") nach J.-F. Zürcher et al . (s.o.), Seite 3. Auf der gleichen Flache des Substrats 14 sind ein linke Masse 16' und eine rechte Masse 16 aufgebracht. Das Feld wird zwischen linker Masse 16' und rechter Masse 16 gefuhrt.
Figur 4c zeigt als Schnittdarstellung in Frontansicht einen Wellenleiter m Form eines Koplanar-Wellenleiters, CPW nach J.-F. Zürcher et al . (s.o.), Seite 3. Hierbei sind ein Mitteileiter 17' ("CPW-Feed") und zwei flächige Metallschichten als Masse 17 auf einer Seite des Substrats 14 aufgebracht. Das Feld wird zwischen dem Mittelleiter 17' und den beiden Masseflachen 17 gefuhrt.
Den planaren Leitungen ist gemeinsam, daß sie eine kostengünstige Alternative zu konventionelle Wellenleitern, insbesondere Hohlleitern, darstellen. Die Parameter (Streifenbreite, Hohe und Permittivität des Substrats etc.) bestimmen die Qualltat der Leiter (siehe auch 0. Zinke et al.)
Figur 5 zeigt verschiedene Arten von planaren Resonatoren nach J.-F. Zürcher et al . (s.o.), Seite 20. Die Resonatoren 121 sind in Mikrostreifen-Technik auf dem Substrat 14. Man erkennt die vielfaltigen planaren Antennenformen, wie z. B. viereckig, dreieckig etc.. Figur 6a zeigt eine Antenne mit Mikrostreifen-Wellenleiter nach J.-F. Zürcher et al. (s.o.), Seite 27. Hierbei ist der Streifen 15' mit dem Resonator 121 elektrisch verbunden.
Figur 6b zeigt eine Antenne mit Mikrostreifen-Wellenleiter nach J.-F. Zürcher et al . (s.o.), Seite 29.
Der Resonator 121 wird mittels eines auf der gleichen Seite des Substrats 14 aufgebrachten Streifens 15' durch Feldkopplung gespeist. Der Streifen 15' ist vom Resonator 121 seit- lieh getrennt angebracht.
Figur 6c zeigt eine Antenne mit Mikrostreifen-Wellenleiter nach J.-F. Zürcher et al. (s.o.), Seite 30.
Der Streifen 15' ist unterhalb des Resonators 121 angebracht und von diesem durch eine zusätzliche isolierende Schicht 14' getrennt. Der Resonator 121 wird über den Streifen 15' mittels Feldkopplung betrieben.
Figur 6d zeigt eine weitere Ausführungsform einer Antenne in SSFIP- ("Strip-Slot-Foam-Inverted Patch"-) Ausfuhrung nach J.-F. Zürcher et al . (s.o.), Seite 47.
Hierbei ist der Streifen 15' von einer mit einem Schlitz ausgestatteten Schicht durch ein Substrat 14 getrennt und die Schicht wiederum vom Resonator 121 durch eine Lage 15'' aus gehärtetem Schaum. Das Patch ist direkt auf dem Schaum mittels einer flexiblen Folie aufgeklebt.
Figur 1 zeigt in Schragansicht eine Antenne vor ihrer Montage mittels Flip-Chip-Technik.
Ein koplanarer Wellenleiter 2 (CPW) besteht aus einem Substrat 21 aus A1203, das mit einem Mittelleiter 22 in Form einer metallischen Zunge beschichtet ist. Davon elektrisch isoliert ist die Masse 23 in Form einer metallischen Schicht auf dem Substrat 21 aufgebracht. Auf der Masse 23 sind als Abstandshalter 3 Stutz-Bumps 31 aufgebracht. Auf dem Wellenlei- ter ist ein elektrisch leitender HF- (Hochfrequenz-) Bu p 4 befestigt.
Ebenfalls vorhanden ist ein Abstrahlelement 1, das aus einem Substrat 11, einem darauf angebrachten Resonator 12 und vier Metallisierungen 13 besteht. Die Metallisierungen 13 sind so positioniert, daß sie der Verteilung der Stütz-Bumps 31 entsprechen.
Zur Montage wird das Abstrahlelement 1 so auf den Wellenleiter 2 geklappt, daß die Metallisierungen 13 auf den Stütz- Bumps 31 aufliegen und dann das Abstrahlelement 1 und der Wellenleiter 2 aufeinander gepreßt werden (angedeutet durch die Pfeile) .
Dies geschieht mittels Thermokompressions-Bondens bei einer Temperatur T zwischen 250 °C und ca. 300 °C. Wegen seiner hohen Temperaturbeständigkeit ist dazu ein Substrat 13,21 aus A1203 gut geeignet.
Durch das Aufpressen entsteht eine feste Verbindung des Abstrahlelementes 1 mit dem Wellenleiter 2. Der Preßvorgang wird so gesteuert, daß der Resonator 12 einen konstanten Abstand db vom Wellenleiter 2 aufweist. Gleichzeitig wird bei Verpressen auch der Mittelleiter 22 mit dem Resonator 12 mittels des HF-Bumps 4 verbunden.
Figur 2 zeigt als Schnittdarstellung in Frontansicht die Antenne aus Figur 1 nach der Montage.
Das Substrat 21 des Wellenleiters 2 aus A1203 weist eine Dik- ke ds = 635 μm auf. Außer A1203 ist auch eine Verwendung anderer nichtleitender Materialien möglich, z. B. SiC, Si3N4, Teflon oder Duroid, welche zudem den Vorteil aufweisen, die zum Thermokompressions-Bonden notwendigen Temperaturen auszuhalten. Das Abstrahlelement 1 weist ebenfalls ein Al203-Substrat 13 der Dicke dp = 127 μm auf.
Selbstverständlich kann der Resonator 12 auch mittels anderer Flip-Chip-Techniken mit dem Wellenleiter verbunden werden, z. B. Ruckfluß-Bonden ("reflow bonding" ) oder Adhasiv-Bonden.
Die Stutz-Bumps 31 liegen auf der Masse 23 des Wellenleiters 2 in Form der metallischen Schicht und auf der Metallisierung 13 des Abstrahlelementes auf, der HF-Bump 4 auf dem Mittelleiter 22 und auf dem Resonator 12. Durch das Flip-Chip-Bon- den eine Hohe db der Bumps 4,31 von 60 μm eingestellt. Mittels des Flip-Chip-Bondens kann diese Hohe db mit einer Genauigkeit < 1 μm eingestellt werden, was bei hohen Frequen- zen, z. B. Millimeterwellen mit f > 20 GHz, von großer Bedeutung ist. Wire-Bond oder Draht-Bonds zeigen demgegenüber eine deutlich höhere Störung der Wellenausbreitung. Beim Thermokompressions-Bonden ist ein Einsatz von Bumps 4,31 aus Gold besonders vorteilhaft.
Der durch die Bumps 31 hergestellte Spalt zwischen Resonator 12 und Wellenleiter 2 ist m der Regel mit Luft gefüllt. Innerhalb des Spaltes bildet sich ein elektrisches Feld E zwischen dem Resonator 12 und der metallischen Schicht 23 aus. Diese Anordnung ist analog zu einer Mikrostreifen-Leitung, bei der der Resonator 12 dem Streifen 15' entspricht. Das Substrat 14 besteht dann im wesentlichen aus dem Inhalt des Spaltes, z.B. Luft oder Vakuum.
In diesem Ausfuhrungsbeispiel grenzt der Resonator 12 direkt an den Spalt. Es ist aber auch möglich, daß zwischen dem Resonator 12 und dem Spalt zusätzlich eine oder mehrere Schichten aufgebracht sind. Dies ist mit der Flip-Chip-Technik problemlos möglich, weil das Abstrahlelement 1 vor dem Bonden gesondert fertiggestellt werden kann. So ist es beispielsweise ohne besonderen Mehraufwand möglich, ein MMIC mit einer Antenne zu kombinieren. Diese Antenne besitzt somit den Vorteil, daß aufgrund der geringen Dielektrizitätskonstante εr des Spaltinhaltes die Abstrahleffizient sehr hoch, bzw. im Fall der Luft optimal ist.
Figur 3 zeigt eine Auftragung des Betrags der Anpassung bzw. Eingangsreflexion (mag Sll) in dB gegen die Abstrahlfrequenz f in GHz. Jeder Graph entspricht einer anderen Höhe db der Bumps 4,31 und damit einer anderen Spalthöhe.
Es ist erkennbar, daß sich durch eine Einstellung der Spalthöhe die Mittenfrequenz der Antenne in einem weiten Bereich von ca. 10 GHz problemlos einstellen läßt.

Claims

Patentansprüche
1. Antenne, aufweisend
- ein Abstrahlelement (1), das mindestens ein Substrat (11) und mindestens einen auf dem Substrat (11) aufgebrachten planaren Resonator (12) enthalt,
- einen planaren Wellenleiter (2 ) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß
- der Resonator (12) vom Wellenleiter (2) durch einen Spalt getrennt ist, der parallel zu einer Ebene des Resonators
(12) liegt.
2. Antenne nach Anspruch 1, bei der das Abstrahlelement (1) mittels mehrerer Stutz-Bumps (31) am Wellenleiter (2) fixiert ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, bei der die Bumps (4,31) zwischen 40 μm und 1000 μm, insbesondere zwischen 40 μm und 100 μm, hoch sind.
4. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Wellenleiter (2) ein Koplanar-Wellenleiter ist.
5. Antenne nach Anspruch 4, bei der der Resonator (12) dem Wellenleiter (2) zugewandt und mit einem Mittelleiter (22) des Wellenleiters (2) elektrisch verbunden ist.
6. Antenne nach Anspruch 5, bei der der Resonator (12) mit dem Mittelleiter (22) mittels mindestens eines HF-Bumps (4) elektrisch verbunden ist.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Wellenleiter (2) ein Mikrostreifen-Wellenleiter ist
7. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens das Substrat (11) des Abstrahlelementes (1) oder ein Substrat (21) des Wellenleiters (2) aus A1203 oder Glas besteht.
8. Verfahren zur Herstellung einer Antenne nach einem der vorhergehenden Anspr che, bei dem das Abstrahlelement (1) mittels einer Flip-Chip-Technik auf dem Wellenleiter (2) befestigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Spalt nach der Anwendung der Flip-Chip-Technik mit einer aushärtenden Flüssigkeit gefüllt wird.
PCT/DE2000/001449 1999-06-10 2000-05-09 Antenne Ceased WO2000077886A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19926465 1999-06-10
DE19926465.1 1999-06-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000077886A1 true WO2000077886A1 (de) 2000-12-21

Family

ID=7910787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2000/001449 Ceased WO2000077886A1 (de) 1999-06-10 2000-05-09 Antenne

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2000077886A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2484704A (en) * 2010-10-21 2012-04-25 Bluwireless Tech Ltd Patch antenna structure formed with an air gap in a flip-chip assembly
WO2013138275A1 (en) * 2012-03-12 2013-09-19 University Of South Florida Implantable biocompatible sic sensors
DE102017109740B4 (de) 2016-05-06 2023-07-13 GM Global Technology Operations LLC HF-Steckverbinderbaugruppe zum Verbinden einer koplanaren CPW-Antenne

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388011A2 (de) * 1989-03-14 1990-09-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
US5757074A (en) * 1995-07-07 1998-05-26 Hughes Electronics Corporation Microwave/millimeter wave circuit structure with discrete flip-chip mounted elements
US5898405A (en) * 1994-12-27 1999-04-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Omnidirectional antenna formed one or two antenna elements symmetrically to a ground conductor
US5903239A (en) * 1994-08-11 1999-05-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Micro-patch antenna connected to circuits chips

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388011A2 (de) * 1989-03-14 1990-09-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
US5903239A (en) * 1994-08-11 1999-05-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Micro-patch antenna connected to circuits chips
US5898405A (en) * 1994-12-27 1999-04-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Omnidirectional antenna formed one or two antenna elements symmetrically to a ground conductor
US5757074A (en) * 1995-07-07 1998-05-26 Hughes Electronics Corporation Microwave/millimeter wave circuit structure with discrete flip-chip mounted elements

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CARVER KC AND MINK JW: "Microstrip antenna technology", IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, vol. AP-29, January 1989 (1989-01-01), New York, USA, pages 2 - 24, XP002144795 *
PETRE P ET AL: "Simulation and performance of passive microwave and millimeter wave coplanar waveguide circuit devices with flip chip packaging", ELECTRICAL PERFORMANCE OF ELECTRONIC PACKAGING, 27 October 1997 (1997-10-27) - 29 October 1997 (1997-10-29), San Jose, CA, USA, pages 203 - 206, XP002144787 *
SIMONS R N ET AL: "COPLANAR-WAVEGUIDE/MICROSTRIP PROBE COUPLER AND APPLICATIONS TO ANTENNAS", ELECTRONICS LETTERS,GB,IEE STEVENAGE, vol. 26, no. 24, 22 November 1990 (1990-11-22), pages 1998 - 2000, XP000175613, ISSN: 0013-5194 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2484704A (en) * 2010-10-21 2012-04-25 Bluwireless Tech Ltd Patch antenna structure formed with an air gap in a flip-chip assembly
WO2013138275A1 (en) * 2012-03-12 2013-09-19 University Of South Florida Implantable biocompatible sic sensors
US10278629B2 (en) 2012-03-12 2019-05-07 University Of South Florida Implantable biocompatible SiC sensors
DE102017109740B4 (de) 2016-05-06 2023-07-13 GM Global Technology Operations LLC HF-Steckverbinderbaugruppe zum Verbinden einer koplanaren CPW-Antenne

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69821327T2 (de) Kurzgeschlossene Streifenleiterantenne und Gerät damit
DE68919323T2 (de) Mikrostreifenantenne.
DE10350346B4 (de) Hochfrequenzleitungs-Wellenleiter-Konverter und Hochfrequenzpaket
EP1842263B1 (de) Planare mehrbandantenne
DE69802467T2 (de) Leiterplatte mit einer Übertragungsleitung für hohe Frequenzen
DE2212735C3 (de) Hochfrequenz-Übertragungsleitung in Streifenleiterbauweise
DE69528747T2 (de) Miniatur-Streifenleitungsantenne mit mehreren Zweigen
DE69125703T2 (de) Packung für integrierte Mikrowellen-Schaltung
DE69827471T2 (de) Annähernd flaches, aperturgekoppeltes antennenelement
DE69313901T2 (de) Hochfrequenzsignal-Übertragungsband
DE69726523T2 (de) Antenne
DE10118742B4 (de) Mikrowellen-Millimeterwellen-Modul mit integrierter Antenne
DE2942035C2 (de) Einrichtung zum Empfang von Mikrowellen
DE112021006420T5 (de) Dual-polarisiertes magnetoelektrisches Antennenarray
DE10203366A1 (de) Mikrostreifenleitung, Resonatorelement, Filter, Hochfrequenzschaltung und elektronisches Gerät, das dieselben verwendet
EP1825561B1 (de) Antennenanordnung für einen radar-transceiver
EP1759438B1 (de) Antenne
DE60105447T2 (de) Gedruckte patch-antenne
DE102013202806B4 (de) Schaltung auf dünnem Träger für den Einsatz in Hohlleitern und Herstellungsverfahren
WO2000077886A1 (de) Antenne
DE10031657A1 (de) Hochfrequenz-Bauelement
DE3409460A1 (de) Antenne
EP2304840A1 (de) Abgewinkelter übergang von mikrostreifenleitung auf rechteckhohlleiter
DE4239785A1 (de) Gruppenantenne in Streifenleitertechnik
EP3944410A1 (de) Hochfrequenz-struktur mit substratintegriertem wellenleiter und rechteck-hohlleiter

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP