dissertation_kuhlmann_2013.pdf (5.032 KB)

3 Untersuchung von Antennenmodulen
in Ziegelarchitektur
Da die Einzelstrahler der in dieser Arbeit realisierten Antennenmodule als im Substrat integrierte
Wellenleiter (engl. substrate-integrated waveguides - SIW) aufgebaut werden sollen, wird im ersten
Abschnitt dieses Kapitels eine kurze Übersicht der wesentlichen Eigenschaften dieser Wellenleiter
gegeben. Basierend auf den Erkenntnissen aus diesem Abschnitt wird im Weiteren die Umsetzung
einer aktiven Antenne in der Ziegelarchitektur betrachtet. Die Untersuchung erfolgt dabei in zwei
Schritten. Zunächst wird ein passiver SIW-Gruppenstrahler aufgebaut und untersucht. Die Erkenntnisse
aus diesen Untersuchungen fließen dann in einen zweiten Entwurf ein, in dem auch aktive
Komponenten mit den benötigten Netzwerken und einer erweiterten Funktionalität integriert werden
sollen. Zur besseren Unterscheidung werden die beiden Entwürfe im Folgenden mit SIW-Antenna
A und SIW-Antenna B bezeichnet.
3.1 SIW - Technologie und Eigenschaften
Die potenzielle Leistungsfähigkeit von SIW-Komponenten ist direkt mit den aktuellen Möglichkeiten
der Aufbau- und Verbindungstechnik verknüpft, weshalb diese Thematik kurz behandelt wird,
bevor in Unterabschnitt 3.1.2 die elektrischen Eigenschaften betrachtet werden.
3.1.1 Aufbau- und Verbindungstechnik
Auf dem Gebiet der Aufbau- und Verbindungstechnik wurden in den letzten Jahrzehnten große Fortschritte
erzielt. Strukturgrößen wie auch Toleranzen konnten verkleinert werden, und die Entwicklung
schreitet weiter voran. Eine gute technische Übersicht der Grundlagen ist in [144] und im Bezug
auf aktive Antennen in [43] zu finden. Die aktiven Komponenten werden auf Schaltungsträgern, den
sogenannten Multi-Chip-Modulen (MCM) integriert. Die MCM unterscheiden sich dabei im Wesentlichen
in ihrer Herstellungstechnologie. Im vorliegenden Abschnitt soll nur die MCM-Fertigung
aus organischen Laminaten und Metallfolien kurz erläutert werden, was im Prinzip die klassische
Leiterkartentechnologie (engl. printed circuit board - PCB) darstellt. Ein grundlegendes Verständnis
dieser Technologie ist wesentlich für die Bewertung von Möglichkeiten und Limitierungen bei der
SIW-Realisierung.
In Abbildung 3.1 ist beispielhaft der Querschnitt einer Mehrlagenplatine schematische dargestellt.
Man erkennt sechs Metalllagen, die in der Regel aus Kupfer bestehen. Auf diesen Lagen können
durch verschiedene Prozesse (Ätzen, Fräsen, ...) Leiterbilder erzeugt werden. Zwischen den Metalllagen
befinden sich zur Isolation sogenannte Substrate. In einer Mehrlagenplatine dienen sie ebenfalls
als haftende Verbindung der einzelnen Lagen, wobei sie dann als prepreg bezeichnet werden
und oft auf einem Gemisch aus Epoxidharz und Kunststofffasern basieren.
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